Couverture ElectroniqueS n°127

Afin de répondre à la prise d'embonpoint affectant les programmes et à la forte demande en matière de stockage de données, les mémoires flash se font toujours plus denses. Et ce grâce à l'usage de procédés de gravure à l'état de l'art et à l'apport des techniques impliquant la mémorisation de 2 bits par cellule. Dans le microcosme des mémoires non volatiles, la flash s'est au fil des ans imposée, et son histoire est jalonnée d'évolutions techniques et technologiques ayant permis de gommer ses défauts de jeunesse. Afin de répondre aux besoins croissants en matière de sauvegarde de données, notamment manifestés par les produits nomades, sa capacité s'est également envolée. Et ce grâce à des procédés de gravure à l'état de l'art, mais aussi avec l'éclosion des principes de stockage à deux bits par cellule. En décembre 2004, lors de la rédaction de notre précédent dossier sur le même sujet, nous évoquions la mise sur le marché des premières flash 2 Gbits. A l'heure où nous écrivons ces lignes, les flash monolithiques les plus denses sont des modèles 16 Gbits de type Nand à cellules multiniveaux (MLC, multilevel cell). La production de masse est effective chez Samsung en Cmos 50 nm. Elle devrait l'être sous peu (en Cmos 56 nm) chez Toshiba, allié à SanDisk en la circonstance. De leur côté, Intel et Micron ont également échantillonné des Nand de même taille, fabriquées selon un procédé Cmos 50 nm sur tranches de 300 mm par IM Flash Technologies, leur société commune. Du côté des flash Nor, atteindre de telles capacités relève encore de l'utopie. Cependant, chez Intel, STMicroelectronics et Spansion, des mémoires 1 Gbit, en technologies MLC pour les deux premiers, MirrorBit pour le dernier, sont en production ou en échantillonnage avancé. Si depuis l'aube des temps, les Nor ont constitué l'essentiel de la demande, la situation présente est bien différente. En termes de volumes, sous l'impulsion notamment des cartes amovibles, des baladeurs MP3 et des clés USB, la balance penche aujourd'hui nettement en faveur des Nand. Ces dernières ont aussi fait une incursion remarquée dans les radiotéléphones, jusque-là chasse gardée des Nor. Les facilités offertes et l'éventail des services mis à disposition par les smartphones, en sont l'explication. Des marchés lucratifs en apparence, fortement concurrentiels dans la réalité, où les plus grands pourvoyeurs de Nand ont pour noms Samsung (46 % de parts de marché en 2006 selon iSuppli) et, à un degré moindre, Toshiba et Hynix. Le paysage des Nor a quant à lui récemment subi un changement historique. Intel, jusque-là immuable numéro un du secteur, ayant été découronné par Spansion. Cette société, qui rappelons-le est née de la fusion des activités mémoires flash d'AMD et de Fujitsu, s'est en effet vue octroyer par iSuppli quelque 30 % des parts du marché des Nor en 2006. STMicroelectronics complétant le podium. Mais le regroupement annoncé des activités flash (Nor et Nand) de cette dernière société avec les seules Nor d'Intel annonce la venue d'un futur Goliath. Pour les flash, la course aux lithographies devrait durer quelques belles années encore. Mais à terme, elle butera sur une barrière technologique, que certains situent après le n&oelig;ud 32 nm, liée au problème des charges stockées dans la grille flottante du transistor. Qu'à cela ne tienne, les laboratoires planchent sur un futur candidat à la succession. Parmi les plus sérieux postulants figure la mémoire à changement de phase, dite PCM (phase change memory) ou PRam (phase change Ram). Qualifiée de mémoire universelle, la PCM combine en effet les meilleurs atouts des flash et des Dram, à savoir : la non-volatilité, l'endurance, la modification au niveau du bit, les temps d'accès et d'écriture rapides. Par ailleurs, une gravure à 20 nm et en deçà est envisageable, ce qui lui ouvrira les portes de la haute densité. De fait, toutes les grosses cylindrées, ne souhaitant pas prendre le train en marche, investissent dans le domaine. Ainsi IBM, en partenariat avec Qimonda (une firme issue de la filialisation de l'activité Dram d'Infineon) et Macronix, a présenté en décembre 2006 un prototype de mémoire PCM ultrarapide. De son côté, Intel a formé une alliance avec STMicroelectronics et a acquis une licence auprès du pionnier Ovonyx. L'américain échantillonne actuellement, auprès de clients privilégiés, ses premières PCM 128 Mbits en Cmos 90 nm et envisage la production de masse à l'horizon 2010. Samsung, qui a également annoncé ses premiers échantillons, et Hitachi/ Renesas Technology sont également sur les rangs. Bénéficier du meilleur des mondes Si les différentes technologies en présence ont chacune leurs atouts, une voie explorée par certains consiste à unifier les architectures afin de profiter du meilleur des mondes. A savoir : le temps d'accès de la Nor, la vitesse d'écriture et la forte densité des Nand. Tel est ainsi le cas des OneNand de Samsung. Bâties autour d'un c&oelig;ur Nand, elles intègrent en sus une logique d'interface afin de les rendre compatibles avec les Nor. Grâce à l'ajout de buffers Sram, le débit en lecture est de 108 Mo/s, soit près de quatre fois plus qu'une Nand classique, pour quelque 9,3 Mo/s en écriture. Pour leur part, les OrNand de Spansion poursuivent le même objectif que les OneNand. A la différence qu'il s'agit là de mémoires de type Nor MirrorBit à 2 bits par cellule, vues de l'extérieur comme une Nand. Ce qui leur permet de viser les applications de stockage de données, domaine de prédilection des Nand, en mettant dans la corbeille la fiabilité reconnue des Les progrès réalisés dans le domaine de l'encapsulation font qu'il est concevable d'empiler de multiples puces dans un boîtier BGA. Et ce afin de bénéficier d'un facteur de forme réduit, particulièrement attractif lorsque la place est comptée. Un boîtier multipuce (MCP, multichip package) embarquera des flash de même nature pour une capacité accrue, de la Nand et de la Nor, ou combinera flash et Ram (Sram, SDram, PSram, CellularRam…). Tous les agencements sont en réalité envisageables, si la demande est là. Enfin, l'association de la mémoire avec un processeur bande de base ou applicatif peut être obtenue en empilant non plus les puces, mais les boîtiers (PoP, package-on-package).

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