شهر سخت افزار/ شاید بسیاری از شما دوستان روزهایی که حافظه‌های کامپیوترها به سختی به چند صد گیگابایت می‌رسید را فراموش نکرده باشید ولی این روزها هدف‌گذاری شرکت‌های فعال در این زمینه بسیار فراتر از این اعداد و ارقام است. خبرهای جدید حکایت از این دارند که سامسونگ به عنوان پیشرفته‌ترین شرکت فعال در حوزه ساخت حافظه‌های 3D NAND Flash قصد دارد روی ساخت حافظه‌های با ظرفیت پتا بایت (1000 ترابایت) تمرکز کند.

افزایش روزافزون حجم فایل‌ها در دنیای پیرامون ما شرکت‌های فعال در حوزه ساخت حافظه را بر این داشته که روز به روز به فکر افزایش حجم حافظه‌های ساخت خود باشند و بستری را فراهم کنند که بتوانیم انبوه اطلاعات خودمان را در فضای کوچکتری ذخیره کنیم.

در حال حاضر اوج ذخیره سازی به لطف فناوری ساخت حافظه‌ها به صورت سه بعدی و چند لایه روی بسترهای SSD میسر شده و شرکت‌های فعال در این زمینه مانند سامسونگ، مایکرون، SK Hynix، Kioxia و ... به راحتی حافظه‌های تا ظرفیت چندین ترابایت را با استفاده از ترکیب چندین تراشه حافظه در یک PCB طراحی کرده و می‌سازند. از سوی دیگر رشد فناوری‌های ارتباطی و رسیدن به فناوری‌هایی مانند PCIe 5.0 نیز این امکان را فراهم کرده که بتوانیم با سرعت‌های بسیار بیشتری از چند سال قبل به انبوه داده‌های خود دسترسی پیدا کرده و عملیات انتقال را انجام دهیم.

برنامه سامسونگ برای رسیدن به حافظه های چند پتابایتی

اما همانطور که گفتیم دیگر بحث چند گیگا بایت و ترا بایت را باید به فراموشی بسپاریم. در همین زمینه طی چند روز گذشته رویدادی موسوم به CFMS2023 یا رویداد بازار حافظه فلش چین در این کشور با حضور بزرگان فعال در حوزه ساخت حافظه برگزار شد که در آن شرکت سامسونگ الکترونیکس خبر از برنامه خود برای رسیدن به مقیاس بندی سلولی در ساخت حافظه‌های سه بعدی NAND و تولید حافظه‌های سطح پتابایتی داد.

در این رویداد که شرکت‌هایی مانند مایکرون، کیوکسیا، ARM، Solidigm، Phison و ... نیز در آن حضور داشتند سامسونگ در مورد برنامه خود موسوم به «انقلاب مجدد حافظه‌های فلش برای رسیدن به یک حوزه جدید» داده است. سامسونگ در این نطق تأکید می‌کند که بسیار مسر است تا بتواند تا سال 2030 حافظه‌های 3D NAND را به سطحی برساند که تولید حافظه‌های بیشتر از 1000 برابر حافظه‌های امروزی میسر گردد.

در همین زمینه آقای Kyungryun Kim به عنوان معاونت گروه برنامه‌ریزی محصول NAND شرکت سامسونگ الکترونیکس سه نیاز اصلی ارتقا به این سمت را ایجاد تحول در مقیاس بندی فیزیکی، مقیاس بندی منطقی و توسعه فناوری پکیجینگ اعلام نموده است. از نظر آقای کیم این بخش ها نه تنها در حال تکامل هستند، بلکه از لحاظ نظری نیز قادر به رسیدن به ظرفیت‌های یک پتابایت (PB) یا 1024 ترابایت (TB) هستند.

با این حال، این شرکت تا ده سال دیگر با استانداردهای تکنولوژیکی کنونی به آن هدف دست نخواهد یافت. علاوه بر این، این شرکت به دنبال استفاده از فناوری سلول چهار سطحی برای دستگاه‌های حافظه بیشتر و تمرکز بر توسعه هر چه بیشتر این فناوری خواهد بود.

ضمن بحث در مورد مسیرهای تکاملی دستیابی به ظرفیت‌های پنج سطحی، این شرکت همچنین درایو حالت جامد (SSD) سری PM1743 PCIe 5.0 خود را در این مراسم به نمایش گذاشت. سری جدید PM1743 نسبت به مدل های قبلی تا چهل درصد بازده انرژی بیشتری داشته و با پلتفرم‌های AMD و اینتل PCIe Gen 5 سازگار خواهند بود.

گذر از مقیاس بندی فیزیکی به مقیاس بندی منطقی

سامسونگ همواره در بحث پیشرفت‌های تکنولوژیکی خود، به خصوص حافظه 3D NAND تا حدودی چراغ خاموش عمل کرده است. این شرکت به یافتن راه‌هایی برای ارائه تراشه‌های 3D NAND با سلول‌های چهارگانه و نرخ پذیرش گسترده‌تر برای عموم ادامه داده و احساس می‌کند که با تمرکز بر فناوری کنترلرهای جدیدتر به این اهداف می رسد.

در حال حاضر، سامسونگ به صورت فیزیکی تراشه‌های 3D NAND را به صورت فیزیکی مقیاس می‌کند. با این حال، این شرکت باید مقیاس‌بندی منطقی را نیز برای دسترسی به حافظه‌های بیش از هزار لایه بررسی نماید. مقیاس بندی منطقی امکان افزایش تعداد بیت های اطلاعات ذخیره شده در هر سلول را فراهم می کند.

در حالی که این شرکت در مورد فناوری خود سکوت کرده است، رقیب مستقیم آن، Kioxia در مورد پیشرفت های خود شفاف تر بوده است. این شرکت در سال 2019 حافظه 3 بعدی NAND با سلول پنج‌گانه را معرفی کرد که می‌توانست تا 5 بیت در هر سلول (5 bpc) را ذخیره کند. دو سال بعد، کیوکسیا از فناوری 5 بیت بر سلول عبور کرده و حالا به 6 بیت در هر واحد رسیده است. این شرکت اظهار داشته که همچنان در حال تحقیق است تا ببینند که آیا می توانند تا 8 bpc پیشروی کرده و یک دستگاه حافظه NAND سه بعدی هشت سلولی ایجاد کنند یا خیر. البته کیوکسیا هنوز خبر دستیابی به این فناوری را به صورت رسمی اعلام نکرده است

لازمه مقیاس بندی منطقی در ساخت حافظه و چالش‌های آن

ذخیره چند بیت در هر سلول چالش‌های زیادی را برای بسیاری از سازندگان 3D NAND ایجاد می‌کند. شناسایی موادی که قادر به ذخیره حالت‌های ولتاژ مختلف بوده و همچنین بتوانند بین آنها و بدون تداخل تمایز قائل شوند، یکی از موانعی است که در حال حاضر همه شرکت ها در تلاش برای غلبه بر آن هستند. علاوه بر این، شرکت‌ها باید تکنیک های تصحیح خطا را برای حفظ یکپارچگی داده‌ها با افزایش تعداد بیت‌ها در هر سلول را نیز به صورت قابل توجهی توسعه دهند.