Flash-'Revolution' - Samsung-Forscher senken Stromverbrauch um 96 %

Forscher von Samsung haben Wege gefunden, mit denen sich der Energiebedarf von Flash-Speicher um bis zu 96 Prozent reduzieren lassen könnte. In einem neuen Forschungs­papier beschreiben Sie, wie neue Materialien für effizientere Flash-Chips nutzen wollen.

Forscher setzen auf Oxidhalbleiter

Ein Team aus 34 Forschern vom Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) und dem Semiconductor R&D Center des koreanischen Elektronikriesen hat im Wissenschaftsjournal Nature einen Bericht veröffentlicht, in dem neue Methoden für die Fertigung extrem energiesparender Flash-Speicher-Chips beschrieben werden. Theoretisch soll die Leistungsaufnahme der Chips um bis zu 96 Prozent reduziert werden können.

Laut den koreanischen Forschern sollen ferroelektrische Materialien mit Oxidhalbleitern kombiniert werden, um den Stromverbrauch bei sogenannten String-Level-Operationen zu senken. Damit ist das Verfahren gemeint, mit dem NAND-Flash-Speicher Daten liest und schreibt, indem Signale durch in Reihe geschaltete Zellen geleitet werden.

Mehr Kapazität bedeutet bisher höheren Energiebedarf

Bei modernen NAND-Chips steigt derzeit die Zahl der verwendeten Schichten, um so die Kapazität zu erhöhen. Das Problem ist dabei, dass die Signale einen immer längeren Weg durch jede Zellenkette zurücklegen müssen, was bei wachsenden "Stacks" zu höherem Energiebedarf beim Lesen und Schreiben führt. Zwar gab es bereits Versuche, dieses Problem mit ferroelektrischen Materialien zu lösen, diese konnten diese Hürde aber nicht vollständig aus der Welt schaffen.

Samsungs Forscher setzen deshalb zusätzlich auf die speziellen Eigenschaften von Oxidhalbleitern. Derartige Materialien weisen normalerweise begrenzte Möglichkeiten auf, die Schwellenspannung zu kontrollieren. Diese Eigenschaft wird von Samsung nun genutzt, um die Schaltleistung zu senken und gleichzeitig eine hohe Bit-Dichte zu ermöglichen. Dadurch können bis zu fünf Bit pro Speicherzelle untergebracht werden.

Nach Angaben der Forscher aus Südkorea kann man durch eine Überarbeitung der Struktur der Transistoren und die Verwendung der genannten Materialien in einem NAND-Layout Wege finden, die Leistungsaufnahme extrem zu senken, ohne dabei Einbußen der Speicherkapazität in Kauf nehmen zu müssen.

Noch ließ Samsung offen, wann mit einer Kommerzialisierung der Verwendung der neuen Materialien in der Flash-Fertigung zu rechnen ist. Aktuell reduziert Samsung seine Investitionen im Flash-Bereich, weil die Produktion von DRAM-Speicher erheblich mehr Gewinn verspricht. Dennoch ist Samsung nach wie vor einer der beiden größten Flash-Hersteller.
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