CMOS-Under-Array-Design 176-Layer-QLC-Flash: Erste 2-TByte-SSD im M.2-2230-Format

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176-Schichten, dünn wie ein Blatt Papier: Auf Basis eines CMOS-Under-Array-Designs hat Micron QLC-NAND-Flash-Chips mit hoher Speicherdichte entwickelt. Sie verhelfen einer nur 22 mm x 30 mm kleinen NVMe-SSD zu einer Speicherkapazität von 2 TByte.

Vor etwas mehr als einem Jahr hat Micron Technology (Micron) den weltweit ersten 176-Layer-NAND-Flash-Speicherbaustein mit Triple-Level-Cells (TLC) vorgestellt. Diese können jeweils drei Spannungspotenziale unterscheiden und entsprechend drei Bit speichern. Nun geht das Unternehmen den nächsten Schritt und setzt bei gleicher Schichtenanzahl Quadruple-Level-Cells (QLC) ein – und steigert so die Speicherdichte um ein Drittel.

Da QLC vier unterschiedliche Spannungspegel sicher unterscheiden muss, sind die Schreib- und Lesevorgänge aufwendig. Hinzu kommt, dass pro Bit weniger Ladungsträger zur Verfügung stehen, was sich nachteilig auf die Haltbarkeit des Speichers auswirkt. Mit ausgeklügelten Wear-Leveling-Verfahren lässt sich dies jedoch in den Griff bekommen, so dass die Speicher ausreichend robust sind für typische Endkunden-Anwendungen mit eher geringen Schreibaufkommen. Micron traut seiner Technik offenbar mehr zu und nennt explizit auch Rechenzentrumumgebungen als möglichen Einsatzort.

CMOS-Under-Array-Design spart Platz

Mit seiner verwendeten Replacement-Gate-Architektur soll dies der erste und bislang einzige QLC-Flash-Speicher für die Massenproduktion sein, der die „Ladungsfallen“ (Charge Traps) im Siliziumsubstrat mit einem CMOS-Under-Array-Design kombiniert. Dies verringert den Flächenbedarf erheblich und sorgt so für Kostenvorteile. Micron erwartet, dass diese Verbesserungen die Verbreitung von QLC-SSDs auf dem Client-PC-Markt vorantreiben, der bis 2023 voraussichtlich eine Verdreifachung der QLC-Verbreitung auf über 35 % und bis 2025 einen Bit-Anteil von fast 80 % erreichen wird.¹

Erste SSDs (Solid State Discs) auf Basis der neuen Chips laufen laut Micron bereits in der Serienfertigung vom Band. Konkret führt das Unternehmen derzeit die Serie 2400 ein – eine preiswerte Mainstream-NVMe-SSD, die mit dem Schnittstellenstandard PCIe Gen4 arbeitet. Gegenüber der Vorgänger-Generation konnte Micron die Stromaufnahme nach eigenen Angaben um 50 Prozent senken.

2 TByte im M.2-2230-Kleinformat

Die 2400-SSD ist laut Hersteller die weltweit einzige M.2-SSD mit 2 TByte Speicherkapazität in den Maßen 22 mm x 30 mm. Dieser Formfaktor reduziert den benötigten Platz um 63 % im Vergleich zu einer M.2 in 22 mm x 80 mm. Damit ist es besonders für kleine, mobile Laptop-Konstruktionen geeignet. Die M.2 ist auch in den Größen 22 mm x 42 mm und 22 mm x 80 mm erhältlich, die alle mit einer einheitlichen Firmware ausgestattet sind, um den Aufwand bei der technischen Konfiguration zu minimieren.

Nach eigenen Angaben erreicht die 2400-SSD eine 33 % höhere Ein-/Ausgabegeschwindigkeit² und eine um 24 % niedrigere Leselatenz³ als die Vorgängergeneration. Mit den Produkten zielt Micron auf Endkunden, die viel Speicherplatz und eine hohe Performance benötigen. Der neue 176-Layer-QLC-NAND wird auch in ausgewählte Micron Crucial Consumer-SSDs integriert und als Komponente für Systementwickler erhältlich sein.

Jeremy Werner, Corporate Vice President und General Manager von Microns Storage Business Unit, geht davon aus, „dass die neue 2400 PCIe Gen4 SSD die Einführung von QLC in Client-Geräten erheblich beschleunigen wird, da die Technik breitere Designoptionen und erschwinglichere Kapazitäten ermöglicht.“

Informationen

[1] Forward Insights, SSD Insights, 11/2021

[2] ONFI 4.x – 1600 MT/s vs. 1200 MT/s

[3] Im Vergleich zur vorherigen Generation von Microns 96-Layer-QLC-NAND

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