Технология 3D NAND Flash

На мировом рынке систем хранения данных растет спрос на флэш-память NAND. Технология использовалась во многих разработках, не только в функциональных возможностях современных контроллеров флэш-памяти, но особенно в архитектуре 3D NAND. По мере того, как промышленный Интернет вещей (IIoT), автоматизированные предприятия, автономные транспортные средства и другие приложения, интенсивно использующие данные, продолжают набирать обороты, требования к хранению данных для этих приложений становятся все более сложными.

В интервью Лена Харман, менеджер по маркетинговым коммуникациям Hyperstone, признала, что флэш-память 3D NAND делает большой шаг вперед. Новая технология памяти добилась огромного прогресса в последние годы и предлагает интересную альтернативу устоявшимся технологиям памяти 2D NAND, используемым в твердотельных накопителях.

Контроллер флэш-памяти действует как система управления данными, когда дело доходит до передачи данных от хост-интерфейса (подключенного к системе) к флэш-памяти NAND. В зависимости от интерфейса / форм-фактора применимы разные протоколы такие как USB, SATA, CF PATA, SD.

3D-технология: плавающий затвор против технологии хранения заряда

Технология флэш-памяти 2D NAND обеспечивает быстрое время доступа, малые задержки, низкое энергопотребление, надежность и малые размеры. Подобные крупные технологические достижения направлены на снижение затрат за счет структурной миниатюризации. Однако технологический предел, достигнутый на 15 нм, поставил новые задачи появления ошибок при считывании данных и снизил надежность и целостность данных. Поэтому инновации движутся в направлении трехмерной флеш-памяти NAND (3D NAND) и увеличения количества бит на ячейку. Во флеш-памяти 3D NAND несколько слоев флеш-ячеек уложены в стопку.

3D NAND Flash

Технология памяти 3D NAND предлагает множество преимуществ как для поставщиков, так и для клиентов. Более высокая плотность памяти гарантирует, что поставщики флэш-памяти могут производить устройства с большей емкостью и большим объемом гигабайт на кремниевой пластине при том же выходе. 3D NAND — это технология хранения данных на флеш-памяти, которая включает в себя многослойную резку кремния, укладку ячеек памяти в стек для увеличения плотности и возможность размещения ячеек на каждом слое за счет уменьшения помех от соседних ячеек. Процесс производства 3D NAND также менее сложен, чем другие альтернативные технологии, поскольку он использует тот же материал, но с небольшими изменениями для производства простых NAND. На сегодняшний день стандартными стали два подхода: плавающий затвор и улавливание заряда.

При использовании метода плавающего затвора заряды накапливаются через электрически изолированный плавающий затвор, расположенный между каналом и управляющим затвором. В архитектурах с улавливанием зарядов заряды удерживаются в центрах захвата, которые состоят из слоя нитрида кремния.

Независимо от того, является ли используемая технология ловушкой заряда или плавающим затвором, данные, отправляемые из любой данной хост-системы во флэш-память NAND, должны управляться контроллером флэш-памяти. Вот почему высоконадежный контроллер является неотъемлемой частью высокопроизводительной системы. Трехмерная архитектура проложила путь для флэш-памяти высокой плотности, но приложения для хранения данных, основанные на этой технологии, теперь имеют растущую потребность в более высоких уровнях надежности и сохранении данных, достижимых только с помощью высокопроизводительного контроллера. В конечном счете, выбор контроллера флеш-памяти является ключом к достижению большей выносливости и долговечности.

Текущая 3D-архитектура использует до 176 слоев. Хотя в настоящее время не существует каких-либо строгих физических ограничений на количество слоев, для того, чтобы пойти намного дальше, может потребоваться комбинирование различных методов разработки для наложения трехмерных форм друг на друга. Развитие 3D-архитектуры за последнее десятилетие сделало флэш-накопители большой емкости более доступными в глобальном масштабе. Хотя эта технология принесла много преимуществ в плане производительности, долговечности и способности сделать ячейки с более высокой плотностью (TLC, QLC) более надежными, она также сочетается со сложными и невероятно дорогими производственными процессами.

Контроллеры Flash

Контроллер обеспечивает интерфейс между хостом и флеш-памятью NAND с использованием стандартных интерфейсов. Семейство контроллеров флэш-памяти Hyperstone U9 вместе с предоставленным микропрограммным обеспечением предлагает простое в использовании готовое решение для промышленных, высокопрочных и надежных флэш-накопителей или модулей, совместимых с хост-системами с интерфейсом USB 3.1 SuperSpeed ​​5 Гбит/с. Функция исправления ошибок в контроллерах памяти Hyperstone основана на запатентованной технологии FlashXE (eXtended Endurance).

FlashXE реализует исправление ошибок на основе кодов Бозе-Чаудхури-Хоквенгема (BCH), а контроллеры также имеют вспомогательный модуль исправления ошибок, который использует обобщенные конкатенированные коды (GCC), обеспечивая современное исправление ошибок, сопоставимое с LDPC (Low Density). Код четности). Когда твердотельный накопитель реализован с дискретными компонентами непосредственно на главной печатной плате, этот подход известен как Disk on Board (DoB). Подход DoB идеален для встраиваемого хранилища. Он также имеет множество преимуществ, которые делают его привлекательным в других сценариях использования.

Источник: www.eetimes.eu