В компании надеются, что ее пространственную резистивную память (3D Resistive RAM, 3D RRAM) начнут встраивать в носимые устройства уже в 2016 году, а еще через полтора года будут использовать в твердотельных накопителях.

RRAM имеет преимущество перед флеш-памятью NAND, которая приближается к физическим пределам возможной плотности. Резистивная память сама по себе плотнее, чем NAND, а также обладает более высоким быстродействием и дольше служит. Лучшие продукты на основе NAND выдерживают около 100 тыс. циклов записи-стирания, а 3D RRAM — 100 млн циклов записи, утверждает Сильвен Дюбуа, вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса Crossbar.

Благодаря их большой плотности RRAM можно будет изготавливать из кремниевых основ вдвое меньшего диаметра, чем у тех, что сейчас используются производителями флеш-памяти NAND. Чип RRAM имеет почти на порядок большую емкость, чем микросхема NAND, и расходует в 20 раз меньше энергии на запись бита данных. Кроме того, по словам Дюбуа, RRAM характеризуется стократно меньшей задержкой доступа, чем у NAND.

А поскольку RRAM можно выпускать с помощью тех же процессов, что и NAND, оборудование имеющихся производственных линий менять не придется.

Но прежде чем начать производство, специалистам Crossbar пришлось преодолеть серьезное техническое препятствие — утечку электронов из ячеек памяти, приводящую к ошибкам в данных.

Утечка электронов — обычная проблема для энергонезависимой памяти, в том числе флеш-памяти NAND, используемой в современных твердотельных накопителях (Solid State Drive, SSD). Когда топологический размер элемента микросхем стал меньше 20 нм, а плотность упаковки соответственно увеличилась, возникла проблема, связанная с перетеканием заряда из ячеек в соседние.

Samsung, Intel, Micron и другие производители SSD справляются с этим путем увеличения объема кода коррекции ошибок. В ряде компаний начали прибегать к пространственной компоновке: для повышения плотности памяти ячейки размещаются одна над другой, число таких ярусов может достигать 32 — это позволило увеличить емкость памяти без дальнейшего уменьшения размера ячейки.

На сегодня самые передовые процессы изготовления плоских ячеек NAND позволяют формировать элементы с топологическим размером от 10 до 19 нм. В Crossbar же свою память 3D RAM решили для начала выпускать по технологическому процессу 20 нм.

В NAND для хранения битов используются полевые транзисторы с плавающим затвором или ловушка заряда. В RRAM же биты представлены микроскопическими проводящими нитями, образующимися или разрушающимися под действием тока. Верхний металлический слой ячейки RRAM представляет собой проводящий электрон, средний слой из аморфного кремния выполняет роль переключающего, а нижний электрод выполнен из неметаллического материала. Когда к электродам прикладывают напряжение, наночастицы верхнего растворяются в переключающем материале, формируя нить; когда она контактирует с нижним электродом, ячейка памяти проводит ток. Если приложить ток противоположной полярности, нить исчезает, ячейка утрачивает проводимость.

Утечка электронов — паразитный ток — свойственна всем реализациям резистивной оперативной памяти. Для преодоления проблемы, связанной с ошибками в данных, в Crossbar придумали способ «прятать» соседние ячейки от программируемых на сохранение данных, обеспечивая тем самым защиту от непреднамеренного изменения. Как объясняют в компании, для этого ячейкам назначается определенный диапазон напряжений; ячейки, запрограммированные при напряжениях от -1 до +1 В, игнорируются, а в остальные производится запись.

Эта технология получила название Field-Assisted Superlinear Threshold. С ее помощью удалось избавиться от паразитных токов и тем самым сделать большой шаг к коммерциализации памяти RRAM.

«Анонсировав полтора года назад свою разработку, мы объявили об амбициозных планах по созданию памяти нового поколения, позволяющей сохранить терабайт на чипе размером с почтовую марку, — напомнил Джордж Минассян, генеральный директор Crossbar. — Теперь нам удалось значительно приблизить возможность использования технологии RRAM в составе коммерческих продуктов; это революционное достижение, которое откроет совершенно новые возможности в области выпуска корпоративных систем хранения и систем на кристалле, оснащенных энергонезависимой памятью большой емкости».