SK Hynixの幹部は月曜日、IEEE国際信頼性物理シンポジウム（IRPS）で基調講演を行い、同社の中期および長期の技術目標に関するビジョンを共有しました。SK Hynixは、層数を600層以上に増やすことで、3D NANDチップの容量を継続的に向上させることができると考えています。さらに、同社は極端紫外線（EUV）リソグラフィーの活用により、DRAM技術を10nm以下にまで微細化できると確信しています。SK Hynixは最終的に、メモリとロジックを1つのデバイスに統合し、新たなワークロードに対応したいと考えています。
SKハイニックスのCEO、イ・ソクヒ氏は、「DRAMとNANDの各分野における技術進化に向けて、材料と設計構造を改良し、信頼性の問題を段階的に解決しています」と述べた。「これを基にプラットフォームの革新に成功すれば、将来的には10nm以下のDRAMプロセスや、600層を超えるNANDの積層化も可能になるでしょう。」
3D NANDの未来：600層以上
3D NANDは、パフォーマンスと拡張性の両面で非常に効率的なアーキテクチャであることが証明されているため、SK Hynixは今後もこのアーキテクチャを採用し続けるでしょう。2020年12月、SK Hynixは1.60Gbpsインターフェースを備えた176層「4D」3D NANDメモリを発表しました。同社は既にSSDコントローラメーカーと共同で、512GBの176層チップのサンプル提供を開始しており、この新型3D NANDメモリを搭載したドライブは2022年に登場すると予想されます。
数年前までは、同社は3D NANDを約500層まで拡張できると考えていましたが、現在では長期的には600層を超える規模まで拡張できると確信しています。層数を増やすことで、SK Hynix（および他の3D NANDメーカー）は、層をより薄くし、NANDセルを小型化し、均一な電荷を維持して信頼性を確保するための新しい誘電体材料を導入し続ける必要があります。同社は既に原子層堆積（ALD）技術のリーダー的存在であり、次の目標の一つは高アスペクト比（A/R）コンタクト（HARC）エッチング技術の実装です。また、600層を超える層数では、複数のウェハを積層する方法を習得する必要があるでしょう。
SK Hynixは、600層を超える3D NANDデバイスの登場時期や、これほどの驚異的な層数によって実現する容量について、業界に示唆すら与えていません。SK Hynixは176層技術で1テラバイトの製品も検討しており、デバイスあたり600層となれば、容量はさらに飛躍的に向上するでしょう。
DRAMの未来：EUVによる10nm以下
SK Hynixは、Samsung Semiconductorと同様に、Micron Technologyとは異なり、EUVリソグラフィの採用がDRAMの性能向上を維持しながらメモリチップの容量を増強し、消費電力を抑える最も簡単な方法だと考えています。DDR5では、同社は16Gbを超える容量と最大6400GT/s（初期値）のデータ転送速度を備えたメモリデバイスを導入し、それらを積層して大容量DRAMチップを構成する必要があります。
将来のメモリ製品は、高性能、大容量、そして消費電力の抑制を両立させる必要があるため、高度な製造技術がこれまで以上に重要になります。SK HynixはEUVの導入を成功させるため、安定したEUVパターニングと欠陥管理を実現する新材料とフォトレジストの開発に取り組んでいます。さらに、高誘電率材料を用いたより薄い誘電体を用いることで、容量を維持しながらセル構造を革新することを目指しています。
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SK Hynixが現在、「インターコネクト用金属」の抵抗を低減する方法も検討していることは注目に値します。これは、DRAMトランジスタのサイズがあまりにも小さくなり、コンタクトがボトルネックになりつつあることを示しています。EUV技術の導入により、トランジスタのサイズは縮小し、性能が向上し、消費電力も削減されるため、10nm以下ではコンタクト抵抗がボトルネックとなるのは間違いありません。ロジックメーカーはそれぞれ異なる方法でこの問題に対処しました。Intelはタングステンの代わりにコバルトを使用し、TSMCとSamsung Foundryは選択的タングステン堆積プロセスに切り替えました。SK Hynixはコンタクト抵抗対策の詳細を明らかにしませんでしたが、「次世代の電極および絶縁材料の開発と新プロセスの導入」にとどまりました。DRAMメーカーがコンタクト抵抗を低減するためにどのような技術を採用するかはまだ不明ですが、メモリメーカーもロジックメーカーと基本的に同じ問題を抱えていることは明らかです。
処理と記憶の収束
SK Hynixは、DRAMの高速化と大容量化に加え、メモリとプロセッサの融合にも注力しています。現在、スーパーコンピュータ向けの最先端プロセッサは、インターポーザを介して接続された高帯域幅メモリ（HBM）を採用しています。SK Hynixはこの概念をPNM（Processing Near Memory）と呼んでいます。SK Hynixは、次のステップとしてプロセッサとメモリを単一パッケージに統合するPIM（Processing In Memory）を目指しており、最終的にはCPUとメモリを単一ダイに統合するCIM（Computing in Memory）を目指しています。
SK HynixのCIMコンセプトは、サムスンが今年2月に発表し、JEDECによって定義される業界標準となる予定のPIM（Processing in Memory）コンセプトとかなり似ています。サムスンのHBM-PIMは、300MHzで動作するFP16対応のプログラマブルコンピューティングユニット（PCU）を32個、4Gbメモリダイに組み込みます。PCUは従来のメモリコマンドを使用して制御し、基本的な計算を実行できます。サムスンによると、同社のHBM-PIMメモリは、大手AIソリューションプロバイダーと共同でAIアクセラレータで既に試験運用中で、この技術はAIなどの高精度を必要とせず、DRAM製造プロセスを使用して製造できる多数のシンプルなコアの恩恵を受けるワークロードに非常に有効です。
現時点では、SK HynixのCIMがサムスンが提案する次期JEDEC規格に準拠して実装されるのか、それともSK Hynixが独自の技術を採用するのかは不明です。しかし、少なくとも世界最大のDRAMメーカーは、メモリとロジックの融合デバイスに関して同様のビジョンを持っています。
ロジックとメモリの統合は、ニッチなアプリケーションにおいて大きな意味を持ちます。一方、メモリ、ストレージ、プロセッサのより緊密な統合によってメリットを享受できる、より一般的なアプリケーションも存在します。そのため、SK Hynixは、プロセッサIP、DRAM、NAND、微小電気機械システム（MEMS）、無線周波数識別（RFID）、各種センサーなどを緊密に統合したパッケージ向けに、ヘテロジニアス・コンピューティング・インターコネクト技術を開発しています。この点についても、同社は多くの詳細を明らかにしていません。
アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
