Эволюция 3D NAND: производители прорывают пределы емкости, надежности и производительности

Глобальный рынок накопителей переживает всплеск спроса на NAND flash, движимый безудержным ростом данных-интенсивных приложений вроде IIoT, умных заводов, автономных транспортных средств и пограничной аналитики. По мере эволюции этих сценариев потребность в большей емкости, быстре доступе и большей надежности толкает производителей к более сложным архитектурам.

В недавнем интервью Лена Харман, менеджер по маркетинговым коммуникациям в Hyperstone, подсветила, как 3D NAND flash формирует будущее хранения данных. «NAND flash быстро становится основой глобального хранения», отметила Харман. «Его доминирование стимулировало непрерывные инновации за последние два десятилетия, заставляя производителей уточнять технологические процессы, повышать плотность ячеек и уменьшать размеры элементов. Переход на 3D-архитектуру смягчил многие проблемы, присущие 2D NAND».

В отличие от обычной памяти, NAND flash не имеет встроенной логики; он полагается на контроллер flash-памяти для оркестрации потока данных между хост-интерфейсом и сырыми ячейками памяти. Дизайн контроллера должен учитывать специфический протокол каждого форм-фактора — USB, SATA, CF PATA или SD — обеспечивая надежную работу на разнородных платформах.

3D NAND: плавающий затвор vs зарядовая ловушка

2D NAND предлагает отличное время доступа, низкую латентность и малые форм-факторы, но предел 15 нм ввел значительные ошибки и снизил целостность данных. 3D NAND решает эти проблемы, стакая множество слоев ячеек, эффективно увеличивая плотность хранения без уменьшения размера отдельной ячейки.

3D NAND Flash

3D NAND обеспечивает более высокую плотность, позволяя поставщикам производить гигабайтные устройства на одной кремниевой подложке с сохранением выхода. Архитектура стакает слои ячеек, каждый разделенный для минимизации интерференций, и может быть построена либо с плавающим затвором, либо с зарядовой ловушкой.

Ячейки с плавающим затвором хранят заряд на изолированном затворе между каналом и управляющим затвором. В противоположность, ячейки с зарядовой ловушкой захватывают заряд в нитрид-кремниевых ловушках. Оба подхода полагаются на надежный контроллер flash-памяти для управления целостностью данных и производительностью.

С пролиферацией 3D NAND спрос на высококлассные контроллеры вырос. Эти контроллеры повышают выносливость и долговечность, применяя передовые схемы коррекции ошибок и изощренные алгоритмы управления данными.

Текущие 3D-стаки достигают 176 слоев, и хотя жесткого физического потолка нет, дальнейшее расширение может требовать гибридных техник стакинга. За последнее десятилетие эти достижения сделали высокоемкие накопители более доступными во всем мире, хотя и со сложным и дорогим производством.

Контроллеры flash: основа надежного хранения

Контроллеры flash переводят хост-команды в NAND-операции, устраняя потребность в громоздких коннекторах с сохранением стандартов интерфейсов. Семейство U9 Hyperstone предоставляет готовое решение для промышленных высоковыносливых flash-накопителей и модулей, поддерживающих USB 3.1 SuperSpeed (5 Гбит/с). Его прошивка включает проприетарную технологию FlashXE (eXtended Endurance).

FlashXE использует коды Bose–Chaudhuri–Hocquenghem (BCH), дополненные модулем обобщенных конкатенированных кодов (GCC), который соперничает с LDPC в производительности коррекции ошибок. При развертывании как решение Disk-on-Board (DoB) — дискретные компоненты, припаянные прямо на хост-ПП — эта архитектура предлагает возможность глубокого встраивания, стоимостную эффективность и полный контроль над спецификацией материалов (BOM).

>> Эта статья изначально публиковалась на нашем партнерском сайте EE Times Europe.