NAND flash bellek üreticileri, tarih boyunca hücre başına depolanan bit sayısını artırarak son kullanıcıya ulaşan SSD‘lerin depolama yoğunluğunu artırmaya çalıştılar. Bu kapasiteyi artırmanın en zor yolu olsa da, maliyet açısından şirketlerin en çok istediği şey. Kioxia gibi şirketler ise bir hücrede depolayabilecekleri bit sayısıyla ilgili sürekli deney yapıyor. Bu yıl Kioxia, laboratuvarda ve düşük sıcaklıklarda olsa bile hücre başına yedi bit (7 bit-per-cell) depolama kapasitesine eriştiğini duyurdu.
Birden fazla biti depolamak için NAND hücresinin birden fazla farklı voltaj seviyesi tutması gerekiyor. Öte yandan NAND üreticilerinin hücreler için uygun malzemeleri bulması şart. Ayrıca yongalar tüm verileri hatasız şekilde kaydetmeli ve elbette tekrar okuma yapmamız gerek. Yani bu süreç oldukça meşakkatli.
Voltaj durumlarının sayısı da bit sayısı ile katlanarak artıyor. Örneğin, dört bit depolamak için hücrenin 16 voltaj düzeyi (2^4) tutması gerekli, ancak altı bit ile bu sayı 64’e (2^6) çıkıyor. Sonuç olarak Kioxia’nın hücre başına yedi bit depolamak için 128 voltaj durumunu (2^7) yakalaması gerekli.
Kioxia, başarısını anlatan makaleyi International Memory Workshop 2022 (IMW 2022) ile sundu. Bellek üreticisi, hücre başına yedi bit depolamak için epitaksiyel büyüme kullanılarak oluşturulmuş tek kristal silikon kanalı kullanmak zorunda kaldı. Tek kristal silikon, polikristal silikondan daha düşük elektrik direncine sahip, bu da verilerin tutulmasını kolaylaştırıyor. Ayrıca tek kristal silikon içeren hücre transistörlerinin eşik altı eğimi daha dik (geleneksel transistörlere kıyasla) iken, kaçak akım paratzitlenmesi daha düşük.
Laboratuvarda özel transistörler oluşturmakla iş bitmiyor. Ultra yoğun NAND yongalar tasarlamak için araştırmacıların 128 voltaj durumunu işlemeye uygun, kodlama şemasına sahip özel bir kontrolcü geliştirmesi gerekiyor.
Western Digital, PLC 3D NAND’ın (hücre başına 5 bit) 2025 yılından sonra önem kazanacağına inanıyor. Ancak Kioxia şimdiden hücre başına yedi bit depolamanın fiziksel olarak mümkün olduğunu gösterdi. Hatta şirket, hücre başına sekiz bit veri tutmak için araştırmaları sürdürüyor.
