3D NAND -nimellä tunnetut muistit perustuvat useiden pystysuoraan pinottujen ja toisiinsa yhteydessä olevien NAND Flash -muistisirujen liittämiseen käyttämällä piireittien välisiä yhteyksiä. Mikä sallii lisätä tallennuskapasiteettia. Kuinka 3D NAND -kerrokset vaikuttavat sen suorituskykyyn ja kehitykseen?
Ensimmäinen 3D NAND -piiri lanseerattiin vuonna 2013, se oli Samsungin ensimmäinen V-NAND, jonka kapasiteetti on 16 Gt ja joka koostuu 24 kerroksesta. Ajan myötä kerrosten lukumäärä on kehittynyt, ja tänään voimme löytää 176-kerroksiset 3D NAND -kokoonpanot. Onko 3D NAND -kerrosten määrälle rajoitusta?
Mikä on NAND Flash -muisti?
NAND Flash-muisti on eräänlainen haihtumaton RAM-muisti, mikä tarkoittaa, että se säilyttää tietonsa virran menettämisen jälkeen. Kuten RAM, se on järjestetty muistisiruilla, mutta toisin kuin RAM, sillä on pienempi kaistanleveys ja suurempi viive.
Siksi kyseessä on kiintolevyjen tavoin käytettävä tallennusmuisti, joka muistin tavoin kasvaa vuosi vuodelta Mooren lain vaikutusten ansiosta. Jotain, jota 3D NAND -muistin käyttöönotto nopeuttaa. Joka käyttää kymmeniä pinottuja 2D-muistisiruja, mikä tekee tallennuskapasiteetista useita kertoja RAM-muistia suurempaa.
Miksi 3D NAND on välttämätön?
Tärkein ero klassisen 2D NAND -muistin ja 3D NAND -muistin välillä on solujen viestintätapa. 2D NAND -muistisolut, joihin bitit on tallennettu, löytyvät yhdessä yhdessä sirussa. Joten kunkin sirun kapasiteetti määräytyy toisaalta käytetyn solutyypin mukaan ja toisaalta sen mukaan, kuinka monta solua voimme sovittaa sirulle.
Näistä syistä 2D NAND on rajoitettu kahdella tekijällä. Ensimmäinen näistä on tunnetuin, ja se liittyy muistin valmistukseen käytettävän valmistussolmun ominaisuuksiin. Toisin sanoen transistoreiden määrä / mm2. Toisaalta toinen syy on tuntemattomampi, koska se liittyy transistoreiden ja syntyvien sähkökenttien välisen etäisyyden pienenemiseen.
Toisin sanoen, mitä lähempänä kennot ovat, sitä suurempi vaara on, että kennon sähkövaraus vioittuu naapurisolun dataan. Siksi on tarpeen toteuttaa 3D NAND -järjestelmiä, jotka perustuvat useiden 2D NAND -piirien väliseen kommunikointiin pystysuunnassa. Ajatuksena on pienentää kennojen tiheyttä kussakin akun sirussa, jotta yhden kennon sähkövaraus ei tuhoa muiden sisältöä.
Juuri tämä tosiasia tekee 2D NAND -piiristä, jota käytetään 3D NAND: n rakentamiseen vähemmän kehittyneestä valmistussolmusta ja siten pienemmällä tiheydellä transistoreiden lukumäärän suhteen kuin puhtaasti kahdessa ulottuvuudessa.
Kuinka monta kerrosta 3D NAND -muisti tukee?
3D NAND -muisti eroaa kuitenkin 3D-RAM-muistista, kuten HBM, muistipinon organisointitavan mukaan, koska aloittaen pinon pohjassa olevasta muistisirusta, muut päälle asetetut sirut ovat kooltaan pienempiä, piste on saavutettu, jossa pinon muodostavat 2D NAND -muistisirut ovat liian pieniä skaalautumaan edelleen. Se on otettava huomioon, kuten olemme selittäneet edellisessä osassa, että uusien solmujen käyttö ja solujen tiheyden kasvu pakottavat tietyt varastointikapasiteetin tasot lisäämään kerrosten määrää kontaminaation välttämiseksi. kennojen välinen sähkövirta.
Valmistajat lisäävät keskimäärin 30-50% enemmän kerroksia jokaisen 3D NAND -sukupolven kanssa. Tällä hetkellä 96-kerroksiset 3D NAND -muistit ovat myydyimpiä, ja niillä on yli puolet markkinaosuudesta, joita seuraavat 128-kerroksiset 15 prosentin markkinaosuudella. Sukupolven kehitys? Keskimäärin 18 kuukauden välein, joten vasta vuoden 2022 lopussa näemme seuraavan sukupolven 3D NAND -muistin, jossa on 256 kerrosta.
Lisääntynyt kapasiteetti QLC- ja PLC-solujen ansiosta
PLC-solut ovat kaikkein vähiten luotettavia, ja niiden avulla voidaan tallentaa jopa 4 bittiä solua kohden, mutta rajoitetaan tuotteiden elinkaarta. Monien ihmisten varastointikapasiteetin tarve on kuitenkin lisännyt QLC-solujen kysyntää, jotka vuonna 2021 ovat olleet 15% kysynnästä, mutta sen odotetaan saavuttavan 50% siitä vuoteen 2025 mennessä.
Prosessin odotetaan toistuvan 5-bittisillä soluilla tai PLC: llä, jotka Intel toimitti ehdotuksena muutama kuukausi sitten. Päivän lopussa se on sama prosessi, joka on jo tapahtunut TLC: n ja myöhemmin QLC: n kanssa. Vaikka ennusteet tehdään QLC-solujen käytöstä ja tekniikan kehityksestä vuodelle 2025.
Missä tilanteessa olemme? Vuoteen 2025 mennessä meidän odotetaan saavuttavan 2 sentin hinta gigatavua tallennustilaa kohti. Tämä tarkoittaa kustannusten alenemista keskimäärin 20% vuodessa ja siten 30% sukupolvien välillä. Vuoteen 2025 mennessä meidän pitäisi odottaa 3D NAND -kokoonpanoja 384 kerroksella.
Milloin 3D NAND korvaa kiintolevyt?
Tavanomaiset kiintolevyt ovat parempia kuin NAND Flash -muisti, niiden kyky tallentaa tietoja. On totta, että voimme laatia luettelon asioista, joissa SSD-yksiköt ovat tällä hetkellä parempia, kuten se, että ne eivät ole riippuvaisia mekaanisista osista, niiden hakuajat ovat nopeammat ja ennen kaikkea suurempi kaistanleveys.
Kysymys kuuluu: minä vuonna 3D NANDin hinta on yhtä halpa kuin kiintolevy? No, ennusteet viittaavat vuoteen 2033, joten kiintolevyillä on vielä yli vuosikymmen aikaa ylittää 3D NAND -muistin yläraja.
Syy, miksi meidän on odotettava niin kauan, on se, että seuraavina vuosina käyttöönotettavien tuotantosolmujen kustannukset tulevat olemaan yhä kalliimpia, mikä tulee olemaan tekijä tässä näkökohdassa. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että jatkamme kiintolevyjen käyttöä tulevina vuosina, varsinkin kun SSD-asemat ovat yhä suositumpia ja niillä on etuja tallennuskapasiteetin ulkopuolella.
