BOISE, Idaho (USA), Starnberg, 12. Nov. 2020 - Neues 3D-NAND boosted Speichermöglichkeiten für aktuelle Anwendungen; Lese- & Schreiblatenz um über 35 % verbessert...

Zum Hintergrund: Micron Technology, Inc. gab den Start der Volumenlieferung des weltweit ersten 176-Ebenen-3D-NAND-Flash-Speichers bekannt. Die Verbindung aus Microns neuer 176-Ebenen-Technologie und der fortschrittlichen Architektur steht laut Hersteller für einen radikalen Durchbruch, der enorme Leistungszugewinne bei Speicheranwendungen in den Bereichen Rechenzentrum, Intelligent Edge und Mobilgeräte ermöglichen soll. Micron 176-Layer-NAND ist die fünfte Generation von 3D-NAND sowie die zweite Generation von RG-Architektur. Im Vergleich mit der vorherigen Generation von 3D-NAND verbessert Microns 176-Layer-NAND die Lese- und Schreiblatenz um mehr als 35 %, was die Anwendungsleistung erheblich beschleunigt. [1]

• Mit einer um 30 % kleineren „Die"-Größe eignet sich Microns 176-Layer-NAND demnach besonders für Lösungen, die kleine Formfaktoren verwenden. Zitatauszug Sumit Sadana, Executive Vice President und Chief Business Officer bei Micron: „Wir entwickeln diese Technologie Produktportfolioübergreifend, um Wertschöpfung überall dort zu erzielen, wo NAND genutzt wird. Wir visieren Wachstumsmöglichkeiten in den Bereichen 5G, KI, Cloud und Intelligent Edge an.“ Mögliche Einsatzgebiete sind somit die mobile Speicherung, autonome Systeme, Bord-Infotainment oder Solid State Drives (SSDs) in Kunden- und Rechenzentren.

• Der Micron 176-Layer-NAND bietet laut Entwickler verbesserte Quality of Service (QoS [2]), ein entscheidendes Design-Kriterium für Rechenzentrums-SSDs. [3] Dies kann datenintensive Umgebungen und Workloads wie Data Lakes, Künstliche-Intelligenz (KI) Engines und Big-Data-Analysen beschleunigen. Bei 5G-fähigen Smartphones kann ein verbesserter QoS Anwendungen schneller starten und das Wechseln zwischen mehreren Apps beschleunigen, was echtes Multitasking und die volle Nutzung des Niedrig-Latenz-Netzwerks von 5G ermöglicht.

Microns fünfte Generation von 3D-NAND verfügt über maximale Datenübertragungsrate von 1600 Megatransfers pro Sekunde (MT/s) auf dem Open NAND Flash Interface (ONFI) Bus, was laut Hersteller 33 % Verbesserung darstellt. [4] Die erhöhte ONFI-Geschwindigkeit sorgt für ein schnelleres Hochfahren des Systems und verbesserte Anwendungsleistung. Bei Anwendungen im Automobilbereich wird diese Geschwindigkeit nahezu sofortige Reaktionszeiten für bordeigene Systeme ermöglichen, sobald die Motoren eingeschaltet werden, was die Nutzererfahrung erheblich verbessert.

Abb. 1 Bildquelle: Micron

Der Hersteller arbeitet jetzt daran, die neuen Produkte rasch in Lösungen zu integrieren. Um die Entwicklung von Firmware zu vereinfachen, bietet Microns 176-Layer-NAND einen Single-Pass-Programmierungsalgorithmus, der eine leichtere Integration ermöglichen und die Markteinführungszeit verkürzen soll.

Neuartiger Architekturansatz

Mit der Verlangsamung des Mooreschen Gesetzes ist Microns 3D-NAND ein entscheidender Faktor dafür, um den wachsenden Datenanforderungen nachzukommen. Micron hat dies durch die Kombination seiner gestapelten RG-Architektur, neuartiger Charge-Trap und CMOS-“under-array“ (CuA) [5]-Techniken erreicht.

• Schnelle Fortschritte bei der unternehmenseigenen CuA-Technik, die den mehrschichtigen Stack über die Chip-Logik baut und somit mehr Speicherplatz in einem kleineren Bereich verdichtet, läßt demnach die Die-Größe des 176-Layer-NANDs erheblich schrumpfen und ergibt mehr Gigabytes pro Wafer.

• Gleichzeitig konnte die NAND-Zellentechnologie vom Legacy Floating Gate auf Charge-Trap übertragen werden. Diese Charge-Trap-Technologie verbindet sich mit Microns RG-Architektur, die hochleitende Wordlines [6] anstelle einer Silikonschicht nutzt, um diese Leistung zu erzielen. Die Nutzung dieser Technologie soll es Micron nach eigenen Angaben ebenfalls ermöglichen, aggressive, branchenführende Kostensenkungen voranzutreiben.

Durch die Anwendung dieser Techniken konnte die Widerstandsfähigkeit verbessert werden, was besonders für eine schreibintensive Nutzung z. B. bei Black-Boxes in der Luftfahrt oder Videoüberwachungsaufnahmen von Vorteil ist. Bei der mobilen Datenspeicherung führt die 176-Layer-NAND RG-Architektur zu einer 15 % schnelleren gemischten Workload-Leistung [7] für Edge Computing, verbesserte KI-Inferenz und grafikintensives Multiplayer-Gaming in Echtzeit.

Abb. 2: Bildquelle: Micron

Zur Verfügbarkeit: Microns 176-Layer, Triple-Level-Zellen 3D-NAND wird laut Hersteller in Microns Fab in Singapur in Serienfertigung produziert und bereits an Kunden geliefert, einschließlich der Crucial SSD-Produktlinien  für Verbraucher. Das Unternehmen plant danach im Laufe des Jahres 2021 weitere neue Produkte basierend auf dieser Technologie einführen.

Weiterführende (Hersteller-)Ressourcen und Quellenangaben:

• Link > Product page: 176-layer NAND

• Link > Blog: Doing What Can’t Be Done (Again) – Micron Ships 176-Layer NAND

• Link > PDF Whitepaper: Micron Transitions to Next-Gen 3D NAND Replacement-Gate Technology

• Link > YouTube Video: Just How Remarkable Is Micron's 176-Layer 3D Flash Memory?

[1] Vergleich basiert auf Microns hochvolumigem 96-Layer-NAND mit Floating Gate. Beim Vergleich mit 128-Layer-Replacement Gate-NAND verbessern sich sowohl die Lese- als auch die Schreiblatenz für Microns 176-Layer-NAND um über 25%.

[2] Quality of Service (QoS) bezieht sich auf die Konsistenz und Berechenbarkeit von SSD-Reaktionszeiten.

[3] Die verbesserte QoS wird durch eine Verringerung der Blockgröße und eine geringere Varianz der Leselatenz im Vergleich zu Microns hochvolumigem, Floating-Gate 96-Layer-NAND erreicht.

[4] Verbesserung im Vergleich zu den beiden vorherigen 3D-NAND-Generationen von Micron (96-Layer-NAND und 128-Layer-NAND), die eine maximale Datenübertragungsrate von 1.200 MT/s aufwiesen.

[5] CMOS steht für „complementary metal oxide semiconductor“ = Metalloxid-Halbleitertechnologie.

[6] Wordlines sind Verbindungsdrähte zum Gate jedes NAND-Speicherelements in einem NAND-Speicherbereich. Wordlines werden verwendet, um Gruppen von Speicherzellen in einem Bereich eines NAND-Speichers auszuwählen, zu programmieren und zu löschen.

[7] Verglichen mit Microns Multi-Chip-Modul der letzten Generation basierend auf dem universellen Flash-Speicher 3.1 mit 96-Layer Floating-Gate-NAND.

Querverweise:

• Unser Beitrag > QLC vs. TLC: Micron liefert Quad-Level-Cell Enterprise NAND SSDs als Ersatz für 10K HDDs

• Unser Beitrag > Micron und Continental arbeiten an KI-Acceleratoren für DL im Automotive-Umfeld