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Auch eine disruptive Technik hat Wurzeln in der Vergangenheit, Teil 2 Viele Hoffnungsträger drängen auf den Halbleiterthron

Autor / Redakteur: Hermann Strass / Rainer Graefen

Die Zeitspanne zwischen zwei Flash-Generationen ist durch den Zwang des Go-to-market häufig zu kurz. Deshalb verdoppelt sich im Laufe einer Entwicklungsphase die Kapazität zwischen den Generationen immer seltener, häufig reicht es nur noch für eine 50-prozentige Steigerung. Die alternative Produktionstechnik steht jedoch immer bereit.

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Beispiel einer FeRAM-Zelle
Beispiel einer FeRAM-Zelle
(Grafik: Wikipedia.org)

Fünf Quartale dauert es derzeit bis ein neues Flash Storage Update auf den Markt geworfen wird. Kenner der Szene erwarten, dass das noch einige Generationen so weitergehen wird. Doch die Zeit für Alternativen scheint zu kommen. Der große Umbruch steht bevor.

Eine Studie von Yole Développement über Emerging Non Volatile Memory (NVM) zeigt, dass die Halbleiterindustrie sich genötigt sieht, die Zeitpläne für ihre diversen nichtflüchtigen Speicherbausteine offenzulegen.

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(Grafik: Yole Développement)

Die Grafik von Yole Développement vermittelt den Eindruck, dass die favorisierten NVM-Medien eigentlich schon alle auf dem Markt sind und in den Branchen Massenspeicher, Mobilfunk, Enterprise Cache, embedded Controller und Automobilindustrie schon seit 2011 eingesetzt werden.

2014 beginnt die heiße Phase

Das waren jedoch, z. B. bei Phase Change Memory (PCM), nur Fingerübungen mit geringen Kapazitäten, die keine Reorganisation des Produktionsprozesses erforderten und mit denen man unkritische Speicherbedürfnisse bediente. Dass heißt, es wird nicht vor 2014 ernst bei MRAM und PCM. Frühestens 2015 scheint RRAM in den Wettstreit eintreten zu wollen oder zu können.

Man sollte solche Grafiken jedoch nur als Trend zur Kenntnis nehmen und nicht meinen, hier würden präzise Aussagen über die spätere Verfügbarkeit gemacht. Der kleine Hinweis am rechten Rand über die Lieferfähigkeit von Testmustern zeigt zudem, dass auf den Produktionsstart noch eine Karenzzeit von 12 bis 18 Monaten zu schlagen ist.

Zu berücksichtigen ist ebenfalls, dass in solchen Grafiken nur die hoffnungsträchtigsten Techniken präsentiert werden und viele weitere Kandidaten gar nicht auftauchen. Nachfolgend geben wir eine technische Einschätzung über die "gehypten" und weitere Hoffnungsträger.

RRAM, ReRAM (Resistive RAM)

ReRAM nutzt die Widerstandsänderung des Materials gegenüber Elektronen. Geforscht wird daran seit den 1960er-Jahren. ReRAM wird wegen der hohen Schreibgeschwindigkeit geschätzt. Allerdings wird für einen erfolgreichen Einsatz die derzeit noch sehr teure EUV-Technik benötigt.

Toshiba plant zeitgleich mit BiCS auch ReRAM mit etwa gleicher Kapazität anzubieten. Ende 2011 stellte die IMEC-Organisation (Belgien) eine RRAM-Zelle der Größe 10 nm x 10 nm vor. Die "endurance" wird mit einer Milliarde Zyklen angegeben. Tests zeigen eine Datenspeicherfähigkeit von 10 Jahren bei 100 °C ohne Stromzufuhr.

MRAM, STT-MRAM (Spin Transfer Torque-MRAM), NV-RAM

Diese Technik beruht auf dem magnetischem Spin (Drehimpuls). Für MRAM wird auch die Bezeichnung "universal memory" verwendet, weil es die Speicherdichte von DRAM mit der Geschwindigkeit von SRAM und mit der Nicht-Flüchtigkeit von Flash vereint.

Toshiba, Erfinder der Flash-Technik, will mit MRAMs die Leistungsaufnahme von Prozessoren um zwei Drittel senken, wenn die bisher im Chip verwendeten SRAM-Speicher durch MRAM (STT) ersetzt werden. Durch senkrechte Magnetisierung (perpendicular magnetization) wird eine Speicherzelle von 30 nm möglich. Bis große Kapazitäten erreicht werden, dürften noch einige Jahre vergehen. Probleme bereiten die Taktung, der Stromverbrauch im aktiven Zustand und die Bandbreite. MRAMs werden derzeit von mehreren Firmen angeboten oder lizenziert.

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