Новости по теме «Toshiba разрабатывает 96-слойную флэш-память QLC»

Цены на память NAND падают с 2018 года, что связывают с увеличением поставок 64- и 72-слойных микросхем. В результате цены достигли минимума в 10 центов за гигабайт. Чтобы избежать дальнейшего удешевления, крупнейшие производители замедлили производство. Однако прогресс в производстве 96-слойных микросхем обеспечит дальнейший рост поставок. Отмечается, что перепроизводство NAND сохранится, а цены продолжат снижение.

Лидер отрасли, Samsung, добивается улучшения качества пластин с 96-слойной 3D NAND, чтобы выпускать 512 ГБ накопители UFS 3.0. Во втором полугодии компания планирует наладить выпуск 1 ТБ решений по той же технологии. Также компания прогрессирует в выпуске QLC памяти.

Недавно Toshiba выпустила новое поколение SSD и UFS 3.0 на базе 96-слойной 3D NAND. Что касается Micron, то эта компания анонсировала аналогичные продукты. Также она занимается разработкой терабайтных QLC NAND устройств, со стартом массового производства во втором квартале.

Благодаря технологии QLC, представленной 64-слойной стековой структурой, Toshiba сможет представить миру кристаллы крупнейшего объёма в 768 Гб (96 ГБ). Новая память также позволяет создавать 1,5 ТБ устройства с 16-слойной архитектурой кристаллов в едином пакете, что также на 50% увеличивает ёмкость пакета, по сравнению с прошлым поколением устройств.

Память типа QLC имеет те же проблемы (если не большие), с которыми столкнулись разработчики при выпуске памяти MLC. Главная из них заключается в том, как поместить данные в одну ячейку без влияния на надёжность хранимых данных и производительность. Так что вопрос того, смогут ли SSD, основанные на QLC NAND, предложить достаточную производительность, остаётся открытым.

Скорее всего данная память найдёт себе место в накопителях для ЦОД, где ключевую роль играют низкое энергопотребление и физический размер накопителя. Однако, возможно, QLC можно будет встретить и в некоторых других отраслях.

Как сообщает разработчик, образцы устройств на основе памяти QLC поставляются производителям SSD и контроллеров для SSD с июня месяца, которые используют новую память для разработки накопителей. Новое поколение образцов будет представлено в августе в ходе Flash Memory Summit 2017.

Новый продукт получил название X2-6070 и построен на технологии создания стэков YMTC XTracking 2.0. Это большой прорыв для компании, поскольку предшествующая технология XTracking 1.0, позволяющая выпускать 64-слойную память, поступила в массовое производство лишь в прошлом сентябре, в то время, когда лидеры рынка Samsung, SK Hynix, и Micron перешли на 96-слойный процесс. Анонс 128-слойной конструкции гиганты сделали ещё в июне 2019. Что касается YMTC, то она вовсе отказалась от переходного этапа в 96 слоёв, сократив технологическое отставание от лидеров до 10 месяцев.

Грейс Гон, старший вице-президент YMTC, сообщила: «Эти продукты вначале будут применяться в твердотельных накопителях потребительского уровня, и несомненно окажутся расширены до серверов промышленного класса и центров обработки данных, что позволит диверсифицировать нужды в накопителях в эпоху 5G и ИИ».

Ожидается, что спрос на NAND-накопители для промышленности и ЦОД вырастет в первой половине 2020 года и сохранит тенденцию в течение всего следующего года, сообщает DigiTimes. Это связывают с развитием 5G и прогнозируют взрывной рост трафика до 20 ЗБ после коммерческого запуска этих сетей.

Источник отмечает, что уже сейчас такие компании как Samsung, Toshiba Memory, Micron Technology, Intel и SK Hynix готовятся к данному событию.

Лидер индустрии Samsung уже анонсировал массовое производство SATA SSD объёмом 250 ГБ на базе 6-го поколения памяти V-NAND. Во второй половине года компания готовится выпустить более быструю память V-NAND большей ёмкости.

Что касается Toshiba Memory, то она представила XL-Flash с низкими задержками и высокой производительностью. Эта память предназначена именно для коммерческого применения. Опытные образцы этой памяти появились в сентябре, а массовое производство начнётся в 2020 году.

Тем не менее, несмотря на продолжающейся рост плотности NAND-памяти, цены на неё продолжают падать, что негативно сказывается на всём рынке. По данным аналитической организации ChinaFlashMarket, мировой рынок NAND флэш-памяти в этом году составит 43 миллиарда долларов. Цены на NAND-память в первом полугодии снизились на 30%.

Компания отметила, что она применяет собственную QLC технологию для построения 96-слойных 4D чипов. Она отмечает, что её новые микросхемы объёмом 1 Тбит будут доступны производителям «как раз к открытию рынка QLC».

При этом фирма сообщает, что занимается разработкой собственного программного алгоритма по работе с памятью QLC и контроллера, и планирует выпустить соответствующие решения вовремя, чтобы отвечать требованиям клиентов.

«Мы планируем выпускать собственные SSD на основе QLC со следующего года, когда ожидается значительный спрос на QLC NAND для промышленности», — заявил вице-президент и глава разработки стратегии NAND в SK Hynix Хан Джу На. «В частности, мы намерены занять надёжную позицию на рынке высокоплотных eSSD, которые заменяют жёсткие диски решениями на базе NAND Flash, поскольку имеют объём 16 ТБ или больше».

Факт поставки образцов терабитных QLC NAND микросхем прокомментировал исполнительный директор Silicon Motion Technology Уоллес Коу: «Мы получили инженерные образцы QLC от SK Hynix и мы поражены общей производительностью. Образцы отвечают требованиям к клиентским SSD».

По прогнозам IDC доля QLC памяти на рынке NAND должна вырасти с 3% в 2019 году до 22% в 2023 году, в то время как рынок eSSD будет расти по 48% в год, быстро заменив HDD в течение 5 лет.

По номенклатуре Toshiba чип будет называться BiCS-5. Несмотря на высокую плотность, чип будет основан на памяти TLC, а не новой QLC. Это связывают с продолжающимися проблемами при производстве QLC и низким процентом выхода годных отпечатков. Однако за счёт повышения числа слоёв чипы будут иметь объём 512 Гб, что на треть больше, чем у 96-слойных чипов. Первые коммерческие продукты на основе 128-слойной памяти появятся в 2020 или 2021 годах.

Сообщается, что чипы BiCS-5 имеют четырёхплоскостную конструкцию. Их ядра разделены на 4 секции, или плоскости, доступ к которой осуществляется независимо. Для сравнения, BiCS-4 имела две плоскости. Благодаря этому скорость записи на канал также удвоится и составит 132 МБ/с. Кроме того, в новых микросхемах используется инновационное размещение логической цепи под самым нижним «слоем» с данными, что позволяет на 15% экономить размер ядра.

Аналитики считают, что новые микросхемы будут изготавливаться на 300 мм блинах с выходом годной продукции выше 85%.

Дело в том, что для хранения одного бита на ячейку необходимо использовать два состояния напряжения. В памяти MLC — четыре, TLC — восемь, а QLC — целых шестнадцать. Это приводит к частому появлению ошибок из-за повреждения данных, которые могут произойти в связи с большим количеством состояний заряда. Для успешного коммерческого использования технологии специалистам придётся применять различные механизмы коррекции.

Как оказалось, Toshiba с этим успешно справилась. По её данным, память 3D QLC NAND выдержала порядка 1000 циклов программирования/очистки, что близко к значениям TLC NAND. Это заметно выше 100—150 циклов, которые прогнозировали специалисты для QLC.

Ожидается, что массовое производство продукции на базе QLC памяти начнётся в конце 2018 или начале 2019 года.

Новые 512 гигабитные чипы построены из 64 слоёв по технологии трёхуровневых ячеек хранящих по три бита на ячейку (TLC). Эти чипы станут частью модельного ряда продуктов BiCS FLASH.

Сейчас компания начала поставки опытных чипов объёмом 512 Гб, а их массовое производство компания начнёт во втором полугодии.

Новый флеш продукт обладает на 65% большей ёмкостью, по сравнению с прошлым поколением, в котором использовались 48 слоёв ячеек NAND. В дополнение к 512 Гб устройства линейка Toshiba BiCS FLASH будет включать 64-слойные 256 Гб решения, которые уже находятся в массовом производстве.

По словам Скотта Нельсона, старшего вице-президента подразделения памяти TAEC, «представление нами третьего поколения BiCS FLASH в паре с крупнейшим в промышленности 1 ТБ чипом заметно укрепляет наши позиции в качестве передового решения в области памяти, и мы продолжим развивать нашу 3D технологию для соответствия постоянно возрастающим требованиям рынка к объёму хранимых данных».

Таким образом, компания планирует выпустить по этой технологии микросхему, объёмом 1 ТБ.

Чип будет использоваться в накопителях для ЦОД, а также найдёт себе место в SSD продуктах, а значит, он будет достаточно дёшев для использования в игровых системах хай-энд уровня.

В отличие от обычных накопителей, эти устройства содержат контроллеры и память в одном пакете, упрощая создание устройств.

Новые e-MMC устройства доступны в объёмах от 16 ГБ до 128 ГБ. Все они изготавливаются по нормам 15 нм процесса, что делает эти чипы одними из самых маленьких в мире. Последовательное чтение данных достигает 320 МБ/с, а запись — 180 МБ/с, что на 2—20% быстрее памяти Toshiba прошлого поколения. Скорость случайного же чтения выросла примерно на 100%, а записи — на 140%.

В памяти UFS используется более широкий интерфейс связи MIPI M-PHY, что позволило в новых модулях увеличить скорость чтения до 850 МБ/с, а записи — 180 МБ/с. Микросхемы UFS построены на той же 15 нм NAND памяти и доступны в объёмах от 32 ГБ до 128 ГБ.

Компания Toshiba производит для своих накопителей не только память, но и контроллеры. Так, фирма разработала собственное аналоговое ядро M-PHY 3.0 и цифровое ядро UniPro 1.6, интегрируемые в UFS контроллер. В результате полученные микросхемы отвечают всем требованиям по скорости работы.

Разработанный прототип новой микросхемы памяти компания представила на конференции Flash Memory Summit 2015.

При традиционной конструкции стековой флеш-памяти, слои связаны между собой на торцах пакета. Технология Through Silicon Via (TSV) использует вертикальные электроды и связи для прохождения сквозь ядра памяти для их объединения. Всё это позволяет увеличить скорость передачи данных и снижает энергопотребление.

Технология TSV от Toshiba позволяет достичь скорости передачи данных на уровне 1 Гб/с при меньшем напряжении питания чем прочие типы NAND: 1,8 В для цепей ядра, 1,2 В для цепей ввода-вывода. Также на 50% снижается энергопотребление при операциях чтения, записи и передачи данных.

Память получила название BiCS (сокращение от bit cost scalable). Компании создали чипы с памятью по 2 бита на ячейку, что обеспечит плотность записи в 128 гигабит (16 ГБ) на чип. Опытное производство памяти уже начато, а массовое должно начаться в первой половине 2016 года на новом заводе Fab2 в Yokkaichi Operations.

«Мы с радостью представляем наше второе поколение 3D NAND, обладающее 48-слойной архитектурой, которое разработано совместно с нашим партнёром Toshiba», — заявил доктор Шива Шиварам, исполнительный вице-президент по технологии памяти компании SanDisk.  «Мы использовали наше первое поколение технологии 3D NAND как средство изучения, позволившее нам разработать наше коммерческое второе поколение 3D NAND, которое, мы уверены, предоставит нашим клиентам интереснейшее решение в сфере накопителей».

Компания SanDisk планирует использовать второе поколение технологии 3D NAND в широком спектре решений, от съёмных накопителей до промышленных SSD.

Сами микросхемы памяти начали изготавливаться ранее в этом году на заводе, которым компания владеет совместно с Sandisk.

Будучи нацеленной на мобильные телефоны и рынок носимой электроники, 15 нм серия Toshiba на 26% меньше, чем предыдущие микросхемы компании. Кроме того, они на 8% быстрее при случайном чтении и на 20% быстрее при записи, благодаря оптимизации контроллера.

Каждая группа по объёму представлена в двух версиях: Premium, для устройств начального и среднего сегментов, и Supreme, для хай-энд устройств. В первом квартале 2015 года компания станет предлагать модули объёмом 16 ГБ, 32 ГБ и 64 ГБ. По словам Toshiba, во втором квартале будут представлены также модули по 8 ГБ и 128 ГБ. Габариты памяти очень мало зависят от объёма. Например, 32 ГБ Supreme памяти имеют габариты в 11,5х13х1 мм.

На заводах компания Toshiba новая технология заменит нынешний 19 нм процесс. Теперь компания обладает самой тонкой технологией производства микросхем, который позволит ей увеличить скорость передачи данных до 533 Мб/с благодаря более быстрому интерфейсу.

Кроме того, компания объявила о подготовке к запуску 15 нм процесса производства TLC памяти, которая предназначена для смартфонов и планшетов, а также для SSD (после разработки соответствующего контроллера).

Также стало известно, что и SanDisk готовит к выпуску 15 нм технологию производства памяти, которую она назвала 1Z-nanometer. Её технология также позволит выпускать чипы NAND по 2 и 3 бита на ячейку, однако промышленный выпуск микросхем начнётся во втором полугодии.

Используя DDR NAND память от Toshiba, новые продукты способны обеспечить чтение или запись blu-ray диска объёмом 25 ГБ всего за 5 минут, что в 22 раза быстрее, чем в моделях, подключаемых по USB 2.0. По заявлению производителя, реальная скорость чтения с накопителя может достигать 222 МБ/с! При этом максимальная скорость записи ненамного меньше и равна 205 МБ/с, а это вдвое больше, чем у предыдущего поколения TransMemory-EXTM. Как и следует ожидать, новые флешки Toshiba полностью совместимы с предыдущими поколениями интерфейсов USB, включая 2.0 и 1.1. Представленные флешки выпускаются в трёх вариантах: с ёмкостью 32 ГБ, 64 ГБ и 128 ГБ.

Новые накопители поддерживают специальное программное обеспечение, которое позволяет защищать паролем определённые блоки данных, таким образом ограждая их от нежелательного доступа.

Компания Toshiba пообещала и впредь совершенствовать свои накопители, увеличивая ёмкость и скорость работы. Компания продолжит продвигать инновации, расширяя горизонты рынка NAND флеш, и сохранять лидерство на этом рынке.

Тогда же Toshiba начали производство 19 нм NAND флэш-памяти, а готовые продукты появились на рынке к осени 2011 года. Однако то были образцы только MLC продуктов, TLC микросхемы, с тремя битами на ячейку, компания обещала представить позднее.

И вот месяц назад Toshiba начала производить 19 нм чипы NAND памяти с тремя битами на ячейку, объёмом 128 Гб. При этом новые чипы стали самыми маленькими в мире, занимая площадь лишь в 170 мм². Кроме того компания утверждает, что на основе их микросхем будут изготовлены быстрейшие в мире накопители, со скоростью записи в 18 МБ/с.

Безусловно, уменьшение технологии производства TLC чипов вызвало массу проблем, среди которых управление напряжением, усиление записи и коррекция ошибок, которые имеют большое значение при уменьшении норм производства твердотельной памяти. Тем не менее, в Toshiba утверждают, что им удалось оптимизировать периферийную сеть микросхем памяти, а также внедрить технологию воздушных зазоров для транзисторов, благодаря чему расстояние между ячейками памяти было уменьшено до 5%.

Нам лишь остаётся пожелать Toshiba успеха в их работе и ожидать появления первых 19 нм TLC накопителей среди ассортимента продукции партнёров компании.

Компания рассматривает пути гибридной связи слоёв, что требует новых материалов пакетов и методов соединения. Так, в качестве связки рассматривается соединение отдельных пластин методом притирки, травления, осаждения и проводниковой связи. Необходимость использования отдельных пластин обусловлена возможным перегревом многослойных стеков, а разделение через отдельные пластины должно улучшить охлаждение. В SK Hynix уверяют, что технология и инфраструктура будут готовы к концу следующего года.

При этом SK Hynix не единственный производитель NAND, стремящийся увеличить количество слоёв. К примеру, Samsung хочет выпустить 1000-слойную память в 2030 году, Kioxia — к 2027 году.

К сожалению, никаких дополнительных деталей о разработке 400-слойной памяти корейская пресса не опубликовала.

Производители памяти постоянно находятся в балансе между производством и спросом. Если поставки становятся слишком большими, то цены на памяти снижаются и прибыль сокращается. И вот теперь заводы в Йоккаичи и Китаками вышли на полную загрузку. Причиной тому называются растущий спрос на смартфоны, ПК и в промышленном сегменте. Теперь Kioxia надеется увеличить свою рыночную долю, поставляя на рынок больше продукции.

В последние кварталы цена на NAND постоянно росла, а складские запасы иссякали. Повышение объёмов выпуска KIOXIA должны изменить ситуацию на рынке, увеличив доступность флеш-памяти и снижение цены. Для нас же, простых потребителей, это означает удешевление накопителей и даже конечных устройств.

Пока эти чипы являются прототипом, однако в скором будущем они предложат рынку решение с беспрецедентной плотностью и производительностью. Модули 3D-QLC-NAND объёмом 2 Тб состоят из 218-слойной памяти BiCS8. Таким образом, накопитель объёмом 4 ТБ можно будет собрать из 16 ядер, а объёмом 1 ТБ — из четырёх чипов.

По данным производителя, новые чипы на 12% плотнее, имеют на 30% большую пропускную способность и на 21% меньше задержки, по сравнению с прошлым поколением. Кроме того, они потребляют на 13% меньше энергии.

Представленный пакет UFS 4.0 обладает размерами 9×13 мм, что является заметным сокращением габаритов от первоначальных 11×13 мм. В пакете используется собственная 3D-NAND-память, расположенная в 232 слоя, что обеспечивает объём до 1 ТБ. При этом, модули имеют скорость последовательного чтения в 4 400 МБ/с и записи — 4 000 МБ/с, чего достаточно для эффективной работы популярных больших языковых моделей и прочих приложений ИИ. В дополнение ко всему этому была на 25% повышена энергоэффективность.

По словам Micron образцы новых пакетов UFS 4.0 уже поставляются партнёрам в версиях объёмом 256 ГБ, 512 ГБ и 1 ТБ.

Компания рассказала о своём технологическом прорыве, которого она достигла после выпуска самой ёмкой на сегодня NAND-памяти со 238 слоями, которая уже находится в массовом производстве. Этот прорыв вызван ограничениями в количестве стеков и технологическими ограничениями, приводивших к невозможности изготовления чипа толщиной более трёхсот слоёв.

Новая терабитная память из 321 слоя обеспечивает 59% прирост производительности. Её планируют применять в накопителях стандарта PCIe 5.0. коммерческое внедрение памяти запланировано на первую половину 2025 года.

Новый чип может обеспечивать скорость передачи данных в 2400 МТ/с и может использоваться для высокоскоростных SSD следующего поколения с подключением по PCIe 5.0×4, позволив насытить линию связи со скоростью 12 ГБ/с и даже выше. Таким образом, переход между поколениями позволил ускорить память более чем на 50%.

Первые 238-слойные 3D-NAND-устройства от SK Hynix имеют объём в 512 Гб (64 ГБ), что означает на 34% большую эффективность производства, по сравнению с нынешней 176-слойной памятью. А учитывая, что уровень отбраковки остался неизменным, переход на память 238L TLC-NAND IC позволит на 34% сократить себестоимость. Поскольку новые модули будут заметно меньше физически, их применение позволит на 21% сократить энергопотребление, что положительно скажется на сроках автономной работы ноутбуков и позволит применять их в планшетах и телефонах.

Компания Kioxia, в сотрудничестве со своим производственным партнёром Western Digital, готовится продемонстрировать свою инновацию в сфере 3D-NAND. Так, будет представлен документ, описывающий 8-плоскоснтные 3D-TLC-NAND устройства объёмом 1 Тб, состоящие из 210-ти активных слоёв и интерфейса 3,2 ГТ/с. Эти устройства обеспечивают задержки чтения в 40 мкс и программную пропускную способность в 205 МБ/с. Метод «один импульс два строба» и декодер гибридной адресации строк облегчает развязку проводников, сокращая в результате время чувствительности и ускоряя передачу данных.

Кроме этого, компании работают над устройствами с более чем тремястами активными слоями, применяя технику индуцированной металлической направленной кристаллизации, с никелевым геттерированием и прочими передовыми подходами. Заявляется, что эти решения позволяют снизить шумы при чтении на 40% и усилить проводимость канала в десять раз не снижая надёжности ячейки.

Благодаря чипам 3D X-DRAM, NEO Semiconductor надеется создать микросхемы памяти объёмом 128 Гб (16 ГБ) при 230 слоях, обеспечив 8-кратный прирост плотности, по сравнению с 2D DRAM чипами. В пресс-релизе компании говорится: «Память 3D X-DRAM от NEO Semiconductor является первой в своём роде структурой подобной 3D-NAND DRAM, основанной на безъёмкостной технологии с плавающим телом. Её можно производить по процессу, подобному современному 3D-NAND с необходимостью изменения лишь одной маски и отверстий линии данных, чтобы формировать ячеестую структуру внутри отверстий. Ячеестая структура упрощает шаги процесса и обеспечивает высокую скорость, плотностью и низкую стоимость при высокой степени выпуска годной продукции».

В будущем же, к 2035 году, разработчики ожидают выпустить чипы DRAM объёмом 1 Тб (256 ГБ). Большие планы, особенно учитывая, что сейчас новые компьютеры редко оснащаются более 16 ГБ памяти. А вот в отрасли машинного обучения, где требуются огромные объёмы ОЗУ, такое решение придётся как нельзя кстати.

В интервью с Алексом МакМулланом, техническим директором Pure Storage, издание Blocks & Files получило эксклюзивную информацию, что уже через три года компания планирует выйти на объёмы 300 ТБ.

Компания создала собственные SSD Direct Flash Module, в которых используется 3D-NAND-память и заказной контроллер. Такие накопители используются в системах FlashArray и работают под управлением специализированной ОС FlashBlade. Столь высокий уровень кастомизации позволяет компании создавать накопители значительных объёмов сейчас и в будущем, по мере развития технологии 3D-NAND.

В ближайшие годы производители 3D-NAND перейдут от современной 200-слойной памяти до 400/500-слойных чипов, поведя накопители на новые высоты. По мере развития технологии, компания Pure со своими картами DFM, используемыми с обычными коннекторами U.2 NVMe в специальном формате, смогут в дальнейшем развивать свои системы Pure FlashArray.

По сравнению с будущими HDD от Toshiba и Seagate, накопители Pure Storage DFM SSD предложат намного большую ёмкость и скорости чтения/записи. Сравнение возможностей накопителей разного типа можно увидеть на графике.

Этот ход ограничит возможности YMTC по приобретению нового оборудования и обслуживания существующего, ограничив дальнейшее развитие технологии памяти 3D-NAND-Flash и сократив объёмы производства.

Со временем позиции YMTC на рынке NAND-Flash будут ослабляться, особенно, если к санкциям присоединятся Япония и Нидерланды, производящие необходимое оборудование. Препятствия для YMTC окажутся огромными. Заменить американское оборудование китайским невозможно. Дополнительно, компании за пределами Китая будут опасаться применять память, произведенную YMTC, не желая попасть под возможные вторичные санкции. Это приведёт к тому, что компания будет выпускать продукцию лишь для внутреннего рынка. При этом аналитики считают, что уже в 2024 году YMTC будет вынуждена покинуть рынок 3D-NAND-Flash из-за невозможности конкурировать.

В ближайшее время YMTC ожидает технологический застой, который может разрушить рыночную долю компании и заставить её изучать новые рынки.