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全球首款超過200層固態(tài)存儲芯片問世:密度提升43%,性能翻倍

 weimiao 2022-07-27 發(fā)布于安徽

機器之心報道

編輯:澤南、蛋醬

美光帶來了業(yè)界最高固態(tài)存儲密度,單個 NAND 芯片封裝高達(dá) 2 TB 數(shù)據(jù)。

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存儲芯片大廠美光(Micron)近日宣布,其 232 層 NAND 閃存芯片已實現(xiàn)量產(chǎn)。這也是全球首款突破 200 層大關(guān)的固態(tài)存儲芯片。

一些競爭對手目前正在提供 176 層技術(shù),有些廠商表示他們正在緊隨此步伐,或者已經(jīng)有了超過 200 層的工程樣品。

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與競爭對手的芯片相比,全新美光技術(shù)將每單位面積存儲的比特密度增加了一倍,每平方毫米封裝 14.6 Gbit。這一密度相比自家的 176L NAND 提升了約 43%,比競爭對手的 TLC 產(chǎn)品高 35% 到 100%。

更高的密度使美光最終能夠生產(chǎn)出自己的第一款 1Tbit TLC 裸片,從產(chǎn)品化的角度來看,這意味著美光現(xiàn)在還可以通過堆疊 16 個 232L 裸片來生產(chǎn) 2TB 芯片封裝。這對于 SSD 容量來說是個好消息,高端 SSD 容量通常受到可放置封裝數(shù)量的限制。

與此同時,美光也在研究其芯片封裝的尺寸,因此雖然更大的容量意味著芯片尺寸逐代增加(根據(jù)美光的密度數(shù)據(jù),估計約為 70.1mm^2),該公司仍然將新一代芯片封裝縮小了 28%。因此,單芯片封裝從 12mm x 18mm (216mm^2) 縮小到了 11.5mm x 13.5mm (~155mm^2)。對于美光的下游客戶來說,這是一個好消息。

美光表示,1 TB 芯片可被放置在 2 TB 的封裝中,每個封裝的邊長都不超過一厘米,可以存儲時長大約兩周的 4K 視頻(340 小時)。

除密度改進(jìn)之外,最新一代美光 NAND 還提升了數(shù)據(jù)傳輸速度。這里最重要的是,美光將其 NAND 裸片內(nèi)的 plane 數(shù)量從 4 個增加到 6 個,進(jìn)一步提高了每個裸片內(nèi)可用的并行度。4 plane 設(shè)計在上一代 NAND 中變得很普遍,隨著 NAND 密度的增長,plane 數(shù)量也在增加,以便傳輸速率跟上更高密度。美光已確認(rèn) 232L NAND 中的 plane 提供獨立讀取能力。

這種并行性的提高以及內(nèi)部傳輸速率的提高,使美光能夠大幅提高其每塊芯片的讀寫速度。該公司稱,與 176L 代 NAND 相比,新芯片讀取速度提高了 75% 以上,同時寫入速度翻了一番。

此外,美光還強調(diào) 232 層堆棧的 3D NAND Flash 將比上一代產(chǎn)品功耗更低,使用在低功耗產(chǎn)品上更具節(jié)能優(yōu)勢。

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據(jù) IDC 報道,2021 年,全球產(chǎn)生了 81 萬億 TB 的數(shù)據(jù)(或 81 ZB),IDC 預(yù)測到 2026 年這個數(shù)字將達(dá)到 221 ZB,「存儲必須創(chuàng)新才能跟上步伐,」美光數(shù)據(jù)中心存儲副總裁 Alvaro Toledo 表示。

將存儲芯片升級到 232 層是美光已部署的許多技術(shù)的組合和擴展。要理解其中的意義,你需要了解 3D NAND 閃存的基本結(jié)構(gòu)和功能。這些存儲芯片本身由底層的 CMOS 邏輯和其他電路組成,這些電路負(fù)責(zé)控制讀寫操作以及盡可能快速有效地在芯片內(nèi)外獲取數(shù)據(jù)。

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在 CMOS 上方是一層又一層的 NAND 閃存單元。與其他設(shè)備不同,閃存單元是垂直構(gòu)建的。它們從一個(相對)深而窄的孔開始,通過導(dǎo)體和絕緣體的交替層蝕刻。然后用材料填充孔并加工形成器件的比特存儲部分??煽康匚g刻和填充穿過所有這些層的孔的能力是該技術(shù)的關(guān)鍵限制。美光的工藝不是一次性蝕刻所有 232 層,而是將它們分成兩部分,然后再進(jìn)行堆疊,新產(chǎn)品的 116 層高于上一代的 88 層。

「這是一項驚人的工程壯舉,」Alvaro 說道。「這是我們克服的最大挑戰(zhàn)之一?!?/span>

根據(jù) Toledo 的說法,未來的 NAND 芯片會是一條通往更多層的道路?!缚隙ù嬖谔魬?zhàn),但我們還沒有看到這條路的盡頭」他表示。

除了添加越來越多的層數(shù)之外,NAND 閃存制造商還可以將多個存儲比特打包到單個設(shè)備中,以此提高存儲比特的密度。美光芯片的每個存儲單元都能夠?qū)⒚芏忍嵘吨?。也就是說,每個單元中存儲的電荷會產(chǎn)生足夠的效應(yīng)來辨別八種不同的狀態(tài)。雖然目前每單元 3 比特的產(chǎn)品(TLC)占據(jù)大多數(shù),但也有一些 4 比特的產(chǎn)品存在(QLC)。

今年早些時候,西部數(shù)據(jù)的研究人員在 IEEE 國際固態(tài)電路會議上展示了一款 QLC 芯片,在 162 層芯片中實現(xiàn)了 15 Gb/mm^2 的面密度。Kioxia(鎧俠)的工程師上個月在 IEEE 超大規(guī)模集成電路技術(shù)和電路研討會上還展示了一個每單元 7 比特的產(chǎn)品,但它需要將芯片浸入 77 開爾文(-196 攝氏度)的液氮中。選擇這種溫度異常低的環(huán)境,是為了減少數(shù)據(jù)讀取噪聲。

美光正在推動 232L NAND 作為 176L NAND 的全棧替代品——該公司認(rèn)為新產(chǎn)品適用于從移動和物聯(lián)網(wǎng)到 PC 和數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品的所有領(lǐng)域。美光稱,新的 NAND 已經(jīng)開始交付特定客戶,首先是自家 Crucial 英睿達(dá) SSD 產(chǎn)品,今年晚些時候新產(chǎn)品將進(jìn)一步增加產(chǎn)量,幾個月后,我們就可以在消費市場上看到新版 SSD 固態(tài)硬盤了。

美光目前沒有宣布任何新的 Crucial 產(chǎn)品,這或許意味著 Crucial 將在現(xiàn)有產(chǎn)品中部署新的 NAND,因此人們需要關(guān)注新產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。

參考內(nèi)容:

https://spectrum./micron-is-first-to-deliver-3d-flash-chips-with-more-than-200-layers

https://www./show/17509/microns-232-layer-nand-now-shipping

https://www./news/micron-takes-lead-with-232-layer-nand-up-to-2tb-per-chip-package

https://www./products/nand-flash/232-layer-nand

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