英特尔第二代XPoint内存

英特尔的2^nd生成XPoint内存——值得等待很长时间吗?

2017年，TechInsights分析了英特尔1的细节^英石根本。xpoint内存（Optane^TM值内存16GB, MEMPEK1W016GA)，包括结构、材料、工艺、设计、电路等。从那时起，我们就一直在等待^ndgen. XPoint内存多年。3D XPoint非易失性存储技术于2015年推出，产品从2017年开始出货。美光的战略是为英特尔等数据中心客户提供用于云基础设施的持久存储技术。最初的价值主张是更高的密度、更便宜的DRAM和更快的NAND。然而，美光决定退出3D XPoint非易失性内存市场，转而将其数据中心的精力集中在新兴的计算快速链接(CXL)接口上。就像美光科技最近放弃了它，尽管他们有1^英石XPoint Memory产品（X100 SSDS）对于有限的客户，英特尔现在是唯一的公司。

英特尔在Optane系列中宣布了三个新的内存产品，2^nd根本。3D Xpoint记忆去年12月。2^ndgen. XPoint内存具有四层相变内存(PCM)结构，可用于256Gb芯片。Optane P5800X据说是市场上最快的PCIe NVMe 4.0 x4企业SSD。

还有一个新的混合SSD与NAND和3DXP，以及新一代Optane DIMM与Crow Pass。Optane Memory H20是一种固态硬盘，它结合了很大一部分3D NAND和一小部分3D XPoint，其代码名为Pyramid Glacier。英特尔Optane H20固态硬盘预计将于2021年第二季度推出。第三代的Optane持久内存，也被称为Optane DIMM，现在是与Crow Pass的议程上，它只会出现在即将到来的Sapphire Rapids服务器平台上，预计最早要到2021年底。

图1所示。XPoint和PCM设备在市场上的历史

在此期间，我们最好简要回顾和复习一下1^英石XPoint记忆技术，特别是结构，材料，模具/块设计。图1显示了XPoint/PCM的历史。第一代XPoint内存芯片具有128Gb (16GB)的芯片密度和两层PCM结构。它已应用于许多英特尔SSD产品，如Optane, 800P, 900P, DC P4800X, H10和DCPMM。

图2.比特密度的比较;3d来自三星，英特尔和微米，英特尔Xpoint，来自三星和微米的D1Z DRAM的NAND

当谈到内存位密度，英特尔Optane XPoint 1st gen.有0.62 Gb/mm²平均位密度0.23~0.27 Gb/mm²而与目前商业化的128L或144L 3D NAND产品相比，如三星128L 512Gb TLC (6.91 Gb/mm)，则要低得多²），SK Hynix 128L 512GB TLC（8.11 GB / mm²)和英特尔144L QLC (12.86 Gb/mm²）。图2显示了比特密度的比较;3D来自三星，英特尔和微米，英特尔Xpoint，来自三星和微米的D1Z DRAM的NAND。我们估计并添加了上行的三星176L 512GB TLC 3D NAND和英特尔第二型。XPoint存储器256GB进入图形。如果是第二局。XPoint Memory 256GB管芯具有相同的芯片尺寸和良好优化外设设计，它增加到约1.36 GB / mm2，但是仍处于N1Y或N1Z 2D Nand的范围内。对于更高密度存储类存储器（SCM）应用，将需要更具创新性和新的架构概念。

英特尔XPoint单元阵列结构和外设设计使用CMOS的概念在阵列（CUA）下，其也用于英特尔/微米3D NAND建筑。通过CUA型集成，英特尔和微米的3D NAND内存阵列效率比非CUA产品（60〜70％）更高（〜85％）。同样地，XPoint存储器管芯的存储器效率大于90％，因为XPoint存储器阵列中的存储元件位于金属4和金属5之间。换句话说，所有CMOS电路，如驱动程序，解码器，BL访问，本地数据等地址控制放置在内存元素下，类似于3D NAND的CUA架构。外围模具设计，设计与瓷砖型铺板平板，与英特尔/微米CUA 3D NAND模具相同。每芯片的16,384块瓷砖是指7.81 MB /瓷砖密度，并且每块瓷砖2,150BLS和2,150 WLS，包括伪WLS和BLS。

一个双层存储/选择结构被用于1^英石根本。xpoint内存。对于存储元件，已经提出并开发了许多候选者，例如相变材料，电阻氧化物电池，导电桥电池和MRAM电池。其中，1^英石根本。XPoint内存采用基于硫属化物的相变材料，GST（GE-SB-TE）合金层。用于BL和WL光刻/蚀刻工艺的20nm双图案化技术（DPT）。有效地，设计在XPoint存储器单元阵列上的2F2单元。

对于选择器元件，可以使用许多开关装置，例如晶体管型（BJT或FET），二极管类型和卵形阈值开关。英特尔1^英石根本。XPoint Memory采用另一种基于氯化物基合金与砷（AS）掺杂，其与GST合金PCM层不同。所使用的选择器材料英特尔是卵形阈值开关（OTS）材料。整体结构由双堆叠的存储器层和沿位线和字线组成的OTS选择元素组成。OTS选择器未在中间电极或底部电极上延伸。

图3:描述过程和设计中的一些问题的图像;(a)有源阵列附近的虚拟块和互连区，(b) M4上的多片，(c) ME1钨层与ME2分离的PCM/OST电池结构

在流程和设计上存在一些需要改进的问题，例如阵列和外围区域不匹配、吞吐量/成本、WL/BL互连区域惩罚和单元缩放。图4展示了一些描述问题的图像，包括(a)有源阵列附近的假块和互连区域，(b) M4上的多片，(c) ME2钨工艺分离ME1的PCM/OST电池结构。外围区域与XPoint单元阵列区域匹配不佳，导致在活动单元块之间添加了大量虚拟单元块。尽管采用CuA结构，但由于面积惩罚，电池的面积效率降低至57.8%。在WL、BL1、BL2触点下使用三个着陆台与cell XPoint阵列M4层连接，可能会导致Rc较高，成本增加。中间电极层由ME1和ME2两个分离的W层组成，这意味着需要额外的光刻、蚀刻和CMP工艺。

我们为什么要耐心地等待2呢^nd将军XPoint记忆?

我们预计将从英特尔解决和改善2个问题的许多问题^ndgen. XPoint内存产品。我们期待着英特尔如何更新XPoint技术。

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