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A tecnologia de memórias NAND caminha para um beco sem saída

Vários problemas podem impedir a indústria de ir além da tecnologia de 25 nanômetros. Mas quais são as alternativas?

Lucas Mearian, da PC World/EUA

04/02/2010 às 15h14

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Foto:

chips_nand_150Quando a IM Flash Technologies (IMFT) - joint venture entre a Intel e a Micron -  anunciou no início de fevereiro que está produzindo chips
de memória flash NAND com tecnologia de 25nanômetros, a empresa também afirmou que reduzir ainda mais o componentes sem problemas de erros em bits e custos altos pode não ser mais possível.

Se isso realmente for verdade, um dos principais componentes utilizados para construção dos blocos de armazenamento para discos de estado sólido (SSD) e
cartões de memória podem estar se aproximando de um beco sem saída.

Segundo o analista da Forward Insights Gregory Wong, isso pode acontecer nos "próximos quatro ou cinco anos" e o NAD pode deixar de ser o meio de armazenamento utilizado pela indústria e isso faz com que todos busquem por alternativas.

Memórias flash NAND foram a única grande
mudança introduzida na indústria de storage nos últimos anos e vem sendo usada desde grandes datacenters a notebooks e cartões de memórias espalhados em dispositivos móveis, como celulares e câmera digitais. A Apple, por exemplo, utiliza a tecnologia nos iPods e
iPhones, e isso ajudou a diminuir os custos de produção desses gadgets devido à
produção em massa.

A empresa de pesquisas iSuppliprevê que o mercado global de cartões de memória
flash vai crescer de 530 milhões de unidades em 2010 para 9,5 bilhões em
2013, gerando negócios na ordem de 26,5 bilhões de dólares.

O mercado de
chips de memória de alta capacidade, segundo a iSuppli, deve crescer muito devido à expansão dos smartphones. Quanto mais recursos
eles oferecem, seja touch screen, acesso à internet ou capacidades de
vídeo, mais armazenamento é necessário.

Segundo Wong, da Forward Insights, o mercado está entrando na era dos vídeos de alta definição, que exige mais capacidade de armazentamento. “A
questão, claro, é se realmente precisaremos de vídeos HD em telas
pequenas. Acredito que não, mas as empresas vão usar HD como maneira de
diferenciar os produtos", diz.

Recentemente, a Samsung - maior fabricante de memória flash NAND - lançou um moviNAND de 64 GB e um cartão de memória do tipo microSD de 32GB, ambos utilizando tecnologia de 32 nanômetros. 

O gerente da divisão de memória flash NAND da Samsung, Steve Weinger,
disse que capcidades de vídeo em telefones celulares e o desejo de
armazenar diversos aplicativos, filmes, seriados e clipes está
aumentando o desenvolvimento de chips e resultou em um crescimento de
34% nas vendas. “Hoje, é possível ter tudo na palma da sua mão, todos os seus filmes, suas
fotos e tudo mais. Recentemente, assisti um jogo de futebol
no meu iPhone com um aplicativo da DirecTV. Isso é incrível”, afirma. O problema, segundo Weinger, é que está cada vez mais difícil fazer
memória NAND mais densa.

Atualmente, a litografia de 25 nm usada pela IMFT, é a menor já usada na produção de memórias NAND existente. Um fonte na Intel se diz preocupada hoje em saber quanto mais o chip pode ser reduzido, ainda que isso seja importante já que chips menores significam mais
capacidade no mesmo espaço físico.

“O desafio atual está em continuar a oferecer
desempenho equivalente como nos produtos anteriores, o que foi possível na atual geração [de chips]. Mas olhando para o futuro, reconhecemos que materiais e
tecnologia de processo terão que mudar para enfrentarmos os obstáculos atuais", afirma o diretor da
Intel, Troy Winslow.

Barreiras físicas
A Intel já está se aproximando de tamanhos de átomos em sua técnica
de litografia. A litografia é  processo de criar celulas e transitores
em silício, que são usados para armazenar porções de dados. Quanto menores tais elementos forem, mais dados podem ser colocados em um simples chip de memória
flash NAND. Com o processo de 25 nm, as células em silício são 3 mil
vezes menores do que um fio de cabelo humano. E nesse nível a
interferência intercelular se torna um grande obstáculo.

De acordo com o analista de memória e armazenamento da iSuppli,
Michael Yang, qualquer coisa menor que litografia de 20 nm é um
território não explorado pela memória NAND. “A não ser que seja provado que algo entre 10 nm a 19 nm seja possível com
NAND, podemos estar chegando ao limite em que a NAND irá cruzar com alguma nova tecnologia de memória”, informou Yang por e-mail.

Além disso, o número de elétrons que pode ser amarmazenado nas
células de memória diminui a cada geração de memória flash, tornando
mais difícil para as células reterem dados, segundo o especialista da iSuppli.

Celulas NAND de múltiplos níveis, o tipo mais comum de memória usada
em produtos de consumo, está no meio de uma transição de armazenar dois
bits de dados por célula para um armazenamento de três e quatro bits por
célula.

Entretanto, bits adicionais por célula significa programação adicional
no nível de controle para garantir que cada bit seja colocado
corretamente, explica Wong. Enquanto a programação de células de nível
único (SLC, da sigla em inglês) de NAND é relativamente simples, a
programação com dois ou mais pode triplicar o código exigido.

Aumentar o número de bits por célula nem sempre é a melhor opção.
Quando a IMFT lançou seu chip NAND de 25 nm, um representante disse que a
empresa abandonou a produção dos não-lançados chips de três bits por
célula por causa de questões de confiabilidade. A tecnologia, anunciada
em agosto, usa o processo de litografia de 34 nm e representa uma
redução de 11% no tamanho da memória NAND. “A principal desvantagem da tecnologia de três bits por célula é que
ela vem à custa de desempenho e confiabilidade”, diz o diretor de
marketing da Micron, Kevin Kilbuck.

Alternativas
Por mais que a IMFT planeje reviver a tecnologia de três bits por
célula usando o processo de litografia de 25 nm, Killbuck afirma  que já
se está observando tecnologias além de transitores flutuantes usados
atualmente para que se possa continuar diminuir o hardware de
armazenamento de dados.

Entre essas tecnologias estão a Charge Trap
Flash e memória de mudança de fase. A companhia também está considerando
células NAND 3D, que envolve empilhamento de células. “É apenas algo que estamos observando para estender a vida das
células NAND. Se nós formos nessa rota, podemos
alavancar nossos processos de tecnologia DRAM, já que DRAM usa células 3D
com algumas geometrias. O objetivo é continuar escalonando para
diminuir custos", afirma Kilbuck.

De acordo com a Forward Insights, enquanto a técnica de litografia
encolhe, erros de bits aumentam, um problema composto pelo movimento de
três ou quatro bits por célula. Maior taxa de erro por bit requer mais
código de correção de erro (ECC, da sigla em inglês) na memória flash
para detectar erros em dados e corrigi-los. E quanto mais processos ECC, mais redundância de código e latência de
leitura de dados irá ocorrer já que o número de erros precisa ser corrigido.

Uma tecnologia que muitas empresas estão explorando é a de memórias
resistivas de acesso randômico (RRAM, da sigla em inglês). Em vez de
usar silício como material de resistência, a RRAM usa um filamento ou um caminho de condutores no
silício.

Wong disse que a tecnologia RRAM pode ter vantagem sobre outras
memórias emergentes por causa da menor voltagem para programação de mudança de fase na memória, e pode
ser células de memórias de tamanho similar à NAND. “Em outras palavras,
é uma tecnologia de escalabilidade em potencial, mas não há um claro vencedor nas tecnologias futuras Entretanto, a tecnologia RRAM 3D
empilhável oferece muitas vantagens”, disse Wong.

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