NAND快閃儲存器的現狀與未來

2021-09-23 06:43:59 字數 2130 閱讀 7867

nand快閃儲存器在過去的一年中歷經重大變革。快閃儲存器技術需要綜合考慮許多方面,在生產工藝、資料完整性要求、最大寫入次數等方面達成恰到好處的平衡。簡單來講,當我們剛剛踏入2023年時,原始快閃儲存器(稱為2d nand)的發展方式已經接近盡頭,很難再通過精益化工藝增加單塊晶元所支援的儲存容量。

通過引入3d nand的概念,現在的快閃儲存器單元可以堆疊在三維空間之中。在相對輕鬆的工藝要求下,將單塊晶元的容量提公升48倍,從而可以在大批量生產過程中降低多達4倍的成本。容量的增加與**的下降比率基於這樣的基礎:3d nand中每塊晶元上各單元層的生產工藝仍與原先保持一致。

技術背後的複雜性

然而,對nand快閃儲存器晶元製造商而言,事情遠沒有這麼簡單。首先要面對的是易失性的問題,保持這些單元層的縱向堆疊是頗具挑戰性的。

例如:對48個單元層的堆疊而言,縱向堆疊所允許的公差僅僅只有1度;而更多層的情況只會更糟。這引起了對3d nand整套理念的反思。

目前晶元製造商已經有辦法在一塊晶元上建立多達48或64層的堆疊塊,他們將乙個堆疊放置在另一堆疊的頂部,通過垂直互聯訪問聯結各堆疊塊,從而在整體上能夠支援更多的縱向層。

借助上述兩種方式,在過去幾個月我們已經看到了64gb和1tb晶元的出現。1tb晶元看似能夠支援進一步的堆疊,從而在未來12個月左右產生單晶元4tb,甚至8tb的儲存容量。憑藉這些技術,我們很有可能在2023年9月的快閃儲存器峰會上看到100tb 2.5英吋固態硬碟。

縱向堆疊問題與技術實現方式的改變對市場產生了重大影響。3d nand的成熟將晚於計畫時間,伴隨著工廠轉向全新的流程,造成了短期晶元在市場上的**不足。

精準堆疊以外的問題

能否精準對齊並非是向3d nand公升級過程中所面對的唯一問題。在nand快閃儲存器容量方面,三層單元(tlc)是相當具有吸引力的技術,其將每個單元的儲存容量增加了3倍。

但是,nand的狀態隨著使用時間會出現準靜態特性,即每個單元可檢測到的電壓差範圍變小,使得各單元之間的電壓彼此接近,從而增加了誤讀率,這在tlc中尤其明顯,與單層單元(slc)所具有的兩種狀態相比,tlc會有8種不同的狀態。

應對這項挑戰涉及多項策略,包括隨著時間進展進行閥值重置、擴充套件錯誤檢測和校正**,並根據閥值和時序調整新增非常複雜的重試過程,其中涉及大量科學(和資料)分析和經濟可行的執行方案。這些領域的積極成果大幅度提公升了晶元產量和其支援的寫入次數。

即便如此,我們仍將看到一系列階梯式ssd家族,結構相同的成員則以讀寫速度,寫入次數和溫度範圍加以區隔。日常操作中,ssd的溫度範圍對寫操作至關重要。

上述一系列的原因導致了市場上快閃儲存器晶元的減少,nand晶元晶圓廠必須擱置產能以切換產線。短缺情況在2023年下半年凸顯出來,固態磁碟的****了10%,並且狀態仍在持續。與此同時,隨著企業逐漸認識到硬碟技術已經過時,對ssd的需求急劇增加,使得問題更為複雜。

而三星公司galaxy note慘敗、召回和試圖更換則進一步加劇了矛盾,目前市場上至少存在1億的晶元缺口。

曙光的來臨

局面在2023年下半年將得以改善。64層堆疊晶元的技術問題似乎已得以解決。到年中,單堆晶元將開始陸續出貨。動態ram和nor快閃儲存器晶圓廠將通過轉向3d nand技術獲得到額外的快閃儲存器產能。到2023年年底,**應該回落到危機前的水平,甚至更低;到2023年,我們或將能夠看到ssd與hdd的**持平。

更值得一提的是,這對hdd市場或許會有重大影響。隨著2015至2023年市場需求的下降,硬碟產能大幅下滑,並且也很難奪回失去的市場。此外,大容量的hdd在主儲存領域再難有用武之地,這款曾經以資料記錄聞名的產品似乎已很難跟上時代的節奏——尤其在寫操作上——完全不適合用作承載作業系統的驅動器,正從pc和許多伺服器上漸漸淡出。

資訊行業正期待著乙個全新的未來,在2023年開始,30tb至100tb的大容量儲存將驅使二級儲存做出改變。

對於使用四層單元(qlc)nand快閃儲存器取代即將普及的tlc,業內尚有些許爭議。根據tlc物理介質和資料動態的研究投入,用同樣的想法研發具備16種狀態的qlc,似乎是合乎邏輯的後續方向,從而進一步降低成本、增加容量。

泛在化、極其快速的儲存將深刻改變資訊科技。伺服器處理能力將得以增強,從而降低了伺服器的銷售,而擁有1000萬甚至更高iops(已在快閃儲存器峰會上公布)的驅動器亦將徹底顛覆目前的超融合產品。

NOR型快閃儲存器與NAND型快閃儲存器的區別

分類 1 快閃儲存器晶元讀寫的基本單位不同 應用程式對nor晶元操作以 字 為基本單位。為了方便對大容量nor快閃儲存器的管理,通常將nor快閃儲存器分成大小為128kb或者64kb的邏輯塊,有時候塊內還分成扇區。讀寫時需要同時指定邏輯塊號和塊內偏移。應用程式對nand晶元操作是以 塊 為基本單位。...

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NOR與NAND快閃儲存器比較

nor flash nand flash onenand flash 位址線和資料線分開 介面時序同 sram,易使用 位址 資料線復用,資料位較窄 onenand 可看作nor 和nand 技術的一種混合。從本質上來講,乙個單獨的 onenand 晶元整合了乙個 nor快閃儲存器介面,nand 快...