ISSCC: Neue Fe- und Re-RAMs

Die Halbleiterentwicklerkonferenz ISSCC gibt auch einen Überblick über den Stand der Forschung bei innovativen Speicherzellen. In diesem Jahr drehen sich einige Vorträge um die bereits seit einigen Jahren in der Entwicklung befindlichen Typen FeRAM, MRAM, PRAM/PCRAM und RRAM/ReRAM.

Toshiba stellt ein 128-MBit-DDR2-FeRAM vor, das bei Fertigung in einem 130-Nanometer-Prozess rund 88 Quadratmillimeter Fläche belegt und mit 400 MHz Taktfrequenz arbeitet. Offenbar sind 16 Datensignalleitungen vorhanden, denn Toshiba erwähnt eine Datentransferrate von 1,6 GByte/s. Damit ist das FeRAM zwar wesentlich größer (also teurer) als aktuelle SDRAMs, aber fast ebenso schnell, wahlfrei adressierbar und nichtflüchtig – und erfüllt damit einige Erwartungen, die man sich Anfang der 2000er-Jahre von MRAM versprochen hatte.

MRAM ist aber nicht ganz tot: NEC stellt ein 32-MBit-MRAM mit zwei Transistoren (T) und einer Magnetic Tunnel Junction (MTJ) pro Zelle vor (2T1MTJ), das bei 90-nm-Fertigung auf ein Die mit 91 Quadratmillimetern Fläche passt. Die Zugriffszeit soll 12 Nanosekunden betragen. Das 32-MBit-MRAM speichert immerhin doppelt soviel wie das bisher größte Serienprodukt der von Freescale (Ex-Motorola) abgespaltenen MRAM-Sparte Everspin. Die 1- und 4-MBit-MRAMs von Everspin gibt es nun auch in BGA-Gehäusen für Consumer-Produkte; diese MRAMs dienen vorrangig als Ersatz von batteriegepuffertem SRAM und kosten in großen Stückzahlen rund 8 beziehungsweise 14 US-Dollar pro Stück (1/4 MBit).

Um die noch vor einigen Jahren insbesondere von Samsung und dem Intel-STMicroelectronics-Jointventure vorgestellten Phasenübergangsspeicherzellen PRAM und PCRAM ist es recht still geworden. Auf der ISSCC wurde PCRAM immerhin im Rahmen eines Forums besprochen; auf der Numonyx-Webseite findet sich dazu noch immer nichts Konkretes – obwohl Intel-Entwicklungschef Rattner PCRAM ja bereits für 2007 versprochen hatte. Auf der IEDM im vergangenen Dezember hatten immerhin IBM und Samsung ein paar neue Details zu ihren jeweiligen PRAMs diskutiert.

Auf der IEDM hatte Qimonda auch erstmals über ein Kohlenstoff-ReRAM gesprochen, die Ansätze von Fujitsu und HP (Memristor) sind schon älter. Das belgische Forschungsinstitut IMEC arbeitet an RRAM, ebenso wie das japanische AIST. Das US-amerikanische Startup-Unternehmen 4DS verkündet nun laut EETimes, einen wichtigen Schritt zu kompakten RRAMs gemacht zu haben – nennt aber noch nicht viele Details.

Noch lässt sich kaum abschätzen, welche Plätze die neuartigen Speicherchips im hart umkämpften DRAM- und Flash-Markt erobern könnten. Auch auf diesen Feldern schreitet die Entwicklung ja mit Hochdruck voran: Qimonda beispielsweise bringt auf 55 Quadratmillimetern 2 GBit an DRAM-Speicherzellen unter, Samsung schafft 4 GBit auf 173,82 Quadratmillimeter. Die NAND-Flash-Fertigung ist mittlerweile bei Prozessen angelangt, die Strukturbreiten von 30 nm (Samsung), 34 nm (IM Flash, also Intel/Micron) oder "Sub-35 nm" (SanDisk/Toshiba) ermöglichen. Auf der ISSCC verraten SanDisk/Toshiba etwas mehr zu ihrem bereits angekündigten Multi-Level-Cell-(MLC-)NAND-Flash mit 64 GBit Kapazität, das zwar noch aus der 43-nm-Fertigung kommt, aber 4 Bit pro Zelle speichert. Dennoch soll sich der Chip mit 5,6 MByte/s beschreiben lassen. Ein x3-MLC-Chip aus der erwähnten Sub-35-nm-Fertigung bringt es "nur" auf 32 GBit Kapazität, belegt aber auch nur 113 Quadratmillimeter an Siliziumfläche.

Auch die NAND-Flash-Speicherpreise dümpeln indes zurzeit im Keller, sodass die Chip-Hersteller dringend nach attraktiven Produkten suchen, die möglichst viele Flash-Chips benötigen. Dazu gehören beispielsweise Solid State Disks (SSDs). Erst vor wenigen Tagen hat Intel die Preise einiger SSDs deutlich gesenkt – wie der britische Inquirer allerdings treffend anmerkt, fielen die Preise von "extrem teuer" auf "teuer". Zudem hat sich gezeigt, dass es erst wenige wirklich schnelle Controller-Chips für SATA-II-SSDs gibt und auch integrierter DRAM-Cache ein Schlüsselbauelement ist. Dennoch diskutieren die Chip-Hersteller auf der ISSCC bereits, wie gut sich neue Speichertypen wie FeRAM, MRAM, PRAM oder RRAM für SSDs eignen.

Zur ISSCC siehe auch:

• DRAM-Rekorde
• Intel dominiert die International Solid-State Circuit Conference
• Samsung kündigt 40-nm-SDRAMs an

(ciw)