無(wú)限擦寫循環(huán)？Macronix新閃存技術(shù)

固態(tài)硬盤普及了，隨之而來(lái)的可靠性喝壽命問(wèn)題越發(fā)引人關(guān)注，特別是隨著NAND閃存工藝的進(jìn)步，反而越來(lái)越不耐用了：MCL NAND閃存再25nm時(shí)代還有3000-5000次的編程/擦寫循環(huán)(P/E)，20nm時(shí)代就只有3000次了，TLC規(guī)格的更只有是區(qū)區(qū)1000次。

這一切都是NAND閃存技術(shù)本身所決定的(具體原理分析點(diǎn)此)，因?yàn)樗?jīng)過(guò)一次P/E就會(huì)“磨損”一點(diǎn)，最終被消耗殆盡。那怎么辦呢?NAND閃存還有其他諸多優(yōu)秀特性，就這么拋棄么?

臺(tái)灣旺宏電子(Macronix)帶來(lái)了新的希望。他們將在本月的2012 IEEE國(guó)際電子設(shè)備會(huì)議上展示自己的成果：一種可以經(jīng)歷1億多次P/E的自我修復(fù)NAND閃存。

而且還不僅僅如此。旺宏電子的一位項(xiàng)目副經(jīng)理Hang-Ting Lue表示，為了測(cè)試1億次循環(huán)，他們花了好幾個(gè)月的時(shí)間，但是“我們不知道這玩意最終什么時(shí)候會(huì)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內(nèi)存(PCRAM)的技術(shù)。相變內(nèi)存將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一種硫族化物玻璃上，通過(guò)特殊方法加熱使其在導(dǎo)體、絕緣體兩種狀態(tài)之間切換，分別代表0、1兩種數(shù)據(jù)狀態(tài)。

旺宏電子的工程師發(fā)現(xiàn)，將硫族化物玻璃加熱到熔點(diǎn)具備某種修復(fù)效果，并發(fā)現(xiàn)在閃存上也可以這么做，所以他們重新設(shè)計(jì)了閃存芯片，包含了一個(gè)非常迷你的加熱器，用于加熱NAND閃存的存儲(chǔ)單元。

當(dāng)然，這樣做需要的變化很多，其中最大的一個(gè)就是調(diào)整柵極電極，使之可以攜帶電流去加熱存儲(chǔ)單元，再加上為此需要的二極管，工程師們不得不設(shè)計(jì)了一種新的存儲(chǔ)陣列架構(gòu)，來(lái)存放所有元件。

新的閃存架構(gòu)可以讓電流通過(guò)晶體管的柵極，產(chǎn)生脈沖并加熱，而持續(xù)時(shí)間只有幾毫秒，溫度會(huì)超過(guò)800℃，但僅僅局限在柵極附近。這樣一來(lái)，NAND閃存就可以隨時(shí)自我修復(fù)，而在經(jīng)歷了1億次的P/E之后，其中的數(shù)據(jù)仍然保持完整。

那么，這個(gè)額外的熱處理過(guò)程會(huì)不會(huì)增加功耗呢?Hang-Ting Lue承認(rèn)確實(shí)會(huì)，但加熱過(guò)程并不需要頻繁進(jìn)行，而且一次可以修復(fù)一整個(gè)扇區(qū)，設(shè)備連接電源并待機(jī)的時(shí)候也可以這么做，“并不會(huì)榨干你的手機(jī)電池”。

除了近乎無(wú)限的壽命，這種試驗(yàn)性閃存還有個(gè)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(rèn)為擦除速度是和溫度無(wú)關(guān)的。Hang-Ting Lue認(rèn)為這可能會(huì)帶來(lái)新的熱輔助模式閃存。

巧合的是，機(jī)械硬盤存儲(chǔ)介質(zhì)的進(jìn)化中也有一種熱輔助技術(shù)。

Hang-Ting Lue表示旺宏電子會(huì)尋求自我修復(fù)閃存技術(shù)的商業(yè)化，但未透露具體細(xì)節(jié)，他更期待整個(gè)產(chǎn)業(yè)都能投入進(jìn)來(lái)，畢竟宏旺電子并不是一家大企業(yè)。