С развитием вычислительных систем и стремительным ростом объёмов обрабатываемых данных нагрузка на технологии памяти становится всё более ощутимой. Динамическая оперативная память (DRAM), оставаясь основой современной электроники — от смартфонов до суперкомпьютеров, — всё чаще сталкивается с фундаментальными ограничениями. Увеличение плотности, скорости доступа и снижение энергопотребления — ключевые задачи, которые требуют пересмотра традиционных архитектур.
Фундаментальные вызовы DRAM и поиски новых решений
Классическая архитектура DRAM, основанная на ячейке с одним транзистором и одним конденсатором, доказала свою эффективность на протяжении десятилетий. Однако постоянное стремление к миниатюризации приводит к снижению ёмкости и ухудшению стабильности хранения заряда. Паразитные токи, уязвимость к шуму и необходимость частого обновления данных становятся серьёзным препятствием для дальнейшего масштабирования.
Снижение размеров ячеек, которое когда-то позволяло увеличивать плотность памяти, теперь оборачивается компромиссами в виде роста энергопотребления и снижения надёжности. Возникает необходимость в новых подходах, способных справиться с текущими и будущими вызовами вычислительной техники.
Безконденсаторная DRAM: инновационный подход от IMEC
На этом фоне особый интерес представляет разработка исследовательского центра IMEC — бесконденсаторной архитектуры DRAM, основанной на тонкоплёночных транзисторах IGZO. Новая ячейка 2T0C (два транзистора, ноль конденсаторов) использует только транзисторы на основе оксида индия, галлия и цинка (IGZO), что позволяет отказаться от конденсатора как элемента хранения заряда.
Ключевым преимуществом IGZO является его широкая запрещённая зона и крайне низкие токи утечки, что обеспечивает более продолжительное время удержания заряда и снижает частоту обновления. Это значительно увеличивает энергоэффективность и устойчивость ячеек к внешним помехам.
Удаление конденсатора также позволяет упростить конструкцию и добиться более плотной компоновки, открывая путь к более компактным и эффективным массивам памяти — особенно в перспективных 3D-конфигурациях.
Применение в встраиваемых системах и периферийных ИИ-устройствах
Показатели новой ячейки впечатляют: время удержания заряда превышает 400 секунд — в 1000–10000 раз больше, чем у традиционных DRAM. Возможность низкотемпературного изготовления IGZO-транзисторов позволяет интегрировать ячейки на поздних этапах логического производства (BEOL), открывая путь к стековой 3D-интеграции и использованию в составе встраиваемых DRAM (eDRAM).
Эти характеристики делают бесконденсаторную DRAM отличным кандидатом для энергоэффективных решений в области периферийных ИИ-устройств, мобильной электроники и других приложений, где важны малое энергопотребление, высокая надёжность и совместимость с логикой.
Инженерные достижения и производственные технологии
IMEC представила первую концепцию IGZO 2T0C DRAM на конференции IEDM 2020. С тех пор архитектура была существенно улучшена: достигнута длина затвора 14 нм, что позволило значительно повысить плотность размещения. Использование методов атомно-слоевого осаждения (ALD) обеспечило равномерное нанесение сверхтонких IGZO-слоёв, необходимых для вертикальных структур с высоким соотношением сторон.
Замена ионно-лучевого травления на более щадящее реактивное ионное травление (RIE) позволила создать активные области с размером менее 100 нм, минимизируя повреждения и ещё больше увеличивая время удержания.
Будущее памяти: от 3D-интеграции до универсального хранилища
Одним из ключевых направлений будущего развития DRAM является переход к трёхмерной интеграции, где память и логика размещаются в вертикальных слоях. Такой подход уже доказал свою эффективность в NAND, и теперь может кардинально изменить структуру DRAM, обеспечивая рост плотности и производительности без увеличения площади кристалла.
Другим важным направлением становится идея универсального хранилища — памяти, способной объединить функции как оперативного, так и долговременного хранения. При значительном росте плотности и времени удержания это позволит загружать вычислительные среды непосредственно в DRAM, устраняя узкие места между оперативной памятью и накопителями.
Однако подобные достижения потребуют решения новых задач, включая отвод тепла, устойчивость к отказам и сложности в проектировании 3D-систем. Эти вызовы потребуют междисциплинарного подхода, объединяющего инженеров, материаловедов и разработчиков архитектур.
Развитие бесконденсаторной DRAM — не просто очередной шаг в эволюции памяти, а важный вектор, способный изменить архитектуру вычислительных систем. Сочетание энергоэффективности, высокой плотности и 3D-интеграции открывает двери к новому поколению вычислительных платформ, способных справляться с растущими требованиями цифрового мира.
Источник: https://www.electropages.com/blog/2025/05/new-capacitor-less-dram-could-see-introduction-3d-dram
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/