Micron начала производство памяти 3D NAND второго поколения

Micron Technology объявила о том, что начала производство многослойной памяти типа 3D NAND второго поколения в фабричном комплексе Fab 10X в Сингапуре. Новый тип памяти позволит Micron укрепить позиции на рынке твердотельных накопителей, а также несколько снизить себестоимость энергонезависимой памяти. Помимо прочего, выпуск второго поколения 3D NAND приведёт к увеличению ёмкости накопителей Micron, Crucial, а также их партнёров.

Новые вызовы

В ходе встречи и телеконференции с инвесторами и финансовыми аналитиками в этом месяце Micron подтвердила, что начала массовое изготовление 3D NAND флеш-памяти с 64 слоями в производственном комплексе Fab 10X в Сингапуре в четвёртом квартале этого календарного года, что соответствует заявленным ранее срокам. Сам по себе анонс означает как введение в строй новой фабрики, так и грядущее существенное увеличение производства NAND флеш-памяти компанией Micron: как за счёт увеличения количества обрабатываемых кремниевых пластин с соответствующими микросхемами, так и за счёт увеличения ёмкости последних. Кроме того, сам анонс массового производства энергонезависимой памяти с 64 активными слоями является знаменательным, поскольку означает, что компании удалось решить ряд технических проблем, которые возникают при создании 3D NAND c 60 ~ 70 слоями.

Эр-Сюань Пин (Er-Xuan Ping), управляющий директор подразделения памяти и технологий в Silicon Systems Group компании Applied Materials, считает, что сегодняшние технологии травления (high aspect ratio etch) отверстий в огромном количество слоёв (которые отвечают за линии чисел — word lines), чтобы затем создать линии разрядов (bit line, в терминологии 3D NAND — NAND string), имеют ряд ограничений. Эти ограничения не позволяют травить отверстия в случае, когда количество слоёв превышает 60 ~ 70. Таким образом, для создания 3D NAND с 64 активными слоями предполагается применять технологию вертикального стекирования линий разрядов (string stacking). По сути, это означает установку готовых 3D NAND-изделий друг на друга с последующим межчиповым соединением, что позволит контроллеру «видеть» два устройства как одну микросхему и управлять ею соответствующим образом. Подобное объединение представляет собой чрезвычайно сложный процесс, поскольку пластины с микросхемами должны быть идеально выровнены. Преимущества подобного процесса также очевидны: он позволяет создавать NAND-сборки с сотнями слоёв и колоссальной ёмкостью.

«Это ограничение», — сказал господин Пин. «Каждая линия разрядов ограничена количеством слоёв или другими шагами технологического процесса».

Micron не единственная компания, которая объявила о массовом производстве микросхем NAND флеш-памяти с 64 слоями. Samsung и Toshiba/Western Digital также разработали свои 64-слойные устройства. Примечательно, что ни одна из трёх компаний не упомянула о string stacking в своих анонсах соответствующих микросхем. В отрасли ходят слухи, что Micron демонстрировала 64-слойный 3D NAND чип с соединёнными линиями разрядов некоторым своим партнёрам, но официально компания про это никогда не говорила. Очень может быть, что Micron и её конкуренты нашли способ травления глубоких отверстий с использованием существующего оборудования или просто решили не упоминать особенности производства в своих официальных документах.

Новые перспективы

Надо сказать, что 64-слойное поколение 3D NAND флеш-памяти станет не только существенным испытанием с точки зрения производства, но и во многом откроет новые горизонты. Дело в том, что ёмкость таких микросхем обещает быть очень высокой, причём планы Micron (и IMFT) здесь наиболее амбициозны (компания имеет большую гибкость в области увеличения ёмкости микросхем благодаря размещению логическим цепей микросхем под самой памятью, что экономит площадь ядра): каждая 3D TLC NAND-микросхема второго поколения компании будет иметь ёмкость 768 Гбит (96 Гбайт).

Официально Micron пока не анонсировала микросхемы памяти 3D NAND второго поколения, а потому мы не обладаем всей полнотой информации о них. Тем не менее, компания раскрыла ключевые особенности чипов. Во-первых, на IEEE International Solid-State Circuits Conference в феврале Micron описала микросхему 3D TLC NAND ёмкостью 768 Гбит. Во-вторых, на 34-й конференции NASDAQ для инвесторов в июне финансовый директор компании заявил, что микросхемы 3D NAND второго поколения увеличат вдвое ёмкость по сравнению с чипами первого поколения (т. е. с 384 Гбит до 768 Гбит). В-третьих, в этом месяце Micron подтвердила наличие 64 активных слоёв в своей памяти 3D NAND второго поколения. В компании рассчитывают, что увеличение ёмкости микросхем позволит Micron снизить себестоимость производства одного бита NAND флеш-памяти на 30 процентов.

Двукратное увеличение ёмкости 3D TLC NAND-микросхем до 768 Гбит может позволить Micron использовать такие чипы в MLC-конфигурации ёмкостью 512 Гбит (впрочем, сама Micron об этом никогда не говорила). Между тем значительное увеличение ёмкости имеет как плюсы, так и минусы. С одной стороны, они дают возможность создавать устройства хранения данных большой ёмкости в миниатюрных форм-факторах (например, односторонний модуль M.2 ёмкостью 3 Тбайт). С другой стороны, SSD небольшого объёма будут иметь крайне низкую производительность из-за отсутствия параллелизма при чтении и записи. В случае с первым поколением 3D NAND компании Micron пришлось отказаться от накопителей ёмкостью 120/128 Гбайт именно из-за потенциально низкой производительности последних. Может случиться, что в следующем году компании придётся отказаться от выпуска уже накопителей класса 240/256 Гбайт. Кроме того, радикальное повышение ёмкости может сказаться на уровне выхода годных и цене.

В отличие от Micron, её конкуренты формально анонсировали свои 64-слойные 3D NAND-микросхемы. Так, Samsung объявила о планах начать производство своих 64-слойных V-NAND четвёртого поколения в последнем квартале 2016 года. Новые чипы будут иметь трёхбитовую ячейку (TLC), ёмкость 512 Гбит (по всей видимости, MLC буду выпускаться в виде отдельных микросхем или иметь меньшую ёмкость). Как только Samsung опробует V-NAND четвёртого поколения на разного рода картах памяти и других съёмных накопителях, она будет использована для производства SSD в 2017 году.

Что касается Toshiba/Western Digital, то они поставляют свою 64-слойную BiCS NAND третьего поколения некоторым своим клиентам уже несколько месяцев. Более того, первая продукция на базе данных микросхем (съёмные накопители) должна сойти с конвейера уже в четвёртом квартале. Toshiba и Western Digital весьма осторожно подходят к увеличению ёмкости своих чипов NAND, а потому изначально BiCS3 будет поставляться в конфигурации TLC с ёмкостью 256 Гбит, но в дальнейшем ёмкость будет увеличена до 512 Гбит. Следует отметить, что Western Digital считает возможным использовать 64-слойную BiCS 3D NAND в твердотельных накопителях. Таким образом, в 2017 году мир, наконец, увидит SSD на базе 3D NAND под торговыми марками Toshiba и Western Digital.