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NAND进化史:提升存储密度是王道

发布者: czwhehehe | 发布时间: 2017-6-17 20:12| 查看数: 156| 评论数: 0|帖子模式

2016年,NAND的存储密度首超磁介质达到1.69Tb/in2(Tb每平方英寸),而磁介质密度则为1.3Tb/in2。值得注意的是,NAND的存储密度仍然呈现高速增长的趋势,2017年将达到2.77Tb/in2,持续拉大与磁介质的差距。调研机构公布的结果(如下图)可以清晰的看到NAND的优势。

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NAND与磁介质存储密度发展

2D-NAND时代,MLC成就了企业级固态硬盘

NAND在存储密度发展能够一直在快车道上主要取决于三个关键因素。首先要说的是Cell的种类,按照每个cell能存储的bit数分为SLC、MLC、TLC和QLC几种,其中QLC(每个存储单元存储4bit)还在研究阶段,没有进入市场,本文不再加入讨论。

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SLC、MLC及TLC特性对比(均为2D-NAND)

SLC虽然耐擦写能力等指标都明显优于其他两种Cell,但是由于成本过高并没有得到大规模应用。在2D-NAND时代,MLC在耐擦写能力、出错率等特性上取得了非常好的平衡,加上ECC、磨损均衡等一系列核心技术的支持,采用MLC的SSD能够应对绝大多数企业级应用场景,而最终成为数据中心中SSD配备最广泛的NAND。

制程缩减遇到瓶颈,3D-NAND破局

NAND的制程是另一个影响NAND存储密度的关键因素。2D NAND从早期50多nm到19nm,最后发展到了16/15nm。每次制程的升级都将NAND存储密度提升到新的高度,但是NAND闪存的制程工艺是双刃剑,容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降,因为工艺越先进,NAND的氧化层越薄,可靠性也越差,厂商就需要采取额外的手段来弥补,但这又会提高成本,以致于达到某个点之后制程工艺已经无法带来优势了。

最后也是非常重要的就是3D-NAND的出现。2D-NAND制程上的瓶颈催生了3D-NAND技术的出现。简单的说3D-NAND就是通过堆叠方法提高存储密度,其与2D-NAND的区别类似高楼大厦与平房的区别。2015年Samsung、Toshiba、Micron和SK Hynix 3D NAND开始大量上市3D NAND。3D NAND从2013年开始24层逐渐发展为32层,到今年的48和64层,预计明年达到96或者128层。

就NAND本身而言,当前存储密度最高的无疑是3D-TLC,而在这个基础上堆叠更多层和缩减制程是两个重要的方向。下面是四大NAND厂商的3D-TLC产品。

Micron B0KB 3D TLC 384Gb;

Toshiba 3D BiCS2 TLC 256Gb ;

SK Hynix 3D-v3 TLC 256Gb ;

Samsung 3D-v2 TLC 256Gb。

3D-NAND未来初探

当下NAND市场的状态如何呢?最新研究显示,随着下半年各家原厂最新64层堆栈的3D-NAND Flash产能开出,在三星及美光等领头羊带领下,预估第三季3D-NAND Flash产出比重将正式超越50%,成为 NAND Flash市场的主流制程。经过数年的技术积累,2017年迎来了NAND从2D到3D过渡的拐点。

3D-TLC存储密度大,但是相比MLC,出错率更高,必须要有更高效、纠错能力更强的技术支持,这就是LDPC(Low Density Parity Check Code,低密度奇偶校验码)。那么LDPC的秘密在哪?这将是下篇文章(LDPC填3D NAND的坑)所要讲的内容了。

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