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三星的立体NAND全球率先用于高端个人电脑SSD

发布时间:2020-01-15 01:01:52 阅读: 来源:栗子厂家

三星电子于2014年7月1~2日在韩国首尔举办了SSD新产品发布活动“2014三星固态硬盘全球峰会”(2014 Samsung SSD Global Summit)。此次发布的亮点产品是采用立体NAND闪存“Vertical NAND(V-NAND)”的高端个人电脑用SSD(图1)。上市时间为2014年7月21日。该公司已从2013年12月开始OEM供应采用V-NAND的数据中心用SSD,但推出普通消费者用产品尚属首次。

耐用年数为10年,长达原来的两倍

V-NAND是三星面向NAND微细化到达极限之后而开发的技术。三星并未采用微细化这一传统方法,而是通过在晶圆工序中多层重叠存储元件,实现了大容量化和低成本化。特点是在构造上下了很大功夫,可一次形成多层存储单元,而不是逐层形成存储单元。东芝曾在立体NAND“BiCS(Bit-Cost Scalable)”上倡导过这种理念。

图1 利用立体NAND来改善性能

此次发布的SSD“Samsung SSD 850 PRO”,通过采用立体NAND“V-NAND”,获得了比采用平面NAND的原产品更高的性能。(该表由日经BP半导体调查根据三星的资料编制)

三星在此次的发布会上强调了V-NAND的高性能。与20nm工艺平面型NAND(平面NAND)相比,“写入速度可达到两倍,可擦写次数为2~10倍,耗电量却只有1/2”(三星高级副总裁、闪存设计部门的Kye Hyun Kyung)。

据三星介绍,能够实现高性能的原因是,存储单元的材料及构造与平面NAND存在根本性的差异。V-NAND在绝缘性SiN膜而不是平面NAND所使用的导电性多晶硅膜上储存电子。而且,由于能够在三维方向上获得存储容量,因此可以放宽水平方向的设计工艺(增大存储单元的尺寸)。

三星称,这些因素可使随着闪存集成度的提高而增强的电气性干扰(发生于存储单元之间)小于平面NAND。因此,可减少写入数据时的写入/验证注1)次数,从而提高写入速度。

注1)验证(Verify)是指用来确认数据是否被正确写入的序列处理。

另外,因为存储单元的尺寸可以增大,所以可保存的电子数量也会增加。一般来说,反复擦写的次数越多,电子越容易泄露,但电子数量本来就很多,因此可以减轻电子泄露对数据产生的影响。这样便可增加擦写次数。三星还通过随着三维化而更改电路设计等措施,降低了耗电量。

此次发布的新产品“Samsung SSD 850 PRO”与原产品相比,写入速度、擦写次数及耗电量均获得了改善。改善幅度尤其大的是擦写次数(图2)。能够擦写的数据总容量(TBW:total bytes written)的保证值提高了约一倍。耐用年数为10年,在普通消费者用SSD中,如此长的年限是没有先例的。

图2 擦写次数和TBW获得提高

据三星介绍,采用V-NAND的SSD与采用平面NAND的原产品相比,擦写次数提高至2~10倍。(该图由日经BP半导体调查根据三星的资料绘制)

近期将导入3bit/单元

另一方面,V-NAND在成本竞争力方面还存在课题。2013年12月开始供应的SSD采用了24层重叠VNAND。此次通过增至32层提高了集成度(单位芯片面积的bit密度),但“成本还算不上足够低”(三星)。 要与最尖端的平面NAND进行成本竞争,必须将存储单元的层数提高至48~64层的水平。

三星还有一种方法来提高成本竞争力,那就是强化多值化技术。V-NAND此前一直采用MLC(2bit/单元),但在此次的发布活动上,三星就导入TLC(3bit/单元)表示,“近期将会有重大消息发布”。估计配备TLC型V-NAND的普通消费者用SSD最早将于2014年秋季实现产品化。

即便如此,估计V-NAND仍需要一段时间才能渗透到存储卡、智能手机、电脑等重视成本的市场。因此,三星打算同时推进NAND的微细化。目前已开始量产19nm工艺产品,计划2014年7~9月开始量产下一代工艺(16nm左右)产品。

东芝的战略是否正确

三星向立体NAND转型,宣布开始量产立体NAND,但到目前为止还只有该公司一家。三星的最大对手—东芝-晟碟联盟目前仍把重心放在微细化上,从2014年4月底开始量产15nm工艺平面NAND,计划2015年仍把量产重心放在15nm工艺产品上。

关于立体NAND“BiCS”,2014年度内东芝还只会进行样品供货,2015年度下半年才打算开始量产。东芝将优先考虑提高技术的成熟度,量产时“会实现其他公司追赶不上的芯片面积”(东芝社长田中久雄)。东芝要处于优势地位,就必须能够在短时间内消除与率先获得客户反馈的三星之间的差距。

(责任编辑:HN666)

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