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东京大学开发1V驱动NAND 为10GB/秒写入SSD开辟道路

编辑:Helan 发布:2010-05-21 09:10

   东京大学研究生院工学系研究科电气系工学专业副教授竹内健与日本产业技术综合研究所的研究小组,开发出了驱动电压仅为1V、功耗可比原来降低86%的 NAND闪存技术。据介绍,采用这种内存构成SSD时,可以实现在100多个芯片上并行写入数据,因此写入速度最大可提高至10GB/秒左右。
  东京大学等此次将之前开发的、采用强介电材料的NAND闪存(强介电NAND)驱动电压从原来的3V降到了1V。强介电材料NAND是一种在NAND 闪存单元中,采用强介电栅极绝缘膜和金属栅极的元件。现有的浮栅构造NAND闪存的写入电压高达20V左右,而强介电NAND能够以6V左右的电压进行写入。由于该特点,强介电NAND与现有的NAND闪存相比,通过降低磁芯电路的驱动电压来降低耗电量的效果更加明显。原因是即使将驱动电压降至1V左右,也无需大幅增加电荷泵(升圧)电路的层数,电荷泵电路功耗的增幅也较小。而现有的NAND闪存,如果将驱动电压降至1V左右的话,电荷泵电路的层数就会极度增加,由于这部分功耗的增大,磁芯电路就会失去降低耗电量的效果。
  不过,原来的强介电NAND难以在避免向非选择单元进行错误写入(Write Disturb)的同时,将驱动电压降至3V以下。原因是避免错误写入的方式采用了以下方法:将连接非选择单元的bit线电位提高至3V以上,提高非选择单元的通道电位,从而缩小与Word线(6V)之间的电位差。
  东京大学等此次新开发出了名为“Single-Cell Self-Boost法”的写入方式来应对上述问题。从连接非选择单的bit线两端,分别加载1V电压,将靠近非选择单元的两个单元设定为截止状态。由此,非选择单元的通道成为浮动(Floating)状态。如果在这种状态下将Word线升压至6V,非选择单元的通道电位将会上升,与Word线之间的电位差将会变小,从而难以出现错误写入。通过这种写入方式,可以在强介电NAND中抑制错误写入,同时将驱动电压降至1V。
  根据东京大学等的估算,与现有的1.8V驱动NAND闪存相比,可通过1V进行驱动的强介电NAND的功耗可削减86%。通过该强介电NAND构成 SSD时,在功耗上限为1.5W的条件下,可以并行写入数据的NAND芯片数量,最大增至原来6.9倍的110左右。结果,SSD的数据写入速度最大达到 9.5GB/秒。
  研究小组已经在2010年5月16~19日于韩国首尔市举行的“IEEE 2nd International Memory Workshop(IMW 2010)”上发布了此次的成果。

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