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Micron spricht über aktuellen Stand der 3D-NAND-Entwicklung

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Micron spricht über aktuellen Stand der 3D-NAND-Entwicklung
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Micron scheint das neue Jahr als Anlass zu nehmen, um zahlreiche seiner Speicherbereiche auf den neuesten Stand zu bringen und neue Technologien anzukündigen. GDDR5X-Grafikspeicher wird bei den Grafikkarten gegen Ende des Jahres eine Rolle spielen und stellt höhere Kapazitäten sowie Speicherbandbreiten in Aussicht. Hinsichtlich einer Entscheidung für einen 3D-NAND sowie planaren Speicher wählt Micron einen konservativen Weg und fährt zweigleisig. In einer Zusammenarbeit mit Intel wird die Entwicklung von 3D-NAND vorangetrieben, während planarer Speicher ebenfalls noch eine große Rolle spielt und erst kürzlich ein solcher NAND-Speicher mit 768 GBit und hoher Speicherdichte gezeigt wurde.

Der aktuelle Stand der Technik sieht einen 3D-NAND in Form eines 256 GBit MLC und einen 384 GBit TLC vor. Um möglichst hohe Speicherbandbreiten zu erreichen, wird der jeweilige Chip in vier sogenannte Planes aufgeteilt, was einer Verdopplung gegenüber dem vorherigen planaren NAND entspricht. Eine SSD mit 480 GB Kapazität erreicht damit mit ihren 256 GBit Speicherchips und jeweils vier Planes eine vergleichbare Parallelleistung wie eine 480-GB-SSD mit 128 GBit Speicherchips, die auf jeweils zwei Planes kommen. Mit der höheren Anzahl an Planes wird ein Kapazitätsplus also nicht mehr mit einer geringeren Bandbreite erkauft.

Schematischer Aufbau und Rötgenaufnahme eines 3D-NAND von MicronSchematischer Aufbau und Rötgenaufnahme eines 3D-NAND von Micron

Schematischer Aufbau und Rötgenaufnahme eines 3D-NAND von Micron

Allerdings klingt der Einsatz von vier Planes einfacher, als er für Micron ist. Die Gefahr eines aufgeblähten Dies mit zusätzlicher Komplexität hätte für zusätzliche Kosten gesorgt. Aber anstatt die Aufteilung der Planes an den Seiten des Arrays vorzunehmen, legt Micron die notwenigen Verschaltungen unter das Speicherarray. Die "CMOS Under the Array" getaufte Technik enthält auch noch weitere Komponenten eines Speicherchips, die beispielsweise für die Adressierung verantwortlich sind. 75 % dieser Komponenten können beim Micron unter dem Array untergebracht werden. Während die eigentlichen Speicher inzwischen ein 3D-Design vorzuweisen haben, ist die Logik in solchen Chips noch immer in einem 2D-Design ausgelegt. Interconnects sorgen für die vertikalen Verbindungen in die Ebenen des Speichers hinein.

Der neue 3D-NAND von Micron hat eine Page Size von 16 kB und kann Blöcke mit 16 MB im MLC- und 24 MB im TLC-Design löschen. Da Prozessoren und Dateisysteme häufig auf Blockgrößen von 4 kB ausgelegt sind, verwendet Micron die Möglichkeit Blöcke von 4 kB über einen partiellen Page Read auszulesen, was schneller und effizienter möglich ist, als einen kompletten Page Read über 16 kB auszuführen. Die großen Erase Blocks haben zunächst keinen Einfluss auf die Leistung des Speichers. Ein Löschvorgang setzt beispielsweise andere Anforderungen an die Spannungen in dem jeweiligen Speicherblock, weshalb eine möglichst geringer Unterteilung gewünscht ist, zu große Erase Blöcke aber weniger effektiv werden, da meist auch Daten gelöscht werden sollen, die eigentlich weiterhin vorgehalten werden sollten und dann vorher umgeschrieben werden müssen.

3D-NAND-Produktion: TLC und MLC im Vergleich

3D-NAND-Produktion: TLC und MLC im Vergleich

Micron sieht im aktuellen Jahr einen recht gleichmäßen Anstieg bei der Produktion von TLC- und MLC-Speicher. Die Produktion von TLC-Speicher soll im kommenden Jahr aber deutlich stärker vorangetrieben werden und wird bei Consumer-Produkten eine deutlich größere Rolle spielen. Insgesamt wird 3D-NAND eine immer wichtigere Rolle spielen und soll den klassischen planaren Speicher im 4. Quartal 2016 hinsichtlich der produzierten Speichermenge ablösen. Im aktuellen Quartal sollen die ersten Partner mit Samples versorgt werden, im Juni ist mit ersten finalen Produkten zu rechnen. Konkrete Produkte kann Micron aber noch nichtankündigen, verspricht aber bezahlbaren Lösungen für z.B. eine 2,5" SSD mit 2 TB oder einer Single-Sided M.2-SSD mit 1 TB. Gegen Ende des Jahres 2016 soll dann auch der Enterprise-Markt verstärkt Beachtung finden. An diesem Punkt wird die 1. Generation an 3D-NAND die Hauptrolle bei Micron spielen und SAS- sowie PCI-Express-SSDs mit 8 TB und mehr sollen ausgeliefert werden.

Produktionsvolumen verschiedener Speicher im Vergleich

Produktionsvolumen verschiedener Speicher im Vergleich

Für die weitere Zukunft sieht Micron einen Start für die Produktion der 2. Generation des 3D-NAND in diesem Sommer vor. Mit einer Massenproduktion ist vor dem Jahreswechsel aber nicht zu rechnen. Laut Micron könnte die 2. Generation rund 30 Prozent günstiger pro GB sein, als die 1. Generation, welche wiederum 25 Prozent günstiger zu produzieren sein soll, wie planarer NAND. Jetzt erwartet Micron und sicherlich auch der Endkunde aber zunächst einmal die ersten 3D-NAND-Produkte mit Micron-Speicher, die nicht nur von Micron selbst, sondern auch von einigen Partnern angeboten werden sollen.

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