TecNoticias, tu portal de información

Recientemente, Samsung lanzó uno de los llamados primeros en la industria: un módulo DDR5 de 512 GB. Esta DDR5 se basa en la tecnología de proceso de puerta metálica (HKMG) de alta constante dieléctrica (k), que se enfocará en cargas de trabajo intensivas en datos en aplicaciones de inteligencia artificial (AI), supercomputación y aprendizaje automático (ML).

El nuevo módulo DDR5 de Samsung para computación con uso intensivo de ancho de banda en aplicaciones de IA y ML. Imagen utilizada por cortesía de Samsung

Desde 2010, Samsung ha utilizado el proceso HKMG para diseñar semiconductores basados ​​en lógica para aliviar la energía y la disipación de potencia en instancias de medios intensivos para dispositivos móviles. En 2014, Samsung comenzó a establecer una cartera de memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), creando módulos de servidor con 256 GB de capacidad. Finalmente, la industria de DRAM requirió circuitos integrados más pequeños, que requirieron menos materiales para lograr las especificaciones de diseño deseadas.
El nuevo módulo DDR5 high-k de Samsung representa esta acumulación de experiencia en investigación en procesamiento HKMG y DRAM.

Tecnología de proceso HKMG

Si las tecnologías de semiconductores siguen el rumbo de la Ley de Moore, los transistores deberán encogerse y, al mismo tiempo, seguir proporcionando alta corriente de conducción y altas capacidades de conmutación. En algún momento, la fabricación puede detenerse con la tecnología de proceso CMOS estándar.
La fabricación de CMOS tiene un obstáculo recurrente en el desarrollo de DRAM: la capacitancia. Al contraer transistores, también es necesario disminuir el grosor del óxido de la puerta. Sin embargo, el adelgazamiento de estos materiales y capas hace que aumente la corriente de fuga de la compuerta.

El uso de materiales de alto k disminuirá los niveles de brecha de energía porque tiene características similares a los materiales gruesos de oxinitruro. Imagen utilizada por cortesía de Woojin Jeon y la Universidad de Cambridge

Para evitar que los problemas de capacitancia se conviertan en problemas de diseño, Samsung ha buscado la estabilidad del material, particularmente en uno o dos materiales de alto dieléctrico para crear circuitos integrados de bajo consumo de energía para DRAM.

Esquemas de integración Gate-First vs. Gate-Last

Dos rutas de diseño pueden ayudar a los fabricantes a alejarse de la fabricación CMOS estándar.
La primera ruta para utilizar el proceso HKMG es el enfoque de "puerta primero". Este enfoque de puerta primero implica un esquema de integración que inserta material de alto dieléctrico en el flujo de proceso CMOS estándar.
El segundo esquema de integración se llama "puerta al final". El enfoque de la última puerta coloca la capa dieléctrica antes del procesamiento de la puerta. Esta ubicación es ventajosa para los fabricantes porque implica un proceso de baja temperatura que no requerirá una alta actividad térmica, lo que será rentable en el proceso de fabricación. Otro beneficio del esquema de la última puerta es que es más fácil de incorporar a la fabricación CMOS tradicional.

Módulo DDR5 de 512 GB de Samsung

El módulo DDR5 de Samsung cuenta con tecnología de ocho capas a través de silicio (TSV). La compañía dice que su material HKMG reduce el consumo de energía en un 13% y duplica la velocidad de la tecnología DDR4 al ofrecer 7.200 Mbps.

Un ejemplo de TSV utilizado dentro de un paquete de chips. Imagen utilizada cortesía de Guo et al.

El módulo DDR5 comprende chips de 32 x 16 GB construidos en un proceso de 10 nm que permitirá que la memoria flash aproveche la alta funcionalidad de metal de la tecnología HKMG.
Young-Soo Sohn, vicepresidente de planificación de memoria DRAM de Samsung, afirma que Samsung es la única empresa de semiconductores con las capacidades de lógica y memoria para incorporar la tecnología lógica HKMG en el desarrollo de la memoria.

Samsung amplía su cartera de DDR5

Con la extensa cartera de DRAM de Samsung, otros grandes actores como Intel pueden trabajar en estrecha colaboración con Samsung para aumentar el mercado de dispositivos basados ​​en DDR5.
En un comunicado de prensa, Carolyn Duran, vicepresidenta y directora general de memoria y tecnología de E / S de Intel, también explica: "Los equipos de ingeniería de Intel se asocian estrechamente con líderes en memoria como Samsung para ofrecer una memoria DDR5 rápida y de bajo consumo que tiene un rendimiento optimizado y es compatible con nuestra los próximos procesadores escalables Intel Xeon, cuyo nombre en código es Sapphire Rapids ”.