Подробнее о новой 3D NAND QLC памяти Intel и Micron

Как мы сообщали, компании Intel и Micron приступили к массовому производству самой ёмкой и самой плотной в индустрии флеш-памяти 3D NAND ёмкостью 1 Тбит. На основе данных чипов компания Micron разработала серию SSD 5210 Ion вместимостью от 1,92 Тбайт до 7,68 Тбайт, коммерческие поставки которых стартуют нынешней осенью. Значительно увеличить ёмкость микросхем 3D NAND и накопителей на их основе удалось благодаря реализации целого ряда технологий и нововведений.

Но начнём мы с того, что 1-Тбит 3D NAND чипы партнёров представляют собой 64-слойные кристаллы. Это самая передовая на сегодня многослойная память. До конца года Intel и Micron могут начать производство 96-слойной памяти 3D NAND, о завершении разработки которой они тоже сегодня сообщили. Нетрудно подсчитать, что это на ровном месте увеличит плотность записи ещё на 50 % в пересчёте на одну микросхему памяти. Это хороший прыжок вперёд, хотя само по себе производство 96-слойной 3D NAND обещает оказаться намного сложнее, чем выпуск 64-слойной памяти.

Дело в том, что дальше наращивать слои в одном кристалле 3D NAND оказывается экономически невыгодным. Переход от 64 слоёв к 96 слоям в разы увеличивает длительность изготовления каждой кремниевой пластины с чипами 3D NAND. Поэтому, скорее всего, вместо изготовления монолитного 96-слойного кристалла будет собираться «спайка» из двух 48-слойных кристаллов. Это предъявляет высочайшие требования к точности совмещения верхнего и нижнего слоёв двух кристаллов, что неизбежно ведёт к росту уровня брака. Вот с ним-то и будут бороться производители при переходе к 96-слойным и более «слоистым» чипам 3D NAND.

Первыми выпуск 96-слойной памяти 3D NAND обещают начать компании WD и Toshiba. Это должно произойти в третьем или в четвёртом квартале текущего года. Хотя мы вряд ли удивимся, если компания Samsung начнёт выпускать 96-слойную память раньше всех. Ещё в прошлом году Samsung показала опытный чип ёмкостью 1 Тбит с записью 4 бит в каждую ячейку (QLC, Quad-Level Cell). Возвращаясь к сегодняшнему анонсу Intel и Micron, отметим, что 1-Тбит 64-слойный чип 3D NAND представляет собой массив ячеек QLC. Иными словами, Intel и Micron первыми в индустрии преодолели знаковый порог в 1 Тбит для хранения данных в коммерческом чипе. По сравнению с 64-слойной 3D NAND TLC (три бита в ячейке) плотность записи возросла на 33 %.

Но и это ещё не всё. Сам по себе 64-слойный кристалл 3D NAND QLC Intel и Micron стал заметно меньше по площади — это тоже рекорд. Для этого партнёры спроектировали и изготовили чип таким образом, чтобы управляющие и питающие цепи, которые обслуживают массив памяти, были перенесены прямо под массив с ячейками. Эта технология называется CMOS under the array (CuA) и конкуренты тоже возьмут её на вооружение. Грубо говоря, электроника перенесена в подвал под массивом памяти, что существенно сэкономило площадь кристалла. Уточним, Intel пока не называет точных цифр.

Наконец, 1-Тбит чип 64-слойной памяти 3D NAND использует четыре банка памяти вместо двух, как это было реализовано до сегодняшнего дня. Разбивка на четыре логических и, очевидно, физических массива позволяет увеличить параллельный доступ к памяти, что ускоряет операции чтения и записи. Увы, Intel снова проигнорировала точные цифры, поэтому о реальном выигрыше судить нельзя. Также следует помнить, хотя для потребителя это вряд ли будет заметно, что переход на ячейку QLC снизил устойчивость ячеек к износу примерно с 3000 циклов перезаписи/стирания до 1000 циклов. Решать вопрос с надёжность будут как всегда — с помощью избыточного массива ячеек.