[情報] NAND新時代起點，三星V-NAND技術詳解

看板Storage_Zone作者jacksonx2000 (捷克森插兩千)時間12年前 (2013/08/22 16:34)推噓5(5推 0噓 2→)

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來源:http://www.expreview.com/27718.html 內有詳細圖解 NAND新時代起點，三星V-NAND技術詳解　　三星本月初宣佈量產世界首款3D垂直閃存（V-NAND），V-NAND堪稱NAND史上的一次革新，一改傳統NAND面臨的弊端，性能、可靠性大幅提升的同時儲存密度更高，這將成為三星未來NAND技術的基礎。　　三星這兩年已經是全球最大的NAND供應商，不僅生產能力強大，技術實力也是頂級的。本月初宣佈量產世界首款3D垂直閃存（V-NAND），月中就有相關的企業級V-NAND閃存發佈了。IMFT、Hynix及東芝等其他NAND廠商也有各自的垂直閃存計畫，但是量產時間三星已經走在了其他公司前列，快人一步就是競爭優勢。　　三星的V-NAND每個die容量都有128Gb（16GB），通過3D堆疊技術可以實現最多24層 die堆疊，這意味著24層堆疊的總容量將達到384GB。此外，三星還宣佈V-NAND閃存的寫入速度及可靠性都有2倍以上的提高。　　三星量產V-NAND垂直閃存意味著什麼？他們是如何做到的？對整個NAND產業有什麼樣的影響？Anandtech網站對三星量產V-NAND閃存做了一番分析。傳統NAND的困境：容量要想提高，製程就越先進，可靠性和性能越低　　Anandtech稱自從2008年Intel的X25-M SSD進入市場之後，SSD的價格已經大幅下降了，當時80GB的SSD都要600美元，現在同樣的價錢可以買三星或者美光的1TB SSD了。摩爾定律指導著電子產品的發展，晶體管越來越小，NAND密度越來越高，價格越來越便宜。　　但是伴隨晶體管越來越小的後果是NAND的可靠性及性能越來越低。就以IMFT過去幾代的NAND產品的P/E次數及編程時間為例吧，看下圖所示。不同工藝下的閃存擦寫次數及編程時間　　50nm時代，P/E次數是10000次，編程時間只有900us，隨著製程工藝的前進，P/E次數從1000次降到5000次再降到3000次，這還只是MLC的變化，要是TLC，P/E次數已經降低到了1000次了。　　造成這個現象的根本原因是基本的物理特性。2bit MLC每cell單元儲存2bit數據只可只需要一兩打電子，3bit MLC（也就是TLC）的每個cell單元儲存，隨著NAND的縮小情況變得不同了，如果到了14/15/16nm階段，情況會變得更加困難。三星做了很萌的解釋　　測量存儲單元中這些極微小的變化很困難，特別是當NAND cell單元越來越小、考得越來越近的情況下。20nm工藝之後，cell單元之間的干擾現象更加嚴重，而在50nm工藝階段，這些問題可以借助主控及優質的NAND緩解。現在我們已經看到了SSD主控需要做更多的ECC及DSP類似的工作才能確保驅動器中的數據準確地讀出/寫入。　　通過更先進的製程工藝製造傳統的NAND之路很快就要走到頭了，作者表示他聽說目前的工藝只能再持續一兩代，之後再繼續用這樣的方式縮小cell單元就不可行了。　　那麼NAND未來的出路在哪？答案就是V-NAND，通過電荷擷取閃存（charge trap flash）技術製造的3D閃存。三星V-NAND：不再縮小cell單元，堆疊更多層數　　三星的V-NAND說起來就是不再追求縮小cell單元，而是通過3D堆疊技術封裝更多cell 單元，這樣也可以達到容量增多的目的。 V-NAND原理　　這種變化其實沒有說起來這麼簡單。SSD的讀寫原理可以參考我們之前的文章：十四款120/128GB SSD橫向評測。簡單來說，SSD中使用的是浮柵極MOSFET（Floating gate MOSFET），電子儲存在柵極中，它相當於一個導體。晶體管的瑕疵會導致柵極與溝道之間會短路，這會消耗柵極中的電荷，也就是說每次寫入數據都要消耗一次柵極壽命，一旦柵極中的電荷沒了，cell單元就相當於掛了，不能再存儲數據。　　三星的V-NAND閃存就放棄了傳統的浮柵極MOSFET，改用自家的電荷擷取閃存（ charge trap flash，簡稱CTF）設計。每個cell單元看起來更小了，但是裡面的電荷是儲存在一個絕緣層而非之前的導體上的，理論上是沒有消耗的。這種看起來更小的電荷有很多優點，比如更高的可靠性、更小的體積，不過這些還只是其中的一部分。　　使用CTF結構的V-NAND閃存被認為是一種非平面設計，絕緣體環繞溝道（channle），控制柵極又環繞著絕緣體層。這種3D結構設計提升了儲存電荷的的物理區域，提高了性能和可靠性。　　可靠性和性能提升是V-NAND閃存的一個方面，還有就是3D堆疊。由於三星已經可以垂直方向擴展NAND密度，那就沒有繼續縮小晶體管的壓力了，所以三星可以使用相對更舊的工藝來生產V-NAND閃存，現在使用的是30nm級別的，介於30-39nm之間。　　使用舊工藝的好處就是P/E擦寫次數大幅提升，目前的19/20nm工藝MLC閃存的擦寫次數普遍是3000次，三星的V-NAND閃存可達35000次，這也是三星說可靠性提升2-10倍的由來。　　使用舊工藝甚至也沒妨礙三星提高NAND密度，三星之前公佈的V-NAND是128Gb核心的，目前主流19/20nm工藝的核心容量是64Gb，如果用傳統工藝製造128Gb核心的NAND，那麼工藝需要15nm。　　更大容量的NAND有著更少的干擾，編程時間會更短，這意味著性能會提高。此外，更大容量的NAND的讀寫不需要那麼多次的重試，因此總功耗也會更低。　　三星在企業級市場上走出了V-NAND閃存第一步，不過目前使用的NAND還是128Gb的，因此容量上並沒有什麼驚人的，但是作者預測很快就會有全面的改善，只不過現在談論相關產品的售價和發售有點過早了。 V-NAND：三星的未來　　V-NAND閃存是三星的未來，我們可以看到V-NAND閃存出現在企業級、客戶端級甚至移動市場（移動電話及平板）。儘管距離三星全面轉向V-NAND閃存還有一段時間，但是明年就可以看到三星在多個市場領域轉向V-NAND。　　目前的128Gb核心NAND已經很好，不過這肯定不是終點，三星預計在2017年實現每核心1Tb，這都要歸功於3D NAND。此外，理論上三星還可以使用更先進的製程工藝來提高儲存密度，只是這樣做也會面臨傳統二維NAND結構需要面對的難題。另外，目前的V-NAND還是2bit MLC，有需要的話三星還可以選擇使用3bit MLC（TLC）來進一步提高儲存密度。　　其他的NAND廠商未來如何？作者認為那些不會轉向CTF或者3D NAND的廠商可能會考慮其他的技術，比如resistive RAM（電阻式隨機儲存器），潛在的性能提升甚至會更高，也可以借助3D堆疊實現更高的儲存密度。　　最終對消費者利好的就是，我們未來可以看到SSD在儲存密度、性能及可靠性上的改進。 =========================================================================== 心得: 從去年SSD跌價到現在價格除了從谷底小漲外沒什麼大變動各廠也相繼推出新產品但是新一代的SSD並沒有出色多少如果未來價格沒有什麼大變動最近是個不錯的SSD 入手時機用個3~5年後過保固讓剛萌芽的新世代SSD發展成熟再換一顆來玩玩 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 220.128.98.218

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