Przyszłość technologii NAND

Ilość danych cyfrowych rośnie w fenomenalnym tempie, ponieważ urządzenia mobilne stają się coraz mocniej obecne w naszym codziennym życiu, a dodatkowo też różnorodne rozwiązania cyfrowe wciąż zastępują tradycyjne systemy (np. bilety). Wraz z pojawieniem się technologii 5G, zaobserwować może niezmienny, wykładniczy wzrost globalnego zapotrzebowania na dane i metody ich przechowywania. Szacuje się, że do 2025 r. światowa ilość danych wzrośnie o 61%, do oszałamiającej liczby 175 zettabajtów. Eksplozja danych przesuwa obecną technologię pamięci do granic możliwości. Firma Samsung odpowiada na te potrzeby, tworząc bardziej efektywne rozwiązania pamięci, dzięki najnowocześniejszej 4-bitowej technologii NAND (V-NAND). Ta przełomowa trójwymiarowa struktura technologii V-NAND, oferująca przy tym ogromną pojemność, stanowi niezawodną podstawę do spełnienia obecnych i przyszłych wymagań oraz zapotrzebowania, dotyczących danych. Ograniczenia klasycznych („płaskich”) technologii NAND Pojemność dysku flash NAND zależy od liczby komórek w układzie. Do niedawna, producenci koncentrowali się na tworzeniu coraz mniejszych komórek, dla płaskiej struktury NAND, w której komórki pamięci są umieszczone obok siebie, w jednej warstwie matrycy, w jednej płaszczyźnie. W ciągu zaledwie 15 lat rozmiar komórki zmniejszył się ze 120 nm, do 19 nm, a pojemność wzrosła 100 razy. Zmniejszenie wielkości komórki powoduje jednak szereg problemów technicznych. Jednym z nich foto-litografia. Obecny proces tworzenia obwodu, ostatecznie osiągnie swój limit, co oznacza, że ogniw nie da się już bardziej skurczyć. Po drugie, gdy komórki pamięci spadną poniżej 20 nm, znacznie zwiększa się ryzyko wycieku ładunku elektrycznego z jednej komórki do drugiej. Ta interferencja między komórkami może powodować uszkodzenie danych, drastycznie obniżając niezawodność pamięci flash. V-NAND – rozwiązanie pamięciowe nowej generacji Technologia V-NAND firmy Samsung została zaprojektowana w celu przezwyciężenia ograniczeń technologii płaskiej, zwiększając wydajność, bez zmniejszania niezawodności. Zamiast próbować wcisnąć więcej komórek w coraz mniejszy obszar, technologia V-NAND buduje warstwy pionowo, układając matryce komórek jedna na drugiej. Struktura V-NAND jest możliwa dzięki innej technologii: Channel Hole. Łączy komórki za pomocą cylindrycznego kanału i pozwala na ułożenie ponad 100 warstw komórek. Rezultatem tego jest znacznie większa gęstość komórek. Podczas gdy planarna konstrukcja NAND oferuje maksymalną gęstość komponentu na poziomie 128 Gb, struktura V-NAND rozszerza ten limit do 1 Terabita (Tb). Oprócz swojej innowacyjnej struktury, V-NAND wykorzystuje także jeszcze jedną technologię: Charge Trap Flash (CTF). Służy ona do eliminowania interferencji między komórkami. Wprowadzając do komórek nieprzewodzącą warstwę azotku krzemu, technologia CTF sprawia, że technologia V-NAND jest odporna na wycieki ładunku elektrycznego i uszkodzenie danych. Ponieważ pamięć w technologii V-NAND nie musi już zapobiegać uszkodzeniom danych spowodowanym upływem prądu, systemy pamięci flash mogą uruchamiać wydajniejsze algorytmy programowe. Uproszczone algorytmy z kolei pozwalają pamięci flash zapisywać dane nawet dwa razy szybciej, niż planarna pamięć flash NAND, jednocześnie znacznie zmniejszając zużycie energii. Dzięki zmniejszonemu polu elektrycznemu i doskonałemu rozkładowi napięcia, unikalna struktura V-NAND sprawia, że rozwiązanie pamięciowe jest bardziej trwałe i mniej podatne na błędy. Nowy standard wydajności Dyski SSD oparte na V-NAND ewoluowały od momentu ich wprowadzenia w 2013 roku. Niedawne zaprezentowanie dysku SATA SSD 250 GB, z technologią pamięci V-NAND szóstej generacji, stanowi kolejny znaczący kamień milowy w rozwoju tej technologii. Nowe dyski bazujące na V-NAND szóstej generacji mają 136 warstw, co zwiększa liczbę komórek o około 40 procent w porównaniu do poprzedników. Aby zminimalizować błędy i opóźnienia odczytu, które zwykle wiążą się ze wzrostem wysokości, Samsung zastosował nową konstrukcję obwodu zoptymalizowaną pod kątem prędkości, która umożliwia przesyłanie danych poniżej 450 mikrosekund (μs) dla operacji zapisu i poniżej 45 μs dla odczytu (pomiary w warunkach typowych). W porównaniu do poprzedniej generacji, mamy tu wzrost szybkości o około 10%, ale też mniejsze zużycie energii o około 15%. Dzięki V-NAND szóstej generacji liczba otworów w kanałach wymaganych dla układu 256 Gb spadła z 930 do 670 milionów, zwiększając wydajność produkcji o około 20 procent. Przyszłość Technologia V-NAND firmy Samsung została zaprojektowana, aby pokonać ograniczenia tradycyjnych rozwiązań pamięciowych. Stanowić ma tym samym klucz do uwolnienia potencjału naszego świata opartego na danych. Postępy dokonane w V-NAND szóstej generacji pozwolą Samsungowi zrobić kolejny krok w kierunku poprawy technologii pamięci. Mowa tu o kolejnym dużym kroku, w jaki uderza producent. Kolejne pamięci V-NAND mają bowiem być zbudowane z nawet 300 warstw, co niewiarygodnie zwiększy pojemność kości pamięciowych i dysków SSD. Od pojemności po wydajność, rewolucyjna technologia flash doskonale nadaje się do dzisiejszych i przyszłych wymagań dotyczących danych.