NANDフラッシュメモリの共同開発などで協業しているIntelとMicron Technologyの企業連合(Intel-Micron連合)は、2015年7月28日(現地時間)に米国で記者会見を開催し「革新的な不揮発性メモリ技術を共同開発した」と発表した。両社はこのメモリ技術を「3D XPoint Technology(スリーディー・クロスポイント・テクノロジー)」と名付けている。 両社の発表内容からは、「3D XPoint Technology」がいかに素晴らしい技術であるかを強調する文章が並ぶ。例えば以下のようなものだ。 (1)NANDフラッシュメモリに比べて1,000倍も高速

(2)DRAMに比べて10倍も記憶密度が高い

(3)NANDフラッシュメモリに比べて書き換え寿命が1,000倍も長い これだけ見ると、ものすごいブレークスルー技術だと錯覚しそうだ。しかし記者会見のビデオ(YouTubeで公開されている)と発表資料を精査すると、違った側面が見えてくる。例えば以下のようなものである。 (1)DRAMに比べると動作速度は遅く、読み出し速度はNANDフラッシュメモリとあまり変わらない

(2)NANDフラッシュメモリに比べると記憶密度は低い

(3)DRAMに比べると書き換え寿命は、はるかに短い コンピュータ・システムのメモリ階層を高速かつ小容量のトップ層から低速かつ大容量のボトム層へと記述していくと、CPU(レジスタ)、キャッシュ、主記憶(DRAM)、外部記憶(NANDフラッシュメモリ)、外部記憶(HDD)となることが多い。「3D XPoint Technology」による不揮発性メモリ(本稿では仮に「3D XPointメモリ」と呼称する)は、主記憶(DRAM)と外部記憶(NANDフラッシュメモリ)の間を埋めるメモリとなる。言い換えると、「3D XPointメモリ」はDRAMあるいはNANDフラッシュメモリと競合するメモリではない。共存するメモリである。 主記憶(DRAM)と外部記憶(NANDフラッシュメモリ)の間を埋めるメモリは従来から、「ストレージ・クラス・メモリ(SCM)」、あるいは「次世代大容量不揮発性メモリ」などと呼ばれて研究開発が進められてきた。具体的なメモリ技術には、相変化メモリ(PCM)、磁気メモリ(MRAM)、抵抗変化メモリ(ReRAM)がある。3D XPointメモリは、これらのメモリと競合するメモリ技術だと言える。

クロスポイント型メモリと積層構造を採用 記者会見でIntelとMicronは「3D XPoint Technology」の素晴らしさをアピールすることには熱心ではあったものの、技術内容の詳細にはあまり触れようとはしなかった。それでも、メモリ技術の概略は述べられた。 メモリセル・アレイには「クロスポイント型メモリ」の名称で知られる構造を採用した。クロスポイント型メモリとは、ワード線とビット線が交差した微小な領域にメモリセル全体が収まるメモリのことである。NANDフラッシュメモリを除くと、最も高い密度でメモリセル・アレイを実現できる構造だ。 メモリセルの大きさを測る指標に「設計ルール(F:Feature size)の2乗」、すなわち「F2」がある。メモリセルの大きさがF2の何倍になるかで、高密度化の度合を測る。例えばDRAMセルは「6×F2」が実現されている。クロスポイント型メモリでは配線の交差領域と隣接セル間の絶縁領域がメモリセル面積なので、「2×F」×「2×F」イコール「4×F2」となる。 クロスポイント型メモリはさらに、メモリセル・アレイを積層できるという重要な特徴を備える。ワード線に相当する配線層とビット線に相当する配線層の間に、メモリセルを組み込めるからだ。例えば最下層をワード線層とし、その上をメモリセル、ビット線層、メモリセル、最上層をワード線層とすると、2階建ての積層構造となる。Intel-Micron連合が開発した「3D XPoint Technology」も、この2階建て構造を採用している。

記憶素子とセル選択素子の技術を推測する Intel-Micron連合はメモリセルの記憶素子とセル選択素子の詳細を公表していない。ただし、いくつかの手がかりはある。 まず記憶素子の技術については、「電荷をチャージする技術ではない」と述べている。従ってフラッシュメモリ技術はありえない。すると次世代不揮発性メモリ技術が考えられる。その中で、相変化メモリ技術と磁気メモリ技術は除外して良さそうだ。いずれもクロスポイント型には適していない。 残る技術は抵抗変化メモリ技術である。説明資料では新規に開発した材料を「compounds(複数の化合物)」と述べているので、複数の酸化物層で構成された抵抗変化メモリの可能性が高そうだ。なお多値メモリ技術は採用しておらず、1個のメモリセルに1bitのデータを記憶する。 セル選択素子に関しては、「トランジスタではない」と述べている。最も可能性が高そうなのはダイオードである。何らかの原理に基づくスイッチという可能性はあるものの、記憶素子の動作パラメータとスイッチの動作パラメータが干渉しかねないので、あまり考えにくい。