ISSCC: SanDisk baut NAND-Flash-Chips mit 3-Bit-Zellen

Um Siliziumfläche zu sparen und damit die Produktionskosten zu senken, nutzt man bei Flash-Speicherchips die Multi-Level-Cell-(MLC-)Technik. Bisher sind hauptsächlich MLC-Bauelemente bekannt, bei denen jede Zelle 2 Bits speichert; Spansion nutzt für seine NAND-Flash-kompatiblen ORNAND-Flashes allerdings bereits MirrorBit Quad. Diese 90-nm-Chips speichern zurzeit maximal 2 Gigabit, ein 4-GBit-Bauelement baut Spansion als Dual-Die-Package; die neue 65-nm-Fab liefert seit einigen Wochen Muster von 1-GBit-ORNAND-Chips.

Mehrere Firmen arbeiten an NAND-Flash-Strukturen mit 4-Level-Zellen, aber SanDisk nutzt nun zunächst den gemeinsam mit Partner Toshiba entwickelten Zwischenschritt x3-MLC mit drei Bits pro Zelle für einen 16-GBit-Chip. Dessen Serienfertigung in 56-Nanometer-Technik soll spätestens im April anlaufen. Dank x3-MLC will SanDisk pro Wafer 20 Prozent mehr Dice fertigen, als mit x2-MLC-Technik möglich wären; die genaue Die-Größe nennt SanDisk dabei nicht.

Im Vergleich zu den wegen ihrer größeren Die-Fläche teureren Single-Level-Cell-(SLC-)NAND-Flashes haben MLC-Speicherchips allerdings auch Nachteile. Die Zahl der Schreibzyklen, die jede einzelne Zelle überlebt, liegt bei MLC typischerweise bei 10.000, bei SLC sind es meistens 100.000. Dabei kommt für MLC bereits eine aufwendigere 4-Bit-ECC-Technik zur Fehlerkorrektur zum Einsatz, während für SLC noch 2-Bit-ECC ausreicht. Der höhere Aufwand bei der Signalverarbeitung mindert zudem die Datentransferrate: SanDisk berichtet auf den ISSCC über ein kommendes x4-MLC-NAND-Flash mit ebenfalls 16 GBit Kapazität, das sich dank einer speziellen Bitline-Architektur mit bis zu 34 MByte/s beschreiben lassen soll. Ein eng verwandter Chip mit x2-MLC und der halben Kapazität soll hingegen über 60 MByte/s erreichen. Für das x3-MLC-NAND-Flash nennt SanDisk lediglich 8 MByte/s beim Schreiben. In schnelle Solid-State-Disks (SSDs) baut man deshalb häufig noch SLC-NAND-Flashes ein; Intel und Micron hatten ebenfalls auf der ISSCC 2008 ONFI-2.0-NAND-Flashes mit 8 GBit Kapazität und bis zu 100 MByte/s Schreib-Datentransferrate angekündigt.

Für andere Anwendungen ist indes die Geschwindigkeit weniger wichtig als die physische Größe der Chips; SanDisk und Tohsiba wollen deshalb im nächsten Schritt x4-MLC-NAND-Flashes in 43-Nanometer-Fertigungstechnik bauen, die 16 GBit an Daten auf 120 Quadratmillimeter Siliziumfläche unterbringen. Ein solcher Chip mit 2 GByte Kapazität passt dann etwa auch in microSD-Speicherkarten. In Multi-Die-Packages lassen sich bis zu 16 Chips auf 1,4 Millimetern Höhe stapeln.

Mehr zur ISSCC:

• Intel veröffentlicht Details zu Silverthorne
• Sun baut mit "Rock" an neuem Standard für Parallelverarbeitung
• DDR-NAND-Flash-Speicher liefert Daten mit 200 MByte/s
• Ein Prozessor-Reigen aus Cell, Rock, Silverthorne und Tukwila