Корпорации Micron Technology и Intel выйдут на базар со своей собственной многослойной 3D NAND флеш-памятью почти на три года запоздалее Samsung Electronics. Однако, в отличие от южнокорейского гиганта, компании планируют раскатать масштабное производство 3D NAND в кратчайшие сроки. Более того, уже к крышке этого календарного года Micron будет предлагать твердотельные накопители (solid-state drives) на основе многослойной энергонезависимой памяти утилитарны 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 ячеями MLC) или 384 Гбит (в случае с трёхбитовыми ячейками TLC). Подобные микросхемы имеют 32 слоя чисел (word line), слитые линиями разрядов (bit line) и специальными межслойными соединениям TSV (through silicon via). Размер страницы (page size — минимальный участок NAND флеш-памяти, который может быть записан) у новоиспеченных устройств энергонезависимой памяти составляет 16 Кбайт, тогда как размер блока (erase block — наименьшая район 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 этих размеров 4 Кбайт). Однако, чтобы задействовать данную возможность, требуется поддержка со сторонки контроллера и прошивки. Контроллер и микропрограмма должны быть достаточно продвинутыми, чтобы эффективно править блоками размером 16 – 24 Мбайта (размеры блоков в случае планарной NAND флеш-памяти составляют 2, 4 или 6 Мбайт).
Преимущества и динамика выхода пригодных
Заявленная износоустойчивость микросхем IMFT 3D NAND весьма посредственна: возле 3000 циклов перезаписи/стирания для MLC при использовании методов коррекции промахов на основе алгоритма с малой плотностью проверок на четность (low-density parity-check code, LDPC) или же при поддержки кодов Боуза — Чоудхури — Хоквингема (БЧХ-коды, BCH) и около 1500 циклов перезаписи/стирания для TLC при использовании тех же алгоритмов коррекции. Реальная износоустойчивость может очутиться выше по мере того, как технологический процесс Intel Micron Flash Technologies будет улучшаться.
Для уменьшения площади микросхемы Intel и Micron разработали архитектуру CMOS under the array (КМОП под массивом), какая предполагает установку большей части логики (декодеры адресов, буферы страницы и т. д.) под массив памяти. Площадь чипа IMFT 3D NAND первого поколения составляют возле 168,5 мм2, а плотность записи — 1,52 Гбит/мм2 (согласно Chipworks), что является неплохим показателем, сравнимым со вторым поколением 3D V-NAND. Для сравнения: 128-Гбит MLC 3D V-NAND микросхема Samsung (c 32 деятельными слоями) имеет площадь 84,3 мм2 и плотность записи 1,52 Гбит/мм2, сообразно данным TechInsights.
Микросхемы IMFT 3D NAND используют интерфейс ONFI 4.0 и поддерживают скорости передачи этих в 533 и 667 МТрансфер/с (мегатрансферов в секунду).
Планы по массовому производству
В сегодняшнее время выход годных микросхем IMFT 3D NAND составляет немало 90 %, согласно опубликованным данным Micron. Массовое производство памяти IMFT 3D NAND завяжется в ближайшие месяцы на фабрике IM Flash Technologies около города Лехай (штат Юта), какая может обрабатывать около 70 тысяч 300-мм кремниевых пластин в месяц. Micron ожидает, что 3D NAND будет составлять бо́льшую доля производимой на её мощностях энергонезависимой памяти осенью этого года (в пересчёте на бит), при этом приоритет при развёртывании производства будет отзываться памяти с трёхбитовой ячейкой.
Рост уровня выхода годных микросхам, а также планы по увеличению производства, сообразно данным Micron
Примечательно, что производство IMFT 3D NAND второго поколения завяжется буквально через несколько месяцев после старта первого. Намечается, что второе поколение 3D NAND уменьшит стоимость бита данных на 30 % по сравнению с первым.
Эволюция 3D NAND продолжатся
Со порой компании задействую собственные производственные комплексы для изготовления многослойной энергонезависимой памяти. Micron собирается изготовлять 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 возле 140 тысяч 300-мм пластин в месяц, когда установка оборудования на ней будет завершена. Intel планирует приступить производство 3D NAND на фабрике Fab 68 около города Далянь в провинции Ляонин в Китае в крышке 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 сделается семейство недорогих SSD для клиентских ПК объёмом до 2 Тбайт, которое появится на розничном базаре во втором квартале. По всей видимости, речь идёт о накопителях в форм-факторе 2,5” с интерфейсом Serial ATA. Желая подобные SSD не создаются с целю показать высочайшую производительность, само по себе увеличение размеров блоков может подходяще сказаться на скорости записи у новых твердотельных накопителей, ведь собственно низкая скорость записи негативно влияет на работу недорогих SSD заключительного поколения на базе энергонезависимой памяти NAND с трёхбитовой ячейкой. Основной задачей этого 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 приступить 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 сторонке модуля. Использование M.2 намекает на поддержку протокола NVMe и высокой скорости передачи этих. Также Micron планирует разработать специальные SSD для производителей компьютеров, ориентирующихся на бизнес-клиентов. Соглано заявлению Кевина Килбрика (Kevin Kilbuck), директора по стратегическому планированию в районы 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 приступить продажи ёмких твердотельных накопителей для облачных центров обработки этих в четвёртом квартале этого года. Сейчас компания говорит лишь о том, что эти SSD смогут хранить 8 Тбайт данных и более, но не указывает никаких иных 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 базар уже в 2016.
В первом квартале 2017 года Micron планирует выпустить корпоративные SSD на базе 3D NAND памяти. Эти накопители будут использовать интерфейсы SAS или PCI Express, а также отличаться повышенной надёжностью, высочайшей производительностью и большенный ёмкостью.
SSD на базе IMFT 3D NAND
Учитывая желание Micron раскатать массовое производство 3D NAND памяти как можно скорее, неудивительно, что компания планирует представить SSD на базе таких микросхем для всех сегментов базара в кратчайшие сроки. Главной интригой является то, какие контроллеры Micron применит для подобных твердотельных накопителей. Компания традиционно надеялась на контроллеры Marvell, однако в последнее время использовала разработки Silicon Motion (для Crucial BX200), а это сообщает о том, что Micron готова к экспериментам. Контроллер во многом определяет надёжность и производительность SSD, тогда как грамотно написанная микропрограмма гарантирует продолжительный срок службы и высокую скорость передачи данных по прошествии длительного использования. На каком же нынешнем 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 наименованию совместного предприятия Intel и Micron (IM Flash Technologies), на фабрике какого и будут производиться новые микросхемы в этом году.
**Согласно снимкам Micron и Chipworks при поддержки растрового электронного микроскопа (РЭМ, англ. scanning electron microscope, SEM), 3D NAND массив Intel/Micron имеет 38 слоёв чисел, из каких активны лишь 32. Подобное решение продиктовано желанием повысить процент выхода годных микросхем.
