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手机玩庄闲·拆解开英特尔3D XPoint内存封装,当时我就震惊了

2020-01-09 08:26:23
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手机玩庄闲·拆解开英特尔3D XPoint内存封装,当时我就震惊了

手机玩庄闲,英特尔(intel)和美光(micron)在2015年8月推出了3d xpoint,打造出25年以来的首款新型态内存技术。2016年,英特尔发布采用3d xpoint技术的optane品牌储存产品 ,成为该技术最先上市的新一代高性能固态硬盘(ssd)系列。

根据techinsights的材料分析,xpoint是一种非挥发性内存(nvm)技术。位储存根据本体(bulk)电阻的变化,并结合可堆栈的跨网格数据存取数组。其价格预计将会 较动态随机存取内存(dram)更低,但高于闪存。

techinsights最近取得了英特尔optane m.2 80mm 16gb pcie 3.0并加以拆解,在封装中发现了一个3d x-point内存芯片。这是英特尔和美光的首款商用化3d xpoint产 品。英特尔3d x-point内存的封装尺寸为241.12mm2(17.6mm x 13.7mm),其中并包含x-point记体晶粒。该3d x-point晶粒尺寸为mm2(16.6mm x 12.78mm)。

图1:xpoint内存封装与晶粒(16b)图 (来源:英特尔3d xpoint、techinsights)

techinsights的进一步分析确定,英特尔optane xpoint内存芯片的每颗晶粒可储存128gb,较目前2d与3d tlc nand商用产品的储存密度略低,如图1所示。美光 (micron) 32l 3d fg cua tlc nand的每颗晶粒内存密度为2.28gb/mm2,三星(samsung) 48l tlc v-nand为2.57gb/mm2,东芝(toshiba)/wd 48l bics tlc nand为 2.43gb/mm2,而海力士(sk hynix)36l p-bics mlc nand则为1.45gb/mm2。相形之下,英特尔的optane xpoint的内存密度为0.62gb/mm2。

图2:内存密度比较

然而,相较于dram产品,3d xpoint的内存密度较同样采用20nm技术的dram产品更高4.5倍,也比三星的1xnm ddr4高出3.3倍。xpoint内存产品采用20nm技术节点,实 现0.00176μm2的单元尺寸,这相当于dram单元大小的一半。这是因为可堆栈的内存单元,以及4f2取代6f2用于内存单元数组设计。

图3:x-point内存数组sem与tem影像图

我们都知道,美光32l和64l 3d nand产品采用cua (cmos under the array)架构,表示其内存数组效率达85%,较其他3d nand产品的效率(约 60-70%)更高,例如三星3d 48l v-nand的效率为70.0%。同样地,xpoint内存数组中的储存组件由于位于金属4和金属5之间,使得晶粒的内存效率可达到91.4%。换句话说,所有的cmos电路 ,如驱动器、译码器、位线存取、本地数据以及地址控制,均位于与3d nand的cua架构相似的内存组件下方。图2显示英特尔xpoint与市场上现有3d nand产品的存储体效率比较。

图4:内存数组效率的比较

至于英特尔xpoint内存数组中的内存元素,它采用在金属4和金属5之间的储存/选择器双层堆栈结构,并在金属4上连接几个选择器触点接头。在储存组件方面,已经开发了诸如相变材料、电阻氧化物单元、导电桥接单元以及磁阻式随机存取内存(mram)等备选方案。其中,英特尔xpoint内存采用基于硫族化物的相变材料,而其记忆体组件采用锗-锑-碲(ge-sb-te)合金层,即所谓的相变存储器(pcm)。

在选择器方面则使用了许多开关组件,例如双载子接面晶体管(bjt)或场效晶体管(fet)、二极管和双向阈值开关(ost)。英特尔xpoint内存使用另一种基于硫族化物的合金,掺杂不同于内存元素的砷(as)。这表示英特尔xpoint内存使用的选择器是一种双向阈值开关材料。

接下来,我们还将深入这款组件,寻找更具创新性的技术。

图5显示沿着位线和字符线的双层内存/ots选择器组件横截面影像。ots选择器并不会延伸至中间电极或底部电极。

图5:沿着位线和字符线的xpoint pcm/ots横截面 (来源:英特尔3d xpoint、techinsights)

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