制造商推動3D NAND閃存的進一步發(fā)展

全球存儲市場對NAND 閃存的需求不斷增長。這項技術(shù)已經(jīng)通過許多發(fā)展得到滿足，不僅體現(xiàn)在當今閃存控制器的功能上，尤其是通過 3D NAND 架構(gòu)。隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT）、智能工廠、自動駕駛汽車和其他數(shù)據(jù)密集型應用程序的不斷發(fā)展，這些苛刻應用程序的數(shù)據(jù)存儲要求變得更具挑戰(zhàn)性。

Hyperstone 的營銷傳播經(jīng)理 Lena Harman 在接受采訪時承認，3D NAND 閃存正在向前邁出一大步。近年來，新的內(nèi)存技術(shù)取得了巨大的進步，為 SSD 中使用的已建立的 2D NAND 內(nèi)存技術(shù)提供了一個有趣的替代方案。

“NAND 閃存存儲正在全球范圍內(nèi)接管數(shù)據(jù)存儲，”Harman 說?！八鲗е覀兊奈磥?，推動著新的發(fā)展，并在過去的二十年里實現(xiàn)了強勁的增長。對更高容量的持續(xù)需求已影響 NAND 閃存制造商優(yōu)化其工藝以使每個單元能夠存儲更多位并縮小特征尺寸。雖然我們現(xiàn)在擁有可以緩解一些挑戰(zhàn)的 3D 架構(gòu)。NAND 閃存“沒有大腦”，并且具有固有的缺陷，這就是為什么它需要一個閃存控制器來管理數(shù)據(jù)傳輸帶來的所有復雜性。”

在將數(shù)據(jù)從主機接口（連接到系統(tǒng)）傳輸?shù)?NAND 閃存時，閃存控制器充當中間人/數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。根據(jù)接口/外形尺寸，閃存控制器在其設計中必須考慮不同的協(xié)議才能正常運行，這就是我們?yōu)椴煌涌冢ɡ?USB、SATA、CF PATA、SD）開發(fā)許多不同控制器的原因。

3D 技術(shù)：浮柵與電荷陷阱技術(shù)

2D NAND 閃存技術(shù)具有快速訪問時間、低延遲、低功耗、穩(wěn)健性和小外形尺寸。這些重大技術(shù)進步旨在通過結(jié)構(gòu)小型化降低成本。然而，在 15nm 達到的極限在數(shù)據(jù)讀出期間的錯誤以及降低的魯棒性和數(shù)據(jù)完整性方面提出了新的挑戰(zhàn)。因此，創(chuàng)新正朝著三維 NAND 閃存 （3D NAND） 的方向發(fā)展，并增加了每個單元的位數(shù)。在 3D NAND 閃存中，多層閃存單元堆疊在一起。

3D NAND閃存

3D NAND 存儲器技術(shù)為供應商和客戶提供了眾多優(yōu)勢。更高的內(nèi)存密度確保閃存供應商可以在相同產(chǎn)量的情況下在硅晶片中生產(chǎn)出容量更高、千兆字節(jié)更多的設備。3D NAND 是一種閃存數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，涉及多層硅切割、堆疊存儲單元以增加密度，并通過減少來自相鄰單元的干擾允許單元跨越每一層。與其他替代技術(shù)相比，3D NAND 的生產(chǎn)過程也沒有那么復雜，因為它使用相同的材??料但稍作修改即可生產(chǎn)簡單的 NAND。迄今為止，兩種方法已成為標準：浮動柵極和電荷捕獲。

使用浮柵方法，電荷通過位于溝道和控制柵之間的電隔離浮柵存儲。在電荷俘獲架構(gòu)中，電荷被保持在由一層氮化硅組成的俘獲中心內(nèi)。

無論使用的技術(shù)是電荷陷阱還是浮柵，從任何給定主機系統(tǒng)發(fā)送到 NAND 閃存的數(shù)據(jù)都需要由閃存控制器管理。這就是為什么高度可靠的控制器是高性能系統(tǒng)不可或缺的一部分。3D 架構(gòu)為高密度閃存開辟了道路，但基于該技術(shù)的存儲應用現(xiàn)在對更高級別的可靠性和數(shù)據(jù)保留的需求越來越大，這只能通過高端控制器實現(xiàn)。歸根結(jié)底，閃存控制器的選擇是實現(xiàn)更高耐用性和壽命的關(guān)鍵。

當前的 3D 架構(gòu)使用多達 176 層。盡管目前似乎對層數(shù)沒有任何嚴格的物理限制，但比這更進一步可能需要結(jié)合不同的開發(fā)方法來將 3D 模具堆疊在一起。過去十年中 3D 架構(gòu)的發(fā)展使大容量閃存驅(qū)動器在全球范圍內(nèi)更容易實現(xiàn)。雖然這項技術(shù)在性能、壽命和使更高密度電池（TLC、QLC）更可靠的能力方面帶來了許多優(yōu)勢，但它也與復雜且極其昂貴的制造工藝相結(jié)合。

閃存控制器

控制器使用標準接口提供主機和 NAND 閃存之間的接口，但沒有物理連接器所需的成本和空間。Hyperstone U9 系列閃存控制器與提供的固件一起，為工業(yè)、高耐用性和強大的閃存驅(qū)動器或模塊提供了一個易于使用的交鑰匙解決方案，該驅(qū)動器或模塊與具有 USB 3.1 SuperSpeed 5 Gbps 接口的主機系統(tǒng)兼容。Hyperstone 內(nèi)存控制器中的糾錯功能采用稱為 FlashXE（eXtended Endurance）的專有技術(shù)。

FlashXE 基于 Bose-Chaudhuri-Hocquenghem （BCH） 碼實現(xiàn)糾錯，并且控制器還具有一個輔助糾錯模塊，該模塊使用通用級聯(lián)碼 （GCC） 提供與 LDPC（低密度奇偶校驗碼）。當固態(tài)驅(qū)動器直接在主機 PCB 上使用分立元件實現(xiàn)時，這種方法稱為板上磁盤 （DoB）。DoB 方法是深度嵌入式存儲的理想選擇。它還具有許多優(yōu)點，使其在其他使用場景中具有吸引力。使用分立元件代替成品降低了總成本，并使制造商能夠完全控制物料清單 （BoM）。

審核編輯：郭婷