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सभी प्रकार की यादें दबाव का सामना कर रही हैं क्योंकि मांग अधिक से अधिक क्षमता, कम लागत, तेज गति और कम बिजली पैदा करने के लिए बढ़ती है, ताकि रोजाना होने वाले नए डेटा के हमले से बचा जा सके।चाहे वह अच्छी तरह से स्थापित स्मृति प्रकार या उपन्यास दृष्टिकोण हो, स्केलिंग को आगे बढ़ाने के लिए निरंतर काम करना आवश्यक है क्योंकि हमारी स्मृति की गति तेज गति से बढ़ती है।

"डेटा इस दुनिया की नई अर्थव्यवस्था है," हाल ही में आईईडीएम सम्मेलन में एक शानदार प्रस्तुति में माइक्रोन में प्रौद्योगिकी विकास के वरिष्ठ उपाध्यक्ष नागा चंद्रशेखरन ने कहा।

चंद्रशेखरन ने कुछ उदाहरण दिए जो आंकड़ों में विस्फोट की व्याख्या करते हैं।अकेले स्वास्थ्य देखभाल के लिए, उद्योग ने 2013 में 153 एक्साबाइट डेटा उत्पन्न किया, एक संख्या जो संभवतः 2020 में 15 गुना बढ़ गई। उपयोग में 10 बिलियन मोबाइल डिवाइस भी हैं, जिनमें से प्रत्येक नए डेटा सेट उत्पन्न, स्टोर, शेयर और स्ट्रीम करेगा। ।वैश्विक स्तर पर, प्रतिदिन 2.5 क्विंटल बाइट्स के आदेश पर प्रत्येक दिन उत्पन्न होने वाली डेटा की कुल मात्रा और संख्या तेजी से बढ़ रही है।

2020 में चिप उद्योग के विकास के पीछे डेटा की एक बड़ी लहर थी। इस सप्ताह SEMI के उद्योग रणनीति संगोष्ठी में, विश्लेषकों ने कहा कि चिप उद्योग के विकास में बड़े आश्चर्य में से एक के रूप में, अपेक्षाओं के बावजूद कि संख्या महामारी के कारण टैंक होगी ।

"मेमोरी एक महत्वपूर्ण तत्व था," IDC पर प्रौद्योगिकियों और अर्धचालकों को सक्षम करने के लिए कार्यक्रम के उपाध्यक्ष मारियो मोरालेस ने कहा।“मेमोरी 10.8% बढ़ी।लेकिन NAND 30% से अधिक बढ़ गया। ”

इस डेटा के सभी को अपने जीवन चक्र में मेमोरी की आवश्यकता होती है, और IEDM प्रस्तुति ने मेमोरी की तीन श्रेणियों के लिए तीन प्राथमिक चिंताओं को निर्धारित किया है: DRAM, NAND फ़्लैश, और उभरती हुई प्रौद्योगिकियाँ।

चुनौतियों को कम करना
DRAM अधिकांश समाधानों का एक प्रमुख घटक है।यह सिद्ध, सस्ता और आम तौर पर विश्वसनीय है।लेकिन यह भी सही से दूर है।IEDM में रोह्मर, सेंस मार्जिन और गेट स्टैक के साथ तीन मुद्दों पर प्रकाश डाला गया।

"निरंतर पार्श्व स्केलिंग के साथ DRAM डिवाइस साइड पर, हम पंक्ति हथौड़ा के साथ चुनौतियों का सामना कर रहे हैं, जो कि एक व्यापक रूप से ज्ञात घटना है, जहां, जब एक शब्द पंक्ति लगातार संबोधित की जाती है [अर्थात, यह अंकित हो जाता है], चार्ज ट्रैस साइटों में जमा होता है इंटरफेस में, ”माइक्रोन के चंद्रशेखरन ने कहा।“बाद में, जब ये चार्ज जारी किए जाते हैं, तो बहाव के प्रसार के कारण, वे पड़ोसी बिट्स में चले जाते हैं और परिणाम प्राप्त करते हैं।यह डेटा-हानि तंत्र का कारण बन सकता है और सुरक्षा चुनौती हो सकता है। ”

बहते शुल्क धीरे-धीरे पड़ोसी कोशिकाओं की सामग्री को परेशान करते हैं - प्रत्येक पहुंच के साथ थोड़ा सा।त्वरित उत्तराधिकार में पर्याप्त समय के बाद, पीड़ित कोशिकाएं अगले ताज़ा चक्र से पहले अपना राज्य खो सकती हैं।

वेंडी एल्सेसर, आर्म में प्रतिष्ठित इंजीनियर, सहमत।"पंक्ति हथौड़ा एक महत्वपूर्ण सुरक्षा चिंता बनी हुई है, और यह कई पत्रों में प्रलेखित किया गया है कि बिट्स मेमोरी के सुरक्षित क्षेत्रों में पहुंच प्राप्त करने के लिए कैसे फ्लिप कर सकते हैं," उसने कहा।

यह कोई नई समस्या नहीं है, लेकिन मूल मुद्दा प्रत्येक पीढ़ी के साथ खराब हो रहा है।चंद्रशेखरन ने कहा, "जैसा कि हम प्लैनर स्केलिंग के साथ DRAM को स्केल करते हैं, पड़ोसी सेल प्रभाव पड़ोसी के पास सेल प्रभाव बन सकता है और अधिक सेल प्रभावित होते हैं।""और यह समस्या अभी बदतर हो रही है क्योंकि हम पतले DRAMs को जारी रखना चाहते हैं।"

क्योंकि यह स्पष्ट रूप से समाप्त करने के लिए एक चुनौतीपूर्ण समस्या है, समाधानों ने नियंत्रण पर ध्यान केंद्रित किया है - या तो किसी भी कमजोर कोशिकाओं को फिर से स्थापित करने या एक सीमा तक पहुंचने के बाद आगे की पहुंच को रोकने के लिए जल्दी ताज़ा जारी करना।JEDEC ने कुछ मोड और कमांड जोड़े हैं, जो DRAM चिप और DRAM कंट्रोलर दोनों पर ध्यान केंद्रित करते हैं, लेकिन ये समसामयिक हैं, न कि मूल कारण समस्या का समाधान।

संभावित हमलों का पता लगाने के लिए तर्क को DRAM में जोड़ा जा सकता है, और मेमोरी आईपी निर्माता मजबूत सुरक्षा में निर्माण करने के लिए काम कर रहे हैं।सिनॉप्सिस के वरिष्ठ तकनीकी विपणन प्रबंधक वधिराज शंकरनारायणन ने कहा, "हम इस तरह की पहुंच का पता लगाने के लिए हार्डवेयर लॉजिक खर्च करते हैं और फिर हम उन पंक्तियों तक पहुंच सीमित करते हैं।"“लेकिन यह प्रदर्शन प्रभावी नहीं है।एक विकल्प उन पंक्तियों से सटे पंक्तियों को लगातार ताज़ा करने के लिए होगा जो कि हथौड़े से प्राप्त होते हैं। ”

प्रदर्शन और शक्ति कारणों के लिए, हमलों का पता लगाने की जिम्मेदारी नियंत्रक में डाल दी गई है।शंकरनारायणन ने कहा, "नियंत्रक में कई तरह की तकनीकें शामिल की जा सकती हैं, क्योंकि नियंत्रक वह है जो चैनल पर आने वाले ट्रैफिक को ऑर्केस्ट्रेट करता है।"

मूल कारण के रूप में, सेल-सुधार इंजीनियरिंग प्रयास जारी रहते हैं, लेकिन कभी-संकरी कोशिकाएं इसे एक निरंतर चुनौती बनाती हैं - खासकर जब मरने के आकार को उचित रखने और किसी भी अतिरिक्त प्रसंस्करण या सामग्री की लागत को कम करने की आवश्यकता के साथ युग्मित किया जाता है।

अगली चुनौती जब स्केलिंग DRAM में सेंसिंग-एम्पलीफायर मार्जिन शामिल होता है।चंद्रशेखरन ने कहा, '' सेल कैपेसिटी कम होने पर सेंस मार्जिन घटेगा, जिससे हमें प्रॉस्पेक्ट रेशियो बढ़ेगा और नई सामग्री मिल जाएगी। ''"लेकिन यहां तक ​​कि सबसे आदर्श ढांकता हुआ सामग्री के साथ - एक हवा का अंतर - बिट-लाइन प्रतिरोध / समाई विशेषताओं को हमारे पैमाने के रूप में चुनौती दी जाएगी, क्योंकि दो बिट लाइनों के बीच लगभग कोई जगह नहीं है।और यह वह सीमाबद्ध सामग्री है जिसे हम ढांकता हुआ सामग्री में डाल सकते हैं और अंत में हमारे भाव मार्जिन को चुनौती देते हैं।

इसके अलावा, छोटे ट्रांजिस्टर अप्रत्यक्ष रूप से कम हो रहे मार्जिन की ओर अग्रसर हैं।"जैसा कि अर्थ एम्पलीफायरों का ट्रांजिस्टर क्षेत्र कम हो जाता है ताकि हम बेहतर सरणी दक्षता प्राप्त कर सकें, दहलीज-वोल्टेज भिन्नता बढ़ जाएगी," उन्होंने कहा।यह एनालॉग सर्किट के लिए एक विशेष चुनौती है, और इसे निरंतर स्केलिंग के लिए निरंतर काम की आवश्यकता होगी।

DRAM के पारंपरिक कम लागत वाले गेट स्टैक के साथ स्केलिंग भी शक्ति और प्रदर्शन के मुद्दों में चल रही है।चंद्रशेखरन ने कहा, "सिलिकॉन ऑक्सीनिट्राइड गेट-ऑक्साइड तकनीक के साथ एक उच्च-प्रदर्शन सीएमओएस पॉलीक्रिस्टलाइन-सिलिकॉन गेट DRAM उद्योग में दशकों से मुख्यधारा है।""यह अच्छी तरह से जाना जाता है, और यह एक बहुत अच्छा लागत समाधान है।हालांकि, इसे शक्ति और प्रदर्शन को पूरा करने के लिए आवश्यक ईओटी (समतुल्य ऑक्साइड मोटाई) को पूरा करने में कई चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। "

एक वैकल्पिक समाधान उच्च-के गेट ऑक्साइड और धातु-गेट सीएमओएस है।ये दोनों प्रौद्योगिकियां तर्क तकनीक की दुनिया में आम हैं और मेमोरी सीएमओएस स्केलिंग के लिए एक आकर्षक विकल्प हैं।यह बेहतर ड्राइव, कम भिन्नता और ट्रांजिस्टर मिलान विशेषताओं को भी प्रदान करेगा।

लेकिन यह स्विचिंग प्रक्रियाओं का सिर्फ एक साधारण मामला नहीं है।मेमोरी में इस तकनीक को अपनाने के लिए परिधि और किनारे के उपकरणों को सक्षम करने के लिए सावधान डिवाइस इंजीनियरिंग की आवश्यकता होगी और सरणी एकीकरण के साथ अच्छी संगतता होगी।और यह सब DRAM की प्रतिष्ठित क्षमता को बनाए रखते हुए होने की जरूरत है।

3 डी फ्लैश स्केलिंग चुनौतियां
प्लानर से 3 डी स्टैक्ड नंद फ्लैश मेमोरी के लिए कदम, समय के लिए, नए अभिविन्यास में सेल आकार में वृद्धि करके बहुत कम संग्रहीत इलेक्ट्रॉनों के होने के मुद्दे को कम कर दिया है।लेकिन जैसे-जैसे परतों की संख्या बढ़ती है - पहले से ही सैकड़ों-स्ट्रिंग वर्तमान, एकीकृत सीएमओएस ट्रांजिस्टर, और शारीरिक मजबूती में ध्यान देने की आवश्यकता होगी।

स्ट्रिंग लंबी होने के साथ स्ट्रिंग करंट को फ्लैग कर रहा है।चंद्रशेखरन ने कहा, "वर्टिकल स्केलिंग बढ़ने से स्ट्रिंग करंट को चुनौती मिलेगी और सेंसिंग ऑपरेशन को और मुश्किल बना दिया जाएगा।"स्ट्रिंग करंट को परतों के माध्यम से सभी तरह से नीचे की ओर यात्रा करना चाहिए और फिर वापस ऊपर जाना चाहिए।जितनी अधिक परतें, उतने लंबे और अधिक प्रतिरोधक, वर्तमान को कम करते हैं।

एक विशेष चुनौती तथ्य यह है कि चैनल सामग्री पॉलीसिलिकॉन है, कम गतिशीलता और अनाज के आकार और निशान घनत्व पर एक मजबूत निर्भरता है।“इन उच्च-पहलू अनुपात संरचनाओं में अनाज के आकार को नियंत्रित करना एक बड़ी चुनौती है।इसलिए उपचार और उपचार के नए तरीकों की आवश्यकता है, ”चंद्रशेखरन ने कहा।

वैकल्पिक रूप से, नई सामग्री स्ट्रिंग को चालू रखने में मदद कर सकती है।"कई नई सामग्रियां हैं जिन्हें वैकल्पिक चैनल सामग्री के रूप में भी माना जा रहा है, जो संभवतः स्ट्रिंग करंट में सुधार करेगा," उन्होंने कहा।"लेकिन वे विश्वसनीयता तंत्र और स्वयं सेल विशेषताओं के संदर्भ में नई चुनौतियां भी प्रदान करते हैं।"

आगे की पंक्ति पिच स्केलिंग (जो ऊर्ध्वाधर है) भी मदद कर सकती है, लेकिन यह सेल के आकार को कम कर देता है, बहुत कम इलेक्ट्रॉनों को संग्रहीत करने की दिशा में वापस जा रहा है।यह अंततः एक सीमा से टकराएगा और 3 डी नंद में बड़े सेल आकार के लाभ को कम कर देगा यदि शब्द-लाइन पिच पैमाने पर जारी है।"लंबे समय में, आपके पास सेल के लिए पर्याप्त जगह नहीं होगी, और हम कुछ इलेक्ट्रान प्रभाव वाले प्लानर नंद के समान चुनौतियों का सामना करेंगे।"

इस बीच, आवश्यक शक्ति और प्रदर्शन के साथ बनाए रखने के लिए परिधीय सर्किटरी के लिए अधिक उन्नत CMOS प्रसंस्करण के लिए संक्रमण की आवश्यकता है।यह डीआरएएम में उच्च-in धातु फाटकों पर जाने की आवश्यकता को पूरा करता है - स्मृति कोशिकाओं और तर्क दोनों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सावधान डिवाइस इंजीनियरिंग की आवश्यकता को लाता है।

और अंत में, जैसे-जैसे और परतें जुड़ती जाती हैं, यह सेल फोन जैसे कम प्रोफ़ाइल अनुप्रयोगों के लिए डाई को पर्याप्त रूप से पतला रखना एक चुनौती बन जाता है - जबकि मजबूत हैंडलिंग के लिए पर्याप्त बल्क सिलिकॉन बनाए रखना।चंद्रशेखरन ने कहा, "अगली कई पीढ़ियों में, मोबाइल समाधानों के लिए फॉर्म-फैक्टर और पैकेज आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, सिलिकॉन के ऊपर सक्रिय उपकरणों की मोटाई सिलिकॉन की मोटाई से अधिक होगी।"“यह नई बैक-एंड हैंडलिंग चुनौतियों का निर्माण करता है, और वेफर वॉरपेज एक बड़ा मुद्दा बन जाता है।मरो ताकत और वेफर्स की हैंडलिंग एक नई चुनौती है जो हमारे बैक-एंड उपकरण प्रौद्योगिकी विकास को आगे बढ़ाती है। ”

उभरती स्मृति चुनौतियाँ
कई प्रमुख प्रौद्योगिकियां अगले प्रमुख गैर-वाष्पशील स्मृति होने का संकेत दे रही हैं।इनमें चरण-परिवर्तन मेमोरी (पीसीआरएएम), प्रतिरोधक रैम (आरआरएएम / रेराम), मैग्नेटोरेसिस्टिव रैम (एमआरएएम), और विकास प्रक्रिया में पहले, फेरोइलेक्ट्रिक रैम (फेराम), और सहसंबंधित इलेक्ट्रॉन रैम (सेराम) शामिल हैं।जबकि पीसीआरएएम ने इंटेल के क्रॉस-पॉइंट यादों में उत्पादन को प्रभावित किया है, और एसटीटी-एमआरएएम में वृद्धि हुई एकीकरण को देख रहा है, इनमें से कोई भी तकनीक आज अगली बड़ी चीज के एकल मंत्र का दावा नहीं कर सकती है।मुख्य चुनौतियां काफी हद तक विश्वसनीयता और नई सामग्रियों के उपयोग से संबंधित हैं।

एमआरएएम इस दौड़ में अधिक उम्मीद वाले प्रवेशकों में से एक है।केआरए के उत्पाद विपणन प्रबंधक मेंग झू ने कहा, "एमआरएएम एक प्रकार की मेमोरी है जो सूचनाओं को संग्रहीत करने के लिए चुंबकीय स्थिति का उपयोग करती है, जो चार्ज-आधारित यादों से बहुत अलग है।"जबकि यह सरल लग सकता है, MRAMs पतली परतों और उन परतों में उपयोग की जाने वाली विभिन्न सामग्रियों के कारण मौजूदा यादों की तुलना में अधिक कठिन हैं।

इसी तरह, PCRAM अपने सेल के लिए चॅलकोजेनाइड्स पर निर्भर करता है।RRAMs एक पतली इन्सुलेट सामग्री पर निर्भर करते हैं।और FeRAM को ऐसी सामग्री की जरूरत होती है जो फेरोइलेक्ट्रिक अवस्था में बदल सके।CERAM विकास के लिए पर्याप्त है कि इसकी संरचना अभी तक अच्छी तरह से स्थापित नहीं हुई है, लेकिन नई सामग्री और नाजुक विधानसभा की संभावना है।

इन सभी नई स्मृति प्रकारों के लिए सवाल यह है कि वे समय के साथ-साथ लाखों पढ़ने / लिखने के कार्यों को कैसे पूरा करेंगे।चंद्रशेखरन ने कहा, "कई प्रमुख उभरते स्मृति समाधान नई विश्वसनीयता-तंत्र चुनौतियों का सामना करते हैं, जिन्हें समझने की जरूरत है।"

एमआरएएम, कुछ अन्य तकनीकों की तुलना में अधिक दूर होने के कारण, उस प्रकार के विवरणों का एक अच्छा उदाहरण प्रदान करता है।झू ने कहा, "एमआरएएम के लिए मुख्य ब्रेकडाउन तंत्र अपने पतले एमजीओ बाधा के पहनने से बाहर है।""जब बाधा में दोष होते हैं, जैसे कि पिनहोल या सामग्री कमजोर बिंदु, तो जंक्शन का प्रतिरोध धीरे-धीरे समय के साथ कम हो सकता है और प्रतिरोध में अचानक गिरावट (टूटने) का कारण बन सकता है।"

अन्य मेमोरी प्रकारों को अभी तक अपनी विश्वसनीयता तंत्र की पहचान और प्रबंधन करना है।धीरज और डेटा प्रतिधारण के प्रश्न बने रहते हैं, और समय के साथ सेल प्रतिरोध का विकास महत्वपूर्ण महत्व का है - खासकर जब मशीन को सीखने के लिए इन-मेमोरी कंप्यूटिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए एनालॉग मेमोरी में उपयोग के लिए माना जाता है।

चुनौतियों से जोड़ने के लिए, इन उपन्यास मेमोरी सेल में से कई तापमान के प्रति संवेदनशील हैं, और उनकी सामग्री कुछ अच्छी तरह से स्थापित गैसों और अन्य रसायनों के साथ पारंपरिक रूप से अर्धचालक प्रक्रिया में उपयोग किए जाने के साथ अच्छी तरह से बातचीत नहीं कर सकती है।

चंद्रशेखरन ने कहा, "इन उन्नत मेमोरी सॉल्यूशंस में इस्तेमाल होने वाली अधिकांश सामग्री तापमान- और रासायनिक-संवेदनशील हैं।"“इसके लिए हमारे फैबों में कम तापमान के प्रसंस्करण और परिवेश नियंत्रण की आवश्यकता होती है, और यह प्रसिद्ध गैसों और रसायनों के उपयोग को भी सीमित करता है क्योंकि वे सेल सामग्रियों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और उनके प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।ऐसी सीमाओं से न केवल इन सामग्रियों को संसाधित करना मुश्किल होगा, बल्कि अधिक लागत भी बढ़ेगी। ”एक प्रवाह को परिभाषित करना जो दोनों कम तापमान का उपयोग करता है और रासायनिक सेल गिरावट को रोकता है, इन यादों को मुख्यधारा में प्रवेश करने के लिए आवश्यक होगा।

जबकि IEDM में प्रस्तुत चुनौतियों की सूची किसी भी तरह से संपूर्ण नहीं है, यह उद्योग को चुनौतीपूर्ण सुधारों का एक संग्रह प्रस्तुत करता है, जो कि एक गति से बढ़ते रहने के लिए बनाए रखना चाहिए, जो कि विकासशील प्रणाली की आवश्यकताओं को पूरा कर सके।अधिक डेटा के लिए अधिक प्रसंस्करण और अधिक मेमोरी की आवश्यकता होती है, और इस मुद्दे को संबोधित करने के बहुत सारे तरीके हैं।लेकिन कोई भी दृष्टिकोण सभी समस्याओं को हल नहीं करेगा, और जैसा कि अधिक डेटा उत्पन्न होता है और अधिक प्रकार की मेमोरी शुरू की जाती है, अतिरिक्त समस्याएं होंगी जो अभी तक खोजी नहीं गई हैं। ब्रायन मोयर