Память хранит по 2 бит в расчете на транзистор, а каждая микросхема вмещает до 16 Гбайт. Пробные партии модулей памяти, основанных на новой технологии, уже поставляются заказчикам.

О планах по налаживанию выпуска чипов флеш-памяти NAND с пространственной компоновкой в Toshiba объявили в прошлом году, для чего был заключен партнерский договор с SanDisk.

Samsung же — тоже в 2014 году — стала первой, кто пообещал массово производить 3D-чипы флеш-памяти, которую в корейской компании называют V-NAND. В микросхемах Samsung 32 слоя, но ячейки трехуровневые, хранящие по 3 бит в расчете на транзистор. То есть максимальная емкость чипа Samsung такая же, как у 48-слойной микросхемы Toshiba, 16 Гбайт.

Intel и Micron между тем объявили, что планируют выпустить 32-слойную пространственную флеш-память NAND.

С началом серийного производства 3D-чипов NAND станет возможным появление твердотельных накопителей емкостью больше 10 Тбайт, отметил Брайан Шерли, вице-президент по памяти и технологическим решениям Micron.

На базе пространственных чипов флеш-памяти можно будет выпускать платы расширения M.2 емкостью больше 3,5 Тбайт для планшетов старшего класса и сверхлегких ноутбуков. Что касается смартфонов, то новые чипы позволят без увеличения стоимости удвоить или даже утроить их максимальную емкость хранения, которая сейчас из-за ограничений обычной «плоской» NAND не превышает 128 Гбайт.

Как заявляют в Toshiba, 48-слойная память отличается улучшенной надежностью процесса записи и стирания, увеличенной скоростью записи и оптимально подходит как для твердотельных накопителей, так и для других применений.

Новую 48-слойную флеш-память в Toshiba могут выпускать по более старым технологическим процессам. Плоскую NAND в корпорации производят по технологии 15 нм, но дальнейшему уменьшению размеров транзисторов препятствуют ограничения, обусловленные усилением утечки электронов и ростом числа ошибок в данных.

Пространственную же память в Toshiba снова смогут выпускать посредством литографии с разрешающей способностью 30, 40 и даже 50 нанометров, сообщил Скотт Нельсон, старший вице-президент бизнес-подразделения Toshiba по памяти.

Наряду с улучшенной надежностью и производительностью у 3D-памяти Toshiba еще одно преимущество — меньшая стоимость. Чем плотнее память, тем меньше кремния требуется для ее производства. По словам Нельсона, после того как во втором квартале 2016 года начнется серийный выпуск микросхем, можно рассчитывать, что цены на флеш-память уменьшатся.

В Toshiba собираются повысить разрешающую способность литографии, чтобы предложить SSD гораздо большей емкости, чем сейчас, добавил Нельсон.

«Со временем мы планируем разработать процесс производства пространственной памяти NAND на трехуровневых ячейках», — сообщил он.

Серийный выпуск 48-слойных микросхем в Toshiba планируют организовать на новом заводе Fab2, который сейчас строится корпорацией, чтобы удовлетворить растущий спрос на флеш-память. Завершить строительство предполагается в первой половине 2016 года.

Как подчеркивают инженеры, в результате усовершенствования площадь чипов осталась прежней, но толщина выросла, совсем как на Манхэттене: когда место закончилось, там стали строить небоскребы.

Топ-менеджеры Intel и Micron подчеркивают, что многоярусная компоновка NAND позволит не только существенно увеличить емкость, но и снизить стоимость. Новая технология изготовления 3D-памяти NAND позволяет размещать ячейки друг над другом в 32 слоя. Емкость выполненного в стандартном корпусе чипа с многоуровневыми ячейками (хранящими по 2 бит в расчете на транзистор — Multi-Level Cell, MLC) составит 256 Гбит, а с трехуровневыми (3 бит на транзистор — Triple-Level Cell, TLC) — 384 Гбит.

Емкость накопителей, выполненных на таких микросхемах, будет втрое больше, чем у нынешних. Стандартный SATA-накопитель в формфакторе 2,5 дюйма будет вмещать до 10 Тбайт, а емкость накопителей M.2, используемых в большинстве ноутбуков, вырастет до 3,5 Гбайт.

«Технология 3D NAND способна спровоцировать тектонические сдвиги на рынке, — полагает Брайан Шерли, вице-президент по технологиям памяти и решениям Micron Technology. — Влияние, которое флеш-память сегодня оказала на целый ряд сегментов рынка, от смартфонов до суперкомпьютеров, это лишь верхушка айсберга возможностей».

Пробные партии новых микросхем уже выпускаются, и в Intel рассчитывают предложить продукты с 3D-памятью на продажу во второй половине года. Информацию о количестве циклов записи/стирания, выдерживаемых новыми чипами, разработчики не сообщают.

SSD оказали огромное влияние на мир ИТ, однако, несмотря на падение цен, по емкости они все еще отстают от традиционных жестких дисков. Но с переходом твердотельных накопителей на трехмерную память NAND они смогут превзойти винчестеры — по крайней мере, по емкости.

Новые твердотельные накопители Micron Technology — M600 — снабжены чипом, переключающим режим работы флэш-памяти между высоким быстродействием и высокой емкостью.

M600 — это SSD на флэш-памяти, изготавливаемой с помощью фотолитографии с разрешающей способностью 16 нм. Источник: Micron

M600 — это SSD на флэш-памяти NAND, изготавливаемой с помощью фотолитографии с разрешающей способностью 16 нм. До этого в Micron применяли техпроцесс 20 нм; как сообщают в компании, благодаря повышению плотности флэш-памяти цену за гигабайт удалось уменьшить до 45 центов.

Скорость последовательного считывания у M600 составляет 560 Мбайт/с, скорость записи — 510 Мбайт/с. Скорость считывания и записи в случайном порядке составляет 100 тыс. и 88 тыс. операций ввода-вывода в секунду соответственно.

SSD отвечает американским государственным стандартам защищенности за счет поддержки аппаратного шифрования данных по алгоритму AES с 256-разрядным ключом. Накопитель относится к классу «клиентских», то есть предлагается для установки в ноутбуки, нетбуки, рабочие станции и настольные ПК.

M600 выпускается в трех формфакторах: SSD 2,5 дюйма, карта mSATA и Memory Stick M.2. Последние два варианта доступны с емкостью 128 Гбайт (цена в США — 80 долл.), 256 Гбайт (140 долл.) и 512 Гбайт (260 долл.). SSD 2,5 дюйма помимо перечисленных емкостей также предлагается в терабайтном варианте за 450 долл. При заказе больших партий предоставляются скидки, сообщают в компании.

Хотя новый клиентский накопитель Micron — не самый дешевый на рынке, по цене он примерно соответствует продуктам потребительского класса. К примеру, SanDisk недавно выпустила твердотельный накопитель Ultra II, стоимостью за гигабайт у которого — около 44 центов. В нем используется флэш-память NAND на трехуровневых ячейках, то есть в каждой ячейке хранится по три бита — на сегодня это самая высокая плотность в отрасли. Но с ростом количества бит на ячейку увеличивается и вероятность ошибок, соответственно, требуются более сложные механизмы коррекции.

В Micron вместо повышения количества бит на ячейку и увеличения резервной емкости SSD воспользовались технологическим процессом с более высокой разрешающей способностью и снабдили накопитель микропрограммным обеспечением под названием Dynamic Write Acceleration, которое меняет режим работы ячеек между одноуровневым, в котором достигается максимальное быстродействие, и многоуровневым, в котором, в свою очередь, максимальна емкость.

«Накопитель динамически переключается между двумя этими режимами, — пояснил Джон Тэнгай, старший инженер по техническому маркетингу. — При записи новых данных для повышения быстродействия используется одноуровневый режим».

По его словам, быстрый первый уровень используется в качестве кэша переменного размера, что позволило отказаться от использования большой резервной емкости. «Данный метод дает возможность справляться со скачкообразными нагрузками, характерными для клиентских SSD, — отметил Тэнгай. — В отличие от последних, твердотельные накопители, используемые в центрах обработки данных, обычно нагружаются более равномерно».

Но из-за постоянного переключения режима работы флэш-памяти растет объем данных, которые нужно стирать и перезаписывать, — увеличивается эффект «усиления записи» (write amplification); при этом срок службы флэш-памяти сокращается.

Как утверждает Тэнгай, возрастание коэффициента усиления записи, обусловленное использованием Dynamic Write Acceleration, находится в «контролируемых пределах». По его словам, чтобы компенсировать усиление записи, накопитель активнее пользуется командой TRIM, благодаря чему блоки данных, отмеченные в качестве удаленных файловой системой, физически высвобождаются на SSD быстрее.

Благодаря совместному использованию TRIM и Dynamic Write Acceleration в Micron увеличили общий срок службы накопителей — чем больше емкость, тем он продолжительнее.

Предыдущий клиентский SSD компании позволял записать около 72 Тбайт до первых отказов, тогда как у самого вместительного из серии M600 этот показатель — в четыре с лишним раза больше. На накопители емкостью 128 Гбайт можно записать 100 Тбайт, на 256-гигабайтные — 200 Тбайт, на 512-гигабайтные — 300 Тбайт, а на терабайтный — 400 Тбайт, сообщают в компании.