NAND flash bellek üreticileri, tarih boyunca hücre başına depolanan bit sayısını artırarak son kullanıcıya ulaşan SSD‘lerin depolama yoğunluğunu artırmaya çalıştılar. Bu kapasiteyi artırmanın en güç yolu olsa da, maliyet açısından şirketlerin en çok istediği şey. Kioxia üzere şirketler ise bir hücrede depolayabilecekleri bit sayısıyla ilgili daima deney yapıyor. Bu yıl Kioxia, laboratuvarda ve düşük sıcaklıklarda olsa bile hücre başına yedi bit (7 bit-per-cell) depolama kapasitesine eriştiğini duyurdu.
Birden fazla biti depolamak için NAND hücresinin birden fazla farklı voltaj düzeyi tutması gerekiyor. Öte yandan NAND üreticilerinin hücreler için uygun gereçleri bulması kaide. Ayrıyeten yongalar tüm dataları yanılgısız formda kaydetmeli ve elbette tekrar okuma yapmamız gerek. Yani bu süreç hayli meşakkatli.
Voltaj durumlarının sayısı da bit sayısı ile katlanarak artıyor. Örneğin, dört bit depolamak için hücrenin 16 voltaj seviyesi (2^4) tutması gerekli, lakin altı bit ile bu sayı 64’e (2^6) çıkıyor. Sonuç olarak Kioxia’nın hücre başına yedi bit depolamak için 128 voltaj durumunu (2^7) yakalaması gerekli.
Kioxia, muvaffakiyetini anlatan makaleyi International Memory Workshop 2022 (IMW 2022) ile sundu. Bellek üreticisi, hücre başına yedi bit depolamak için epitaksiyel büyüme kullanılarak oluşturulmuş tek kristal silikon kanalı kullanmak zorunda kaldı. Tek kristal silikon, polikristal silikondan daha düşük elektrik direncine sahip, bu da bilgilerin tutulmasını kolaylaştırıyor. Ayrıyeten tek kristal silikon içeren hücre transistörlerinin eşik altı eğimi daha dik (geleneksel transistörlere kıyasla) iken, kaçak akım paratzitlenmesi daha düşük.
Laboratuvarda özel transistörler oluşturmakla iş bitmiyor. Ultra ağır NAND yongalar tasarlamak için araştırmacıların 128 voltaj durumunu işlemeye uygun, kodlama şemasına sahip özel bir denetimci geliştirmesi gerekiyor.
Western Digital, PLC 3D NAND’ın (hücre başına 5 bit) 2025 yılından sonra değer kazanacağına inanıyor. Lakin Kioxia şimdiden hücre başına yedi bit depolamanın fizikî olarak mümkün olduğunu gösterdi. Hatta şirket, hücre başına sekiz bit data tutmak için araştırmaları sürdürüyor.