Den amerikanska minnestillverkaren Micron skrinlägger planerna på DRAM-minne med cellstrukturen 4F², en teknik bolaget själv uppfann och forskat på i omkring 20 år. Teknikchefen Scott DeBoer menar att arkitekturens ökade komplexitet och högre tillverkningskostnad inte motiverar den tilltänkt ökade densiteten, som på pappret gjort tekniken intressant för hela industrin. Istället fortsätter Micron på den inslagna vägen med väl etablerade 6F²-strukturen och siktar på 3D DRAM för framtiden.
Att industrins minnestillverkare tittar på 4F² tillskrivs fysikens realiteter. En traditionell DRAM-cell består av en transistor och en kondensator, där information lagras som elektrisk laddning, och krympning av dessa har möjliggjort för primärminne med allt större kapacitet. I dagsläget sker fortsatta krympningar av själva transistorn, medan mindre dimensioner för kondensatorn innebär minskade signalmarginaler, samtidigt som strömläckage och retention blir allt svårare att kontrollera. Av den anledningen har kondensatorn inte kunnat krympas i samma takt som resten av minnescellen – krasst krävs tillräckligt många elektroner för att tillförlitligt hålla en laddning.
Skillnaden mellan 6F² och 4F² är praktiskt hur själva transistorn tillverkas. Med 6F² upptar en minnescell en yta om 2F × 3F, där ”F” står för feature size. Med4 F² vinklas transistorns kanal vertikalt 90 grader för att istället bygga på höjden och på pappret krympa avtrycket med 33 procent – vilket direkt skulle kunna översättas till större kapacitet på en given kretsyta (mm²). Det här förändrar dock inte premissen kring kondensatorn.
Det är just kondensatorn Microns teknikchef Scott DeBoer pekar på när han menar att 4F²-strukturen inte är värd besväret. Han går så långt som att kalla densitetsvinsten med 4F² som delvis en myt och att delar av argumentationen är rökridåer. Nämnas ska att Micron medger att 4F² innebär ökad densitet, men att den ökade komplexiteten och tillverkningskostnaden helt enkelt inte motiverar teknikskiftet.
Beslutet att lägga 4F² till handlingarna är anmärkningsvärt då Microns huvudkonkurrenter SK Hynix och Samsung fortfarande ser cellstrukturen som en framkomlig väg. SK Hynix demonstrerade tidigare under året en fungerande 4F² Vertical Gate-struktur, och den kinesiska uppstickaren CXMT gör gällande att de lanserar en första 4F²-baserad DDR5 RDIMM-minnesmodul för servrar innan årsskiftet – åratal före sydkoreanerna – byggd kring bolagets Vertical Surrounded Gate-transistor.
Samtidigt som Micron överger 4F² är industrin rörande överens om att det endast är ett mellansteg på väg mot nästa paradigmskifte stavat 3D DRAM, där flertalet minnesceller staplas vertikalt eller ”på höjden” som ett sätt att öka densiteten. Skiftet kan jämföras när industrin för ett drygt decennium sedan slog i en vägg med lagringsminne av NAND-typ, vilket tvingade fram ett ett teknikskifte i form av 3D NAND.
NAND nådde under mitten av 2010-talet en liknande fysikalisk vägg när mindre celler innebar färre elektroner per lagrat minnestillstånd, mer strömläckage och mindre marginal mellan olika spänningsnivåer. När Samsung kommersialiserade 3D NAND år 2013 var det med kretsar där inget mindre än 24 lager minnesceller staplades på höjden – samtidigt som de tog ett kliv tillbaka i tillverkningsteknik, från dåvarande spjutspets ~15 nanometer till tillverkning i 40-nanometersklassen. Kombinationen med fler lager och större transistorer löste både problemet med skalning och cellernas storlek. Idag är industrin på god väg mot 3D NAND med över 400 lager minnesceller.
Framåt talar Micron om att de kommer fortsätta utveckla traditionellt DRAM, med nya material och mer avancerade transistor- och kondensatorstrukturer, samtidigt som 3D DRAM utvecklas parallellt. Hela kvartetten bestående av Micron, SK Hynix, Samsung och CXMT väntas kommersialisera 3D DRAM under tidigt 2030-tal.
