Корпорации Micron Technology и Intel выйдут на рынок со своей собственной многослойной 3D NAND флеш-памятью почти на три года позже Samsung Electronics. Однако, в отличие от южнокорейского гиганта, компании планируют развернуть масштабное производство 3D NAND в кратчайшие сроки. Более того, уже к концу этого календарного года Micron будет предлагать твердотельные накопители (solid-state drives) на основе многослойной энергонезависимой памяти практически для всех сегментов рынка.
3D NAND разработки Intel и Micron
Разработанные Intel и Micron микросхемы памяти 3D NAND* первого поколения имеют ёмкость 256 Гбит (в случае с двухбитовыми ячейками MLC) или 384 Гбит (в случае с трёхбитовыми ячейками TLC). Подобные микросхемы имеют 32 слоя чисел (word line), объединённые линиями разрядов (bit line) и специальными межслойными соединениям TSV (through silicon via). Размер страницы (page size — наименьший участок NAND флеш-памяти, который может быть записан) у новых устройств энергонезависимой памяти составляет 16 Кбайт, тогда как размер блока (erase block — наименьшая область NAND, которая может быть стёрта) — 16 (MLC) или 24 (TLC) Мбайта. Для оптимизации производительности и энергопотребления памяти, в IMFT 3D NAND встроена возможность частичного чтения страницы (поскольку операционные системы рассчитаны на использования блоков данных размеров 4 Кбайт). Однако, чтобы задействовать данную возможность, требуется поддержка со стороны контроллера и прошивки. Контроллер и микропрограмма должны быть достаточно продвинутыми, чтобы эффективно управлять блоками размером 16 – 24 Мбайта (размеры блоков в случае планарной NAND флеш-памяти составляют 2, 4 или 6 Мбайт).
Преимущества и динамика выхода годных
Заявленная износоустойчивость микросхем IMFT 3D NAND весьма посредственна: около 3000 циклов перезаписи/стирания для MLC при использовании методов коррекции ошибок на основе алгоритма с малой плотностью проверок на четность (low-density parity-check code, LDPC) или же при помощи кодов Боуза — Чоудхури — Хоквингема (БЧХ-коды, BCH) и около 1500 циклов перезаписи/стирания для TLC при использовании тех же алгоритмов коррекции. Реальная износоустойчивость может оказаться выше по мере того, как технологический процесс Intel Micron Flash Technologies будет совершенствоваться.
Для уменьшения площади микросхемы Intel и Micron разработали архитектуру CMOS under the array (КМОП под массивом), которая предполагает установку большей части логики (декодеры адресов, буферы страницы и т. д.) под массив памяти. Площадь чипа IMFT 3D NAND первого поколения составляют около 168,5 мм2, а плотность записи — 1,52 Гбит/мм2 (согласно Chipworks), что является хорошим показателем, сравнимым со вторым поколением 3D V-NAND. Для сравнения: 128-Гбит MLC 3D V-NAND микросхема Samsung (c 32 активными слоями) имеет площадь 84,3 мм2 и плотность записи 1,52 Гбит/мм2, согласно данным TechInsights.
Микросхемы IMFT 3D NAND используют интерфейс ONFI 4.0 и поддерживают скорости передачи данных в 533 и 667 МТрансфер/с (мегатрансферов в секунду).
Планы по массовому производству
В настоящее время выход годных микросхем IMFT 3D NAND составляет более 90 %, согласно опубликованным данным Micron. Массовое производство памяти IMFT 3D NAND начнётся в ближайшие месяцы на фабрике IM Flash Technologies около города Лехай (штат Юта), которая может обрабатывать около 70 тысяч 300-мм кремниевых пластин в месяц. Micron ожидает, что 3D NAND будет составлять бо́льшую часть производимой на её мощностях энергонезависимой памяти осенью этого года (в пересчёте на бит), при этом приоритет при развёртывании производства будет отдаваться памяти с трёхбитовой ячейкой.
Рост уровня выхода годных микросхам, а также планы по увеличению производства, согласно данным Micron
Примечательно, что производство IMFT 3D NAND второго поколения начнётся буквально через несколько месяцев после старта первого. Предполагается, что второе поколение 3D NAND уменьшит стоимость бита данных на 30 % по сравнению с первым.
Эволюция 3D NAND продолжатся
Со временем компании задействую собственные производственные комплексы для изготовления многослойной энергонезависимой памяти. Micron собирается производить второе поколение 3D NAND на расширенной Fab 10 в Сингапуре начиная с финансового 2017 года (начинается в сентябре календарного 2016). Мощность модернизированной Fab 10 составит около 140 тысяч 300-мм пластин в месяц, когда установка оборудования на ней будет завершена. Intel планирует начать производство 3D NAND на фабрике Fab 68 около города Далянь в провинции Ляонин в Китае в конце этого года.
SSD на базе 3D NAND — для всех сегментов рынка
Перспективный план по выпуску семейств SSD
Первыми твердотельными накопителями (solid-state drives, SSDs) производства Micron на базе 3D NAND памяти станет семейство недорогих SSD для клиентских ПК объёмом до 2 Тбайт, которое появится на розничном рынке во втором квартале. По всей видимости, речь идёт о накопителях в форм-факторе 2,5” с интерфейсом Serial ATA. Хотя подобные SSD не создаются с целю показать высочайшую производительность, само по себе увеличение размеров блоков может благоприятно сказаться на скорости записи у новых твердотельных накопителей, ведь именно низкая скорость записи негативно влияет на работу недорогих SSD последнего поколения на базе энергонезависимой памяти NAND с трёхбитовой ячейкой. Основной задачей данного модельного ряда может стать обкатка массового производства 3D NAND. В случае, если это так, для Micron было бы логично представить SSD как c MLC, так и с TLC-памятью.
В третьем квартале этого года Micron планирует начать поставки SSD на базе 3D NAND производителям компьютеров. Благодаря использованию многослойных TLC NAND микросхем, компании удастся предложить твердотельные накопители в форм-факторе M.2 ёмкостью 1 Tбайт c размещением чипов на одной стороне модуля. Использование M.2 намекает на поддержку протокола NVMe и высокой скорости передачи данных. Также Micron планирует разработать специальные SSD для производителей компьютеров, ориентирующихся на бизнес-клиентов. Соглано заявлению Кевина Килбрика (Kevin Kilbuck), директора по стратегическому планированию в области накопительных систем промышленного класса на базе NAND, в будущем Micron может выпустить накопители ёмкостью до 3.5 Тбайт в форм-факторе M.2 на базе 3D NAND.
Micron может начать продажи ёмких твердотельных накопителей для облачных центров обработки данных в четвёртом квартале этого года. Сейчас компания говорит лишь о том, что данные SSD смогут хранить 8 Тбайт данных и более, но не указывает никаких других подробностей. Учитывая, что Intel и Micron намекали на появление флеш-накопителей ёмкостью 10 Тбайт на базе их 3D NAND памяти, компания вполне может выпустить нечто подобное на рынок уже в 2016.
В первом квартале 2017 года Micron планирует выпустить корпоративные SSD на базе 3D NAND памяти. Данные накопители будут использовать интерфейсы SAS или PCI Express, а также отличаться повышенной надёжностью, высочайшей производительностью и большой ёмкостью.
SSD на базе IMFT 3D NAND
Учитывая желание Micron развернуть массовое производство 3D NAND памяти как можно скорее, неудивительно, что компания планирует представить SSD на базе таких микросхем для всех сегментов рынка в кратчайшие сроки. Главной интригой является то, какие контроллеры Micron применит для подобных твердотельных накопителей. Компания традиционно полагалась на контроллеры Marvell, однако в последнее время использовала разработки Silicon Motion (для Crucial BX200), а это говорит о том, что Micron готова к экспериментам. Контроллер во многом определяет надёжность и производительность SSD, тогда как грамотно написанная микропрограмма обеспечит продолжительный срок службы и высокую скорость передачи данных по прошествии длительного использования. На каком же современном контроллере остановится Micron? Ждать осталось недолго — первые SSD компании на базе 3D NAND будут представлены в ближайшие месяцы.
*Для простоты, мы будем называть разрабатываемую двумя компаниями память IMFT 3D NAND, по названию совместного предприятия Intel и Micron (IM Flash Technologies), на фабрике которого и будут производиться новые микросхемы в этом году.
**Согласно снимкам Micron и Chipworks при помощи растрового электронного микроскопа (РЭМ, англ. scanning electron microscope, SEM), 3D NAND массив Intel/Micron имеет 38 слоёв чисел, из которых активны лишь 32. Подобное решение продиктовано желанием увеличить процент выхода годных микросхем.
Источник:
