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固態硬碟普及了,隨之而來的可靠性和壽命問題越引人關注,特別是隨著NAND FLASH工藝的進步,反而越來越不耐用了:MCL NAND FLASH在25nm時代還有3000-5000次的編輯/擦寫循環(P/E),20nm時代就只有3000次了,TLC規格的更只有是區區1000次。
這一切都是NAND FLASH技術本身所決定的,因為它經過一次P/E就會「磨損」一點,最終被消耗殆盡。那怎麼辦呢?NAND FLASH還有其他諸多優秀特性,就這麼拋棄嗎?
台灣旺宏電子(Macronix)帶來了新的希望。他們將在本月的2012 IEEE國際電子設備會議上展示自己的成果:一種可以經歷1億多次P/E的自我修復NAND FLASH。
而且還不僅僅如此。旺宏電子的一位項目副經理Hang-Ting Lue表示,為了測試1億次循環,他們花了好幾個月的時間,但是「我們不知道這玩意最終什麼時候會掛掉,迄今為止我們沒有看到任何壞掉的痕跡」。
旺宏電子的這一成果巧妙地利用了相變記憶體(PCRAM)的技術。相變記憶體將數據儲存在一種硫族化物玻璃上,通過特殊方法加熱使其在導體、絕緣體兩種狀態之間切換,分別代表0、1兩種數據狀態。
旺宏電子的工程師發現,將硫族化物玻璃加熱到熔點具備某種修復效果,並發現在FLASH上也可以這麼做,所以他們重新設計了FLASH晶片,包含了一個非常迷你的加熱器,用於加熱NANDFLASH的儲存單元。
當然,這樣做需要的變化很多,其中最大的一個就是調整柵極電極,使之可以攜帶電流去加熱儲存單元,再加上為此需要的二極管,工程師們不得不設計了一種新的儲存陣列架構,來存放所有元件。
新的FLASH架構可以讓電流通過晶體管的柵極,產生脈衝並加熱,而持續時間只有幾毫秒,溫度會超過800℃,但僅僅侷限在柵極附近。這樣一來,NAND FLASH就可以隨時自我修復,而在經歷了1億次的P/E之後,其中的數據仍然保持完整。
那麼,這個額外的熱處理過程會不會增加功耗呢?Hang-Ting Lue承認確實會,但加熱過程並不需要頻繁進行,而且一次可以修復一整個扇區,設備連接電源並待機的時候也可以這麼做,「並不會榨乾你的手機電池」。
除了近乎無限的壽命,這種試驗性FLASH還有個意料之外的驚喜,那就是加熱也加快了擦除速度,而之前人們認為擦除速度是和溫度無關的。Hang-Ting Lue認為這可能會帶來新的熱輔助模式FLASH。
巧合的是,機械硬碟存儲介質的進化中也有一種熱輔助技術。
Hang-Ting Lue表示旺宏電子會尋求自我修復FLASH技術的商業化,但未透露具體細節,他更期待整個產業都能投入進來,畢竟宏旺電子並不是一家大企業。