Đầu tiên , Samsung thông báo bắt đầu đi vào sản xuất hàng loạt những chip nhớ Flash 3D V-NAND ( Vertical NAND ) , sau đó đến lượt Crossbar nói rằng đã tạo được hàng mẫu chip RRAM ( Resistive RAM ) .

3D NAND được chế tạo từ dạng nằm ngang sau đó chúng xếp lớp với nhau để tăng mật độ của chip lên gấp 1 lần , tăng tốc độ Ghi lên 10 lần và thời gian làm việc tin cậy gấp 10 lần so với những NAND 2D hiện nay .

Quá trình để tăng mật độ được tạo bởi những ô nhớ Flash silicon để lưu trữ dữ liệu trên NAND phẳng bằng công nghệ sản xuất 10nm và 19nm . Để hiểu xem nó nhỏ tới mức như thế nào với ví dụ sau . 1 nanomet là một phần tỉ mét , sợi tóc người dày gấp 3000 lần so với Flash NAND được sản xuất bằng công nghệ 25nm . 25 triệu nanomet tương ứng với 1-inch .

Flash NAND dùng những bóng bán dẫn ( transistor ) hoặc CTF ( Charge Trap Flash ) để lưu trữ 1 bit dữ liệu trong ô silicon , trong khi đó RRAM dùng kết nối nhỏ giữa hai lớp silicon để đại diện cho 1 bit dữ liệu , có giá trị là 0 hoặc 1 .

Trong RRAM , lớp trên cùng là Silicon Nitrate tạo ra một điện cực dẫn điện , lớp phía dưới là Silicon Oxide . Một điện tích dương được tạo ra trong sợi kết nối giữa hai lớp Silicon này sẽ đại diện giá trị là 1 , nạp điện âm vào sợi dây dẫn này , tạo ra lớp điện trở và đại điện là số 0 .

Công nghệ nào sẽ chiến thắng ?

Bộ nhớ nào trong hai loại trên sẽ thống trị thị trường bộ nhớ Non-Volatile trong 5 năm tới sẽ không chắc chắn , các chuyên gia đã kết hợp những quan điểm về bộ nhớ 3D NAND Flash có thể kéo dài cuộc sống của công nghệ NAND Flash hiện tại . Một số nói rằng sẽ tăng trưởng nhiều hơn nữa khi mà hiện tại số lớp mà Samsung đã dùng là 24 thì trong tương lai con số này là 100 . Trong khi một số khác nhận định công nghệ này sẽ chạm mức ngưỡng với 64 lớp .

Ngược lại RRAM bắt đầu với lợi thế đó là có mật độ lưu trữ cao hơn , hiệu suất làm việc cao hơn , tuổi thọ cao hơn so với NAND .RRAM sẽ dùng những Wafer silicon có kích thước chỉ bằng một nửa so với sản xuất Flash NAND hiện thời .Và ưu điểm hơn cả , theo CEO của Crossbar là George Minassian , đó là những nhà máy sản xuất Flash không cần phải thay đổi trang thiết bị khi chế tạo RRAM .

Crossbar tuyên bố công nghệ RRAM có thời gian trễ 30 ns . SSD 840 Pro hàng đầu của Samsung có thời gian trễ 0.057ms ( 57000 ns ) . RRAM được cho là có chu kì Ghi/Xóa 10.000 lần , nhiều hơn so với những chip Flash NAND MLC mức tiêu dùng thông thường hiện nay , và không yêu cầu bất kì ECC ( Error Correction Code ) . ECC hay được sử dụng trong Flash NAND MLC trong những SSD của doanh nghiệp .

Crossbar dự tính sẽ đi vào sản xuất hàng loạt RRAM trong 2 năm tới . Họ đã đạt được những thỏa thuận với những nhà sản xuất trong ngành tự động hóa để chế tạo chip này .

Cả RRAM và 3D NAND đều hứa hẹn mang lại dung lượng lưu trữ lớn và có tốc độ làm việc cao . Crossbar khẳng định , RRAM có tốc độ Ghi nhanh gấp 20 lần và có độ tin cậy gấp 10 lần so với Flash NAND 2D . Như 3D NAND , RRAM cũng có cấu trúc xếp lớp ,và module 1TB có kích thước chỉ bằng một nửa so với module NAND Flash có dung lượng lương tự .

3D NAND hứa hẹn có dung lượng nhiều hơn . Samsung nói rằng V-NAND ban đầu chỉ có dung lượng từ 128GB tới 1TB trong những hệ thống tích hợp và SSD , “phụ thuộc vào nhu cầu của khách hàng “ . Do đó Samsung khẳng định chi phí sản xuất sẽ giảm đi việc đó sẽ thúc đẩy việc bán những sản phẩm V-NAND .

Chip RRAM ban đầu của Crossbar có khả năng lưu trữ 1TB dữ liệu nhưng kích thước của nó nhỏ hơn cả con tem , tương đương với 250 giờ bộ phim có độ nét cao trong diện tích 200mm² .

Khi nói tới hiệu suất , RRAM lại có một ưu thế nữa . Chip Flash NAND hiện nay chỉ đạt được tới tốc độ 7MB/s . Những SSD và thẻ nhớ Flash có thể đạt được tới tốc độ 400MB/s bằng việc chạy nhiều chip trong cấu hình song song với nhau .

Crossbar nói rằng , chip RRAM có thể đạt được tới tốc độ Ghi 140MB/s mà không cần phải liên kết nhiều chip song song với nhau .

Cả 3D NAND và RRAM đều tăng hiệu suất làm việc điều đó có nghĩa là các thiết bị lưu trữ sẽ không còn bị “những nút thắt cổ chai” như hiện tại . Trong tương lai phần nút thắt cổ chai sẽ là Bus , lớp truyền thông giữa những bộ phận máy tính . Ví dụ nếu Flash NAND là ô tô chạy tốc độ tối đa 180km/h , RRAM đạt được 360km/s chúng không thể đi nhanh được tới tốc độ như vậy nếu như gặp những đoạn đường cong chỉ đạt giới hạn 120km/h .

Một điều ưu thế hơn nữa của RRAM đó là chúng tiêu hao điện năng ít hơn so với Flash NAND , theo Crossbar , điều đó hỗ trợ thời gian dùng Pin mở rộng tới hàng tuần và tháng tháng hoặc hàng năm .

Ví dụ , Flash NAND cần điện áp 20V để ghi một Bit dữ liệu trong chip Silicon thì RRAM chỉ cần 4 microA để ghi 1 bit dữ liệu .

Không phải chỉ có một mình Crossbar phát triển RRAM . Cả HP và Panasonic đã phát triển phiên bản RRAM của riêng mình tuy nhiên theo Jim Handy , chuyên gia phân tích Objective Analysis , Crossbar đã đạt được những bước đột phá hơn những nhà phát triển khác .

Handy cho rằng rất ít công nghệ có thể cạnh tranh được với RRAM do giá thành và hơn các công nghệ khác về hiệu suất làm việc .

RRAM có lợi thế

Những đối thủ có thể thay thế của kiểu bộ nhớ Non-Volatile đó là MRAM (magnetoresistive RAM ) của Everspin và PCM (phase-change memory) - là kiểu bộ nhớ với sự cộng tác của Samsung và Micron . Ngoài ra cũng có Racetrack Memory, Graphene Memory và Memristor ( là kiểu RRAM riêng của HP ) .

Gregory Wong , là người sáng lập công ty nghiên cứu Forward Insights , tin rằng RRAM của Crossbar có thể một ngày nào đó được đi vào sản xuất để cạnh tranh với NAND , tất nhiên là với 3D NAND .

Theo Wong , Racetrack Memory còn phải ít nhất 5 năm nữa mới có thể khả thi . Còn PCM vẫn còn có câu hỏi đó là đúng để thay thế cho NOR nhưng hiệu suất của nó và tuổi thọ chỉ ngang với NOR . Nói tóm lại theo ông này thì chỉ có RRAM mới có khả năng .

Handy tin rằng việc bộ nhớ được chế tạo dựa trên silicon , như RRAM của Crossbar , sẽ tiếp tục thống trị thị trường công nghệ bởi vì những nhà máy đã sẵn sàng sử dụng loại vật liệu này và có giá thành không cao .

Công nghệ sản xuất NAND Flash vẫn tiến lên theo chu kì 12 tháng . Ví dụ Intel đang dự kiến chuyển từ công nghệ 19nm sang 14nm .

Tuy nhiên không phải ai cũng đồng ý 3D NAND có tuổi thọ hạn chế tới như vậy .

Gill Lee , là giám đốc cao cấp của bộ phận công nghệ của Applied Materials , tin rằng 3D NAND có thể hơn 100 lớp . Applied Materials cung cấp máy cho ngành công nghiệp bán dẫn để chế tạo NAND và RRAM .

Lee cho rằng 3D NAND phải lên tới 128 cặp hoặc lớp . 3D NAND thế hệ đầu tiên có 24-lớp được chế tạo dựa trên 2D NAND dưới 20nm , nhưng do có mật độ cao hơn nên sẽ có chi phí sản xuất ít hơn tới 30% cho mỗi Bit .

Bất cứ khi nào bộ nhớ Flash NAND có mật độ lớn hơn , hoặc những nhà sản xuất tăng sản lượng thì giá thành sản xuất giảm đi .