Ablösung für (NAND-)Flash-Speicher

Nach sieben Jahren im "Stealth-Mode" geht das 2002 gegründete Silicon-Valley-Startup Unity Semiconductor nun an die Öffentlichkeit: Ein neuartiger Typ nichtflüchtiger Speicherchips soll die etablierten und mittlerweile allgegenwärtigen NAND-Flash-Speicherchips überflüssig machen.

An einer Ablösung des billigen NAND-Flash mit all seinen Nachteilen wie langsamer Schreibgeschwindigkeit und begrenzter Löschzyklenzahl tüfteln weltweit zahlreiche Forscher und Entwickler. In den nächsten Monaten werden die ersten kommerziellen Phasenübergangspeicherchips (Phase-Change Memory, PCM) von Samsung (PRAM) beziehungsweise Intel/Numonyx (PCRAM) erwartet, nach großen Hoffnungen ist MRAM nun in einem zweiten Entwicklungszyklus. In einigen Jahren könnten dann Alternativen wie RRAM, (Kohlenstoff-)ReRAM oder Memristor erscheinen, die zum Speichern von Informationen Widerstands-Hystereseffekte nutzen. Die Flash-Speicherzellen hingegen arbeiten wie Ladungsträgerfallen.

Bei der CMOx-Technik von Unity Semiconductor brauchen die Speicherzellen keine Transistoren, sondern sie arbeiten passiv; es handelt sich um Kreuzungspunkte einer mehrlagigen Struktur aus bestimmten Metalloxiden. Zum Speichern von Informationen nutzt Unity nach eigenen Angaben (PDF-Datei) die Bewegung ionischer Ladungsträger – es handelt sich also nicht um ReRAM.

Die CMOx-Zellen sollen eine relative Chip-Fläche von nur 0,5 F² betragen, also die Hälfte des Quadrats der kleinsten mit der jeweiligen Fertigungstechnik realisierbaren Strukturgröße. Das entspricht angeblich der vierfachen Packungsdichte heutiger NAND-Flashes. Die CMOx-Zellen speichern jeweils mehrere Bits (Multi-Level Cell, MLC), zudem lassen sich mehrere Schichten übereinanderlegen. Trotzdem soll der Speicher fünf- bis zehnmal so schnell arbeiten wie NAND-Flash: Ein kommender 64-GBit-Prototyp soll mit 100 MHz takten und dann Dauer-Datentransferraten von 60 MByte/s beim Schreiben und 100 MByte/s beim Lesen erreichen. Damit wäre CMOx sehr gut für Solid-State Disks (SSDs) geeignet.

Nach Firmenangaben wurden in den letzten Jahren 65 Millionen US-Dollar in die Entwicklung der Technik investiert, eine neue Finanzierungsgrunde hat weitere 22 Millionen US-Dollar eingebracht. Zu den Hauptinvestoren gehört auch ein "wichtiger Festplattenhersteller" – es könnte sich beispielsweise um Seagate handeln: Das Unternehmen hat bisher noch keine Flash-SSDs im Angebot, klagt aber bereits gegen Konkurrenten und war Gegenstand von Spekulationen um eine Übernahme von SanDisk.

Weil die CMOx-Zellen so klein sind und selbst keine Transistoren enthalten, sollen sich CMOx-Speicherbauelemente laut Unity auch konkurrenzfähig noch in älteren Chip-Fabs fertigen lassen, etwa in 90-Nanometer-Fabs. Unity will CMOx aber nicht (nur) in Form von einzelnen Speicherchips auf den Markt bringen, sondern hat mit BEOL Memory noch eine weiter Spezialität im Angebot: Auf Silizium-Wafer mit fertigen CMOS-Schaltungen könnten sich in separaten Back-End-of-Line-(BEOL-)Fabs zusätzliche CMOx-Funktionslagen aufbringen lassen. Das wäre insbesondere für kompakte Systems-on-Chip (SoCs) für Mobilgeräte interessant, in denen Multi-Chip-Packages (MCPs) mit bis zu 16 übereinandergestapelten Dice stecken.

Gemäß der Unity-Roadmap soll die nächste CMOx-Generation bis zu 256 GBit erreichen, die dritte bis zu 1 Terabit auf einem einzigen Chip. Die größten monolithischen MLC-NAND-Flashes – von Intel/Micron (34 nm) und SanDisk/Toshiba (32 nm) – bringen es zurzeit auf 32 GBit, Samsung will noch in diesem Jahr die Fertigung von 64-GBit-Chips mit Struturgrößen der "30-Nanometer-Klasse" aufnehmen.

Unity Semiconductor wurde von dem gut betuchten ehemaligen Micron-Mitarbeiter Darrell Rinerson gegründet; in den 80er-Jahren hatte Rinerson zusammen mit den Unity-Mitgründern Ed Ward und Davis Bostwick bei AMD EPROMs entwickelt. Auch David Eggleston war früher bei Micron, leitete die MultiMediaCard Association und war für SanDisk tätig. Zu den Beratern von Unity gehören Professoren wie Paul McIntyre, Alex Ignatiev oder Chang-Beom Eom. (ciw)