Flash-Speicher aufgestockt
3D-Flash-Speicher geben Gas
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Standardisierte Speicherbauformen
Entwickelt sich die Technologie weiter, entstehen neue Anwendungen. Um Interoperabilität zu gewährleisten, werden Standards definiert, aktualisiert und in einigen Fällen ersetzt. Bei Flash-Speicher herrschen zwei wesentliche Standards vor, mit denen sich die Vorteile des neuen NAND-Flash nutzen lassen:
eMMC (Embedded MultiMediaCard) deckt die zahlreichen Anwendungen rund um die Konsumelektronik ab. Dazu gehören Smartphones, Tablets, Server, Drucker, Navigationssysteme. Systeme mit eMMC enthalten den Flash-Speicher und einen Flash-Controller. Damit wird der Host-Prozessor von der Speicherverwaltung auf der unteren Ebene befreit. Dies sorgt für vereinfachte Schnittstellen und schnellere Entwicklungszeiten und die freigewordene Prozessorkapazität kann für anwendungsbezogene Aufgaben verwendet werden.
eMMC ist eine praktikable, kostengünstige Lösung für Mobilgeräte und andere platzbeschränkte Anwendungen. Seit Kurzem kommt die Technik auch jenseits der Konsumelektronik in Automotive- und Industrie-Anwendungen zum Einsatz. Um die Vorteile von 3D-NAND für hochleistungsfähige Mobil-, Automotive- und Industrie-Anwendungen mit hoher Speicherkapazität vollständig nutzen zu können, ist jedoch ein Übergang auf einen anderen Standard erforderlich: UFS.
UFS (Universal Flash Storage) beruht auf dem SCSI-Architekturmodell und kommt vor allem in Embedded- und austauschbarem Flash-Speicher in Smartphones und Tablets zum Einsatz. Ein wesentliches Merkmal von UFS ist die hohe Effizienz. Der Stromverbrauch im aktiven Zustand ist gering und fällt im Leerlauf auf nahezu Null. Zusammen mit den Spezifikationen für mobile Schnittstellen, wie sie von der MIPI Alliance entwickelt wurden, steht damit eine äußerst stromsparende Architektur für Mobilgeräte zur Verfügung. Mit SCSI als Basis unterstützt UFS – im Gegensatz zu anderen Systemen – mehrere Befehle, Befehlswarteschlangen und Multi-Thread-Programmierung.
Der wesentliche Unterschied zwischen eMMC und UFS ist die Leistungsfähigkeit. eMMC unterstützt Halbduplex, d.h. der Host kann den Speicher lesen und beschreiben – aber nicht gleichzeitig. UFS unterstützt hingegen Vollduplex, wobei der Host gleichzeitig lesen und schreiben kann. UFS kann daher die Vorteile des neuen 3D-NAND wesentlich besser nutzen. Die neueste UFS-Version 2.0 verdoppelt die Bandbreite von 300 Mbit/s auf 600 Mbit/s. Zusammen mit Multilane-Support lassen sich damit Datenübertragungsraten von 1,2 Gbit/s erzielen.
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Schnell wachsende Speicherkapazität
Toshibas erster handelsüblicher BiCS-Speicherbaustein war ein 48-lagiger 3D-NAND-Chip mit 128 Gbit (16 GB), der im März 2015 vorgestellt wurde. Gegen Ende 2015 folgte der weltweit erste 48-lagige BiCS-Flash-Speicher mit 256 Gbit bzw. 32 GB, der auf einer TLC-Technologie (Triple-Level Cell) mit 3 Bits pro Zelle basiert. Durch diese Neuerung wird BiCS-TLC-Flash genauso zuverlässig, wie es von eMMC/MLC-NAND-Flash erwartet wird. Eine dritte Generation und damit ein 64-lagiger BiCS-TLC-Flash wird Anfang 2017 zur Verfügung stehen. 4-bit-QLC-Varianten werden danach vorgestellt.
Der neueste Baustein basiert ebenfalls auf TSV-Technologie und bietet damit den geringen Stromverbrauch sowie die hohe Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit, die zuvor beschrieben wurde. Der 256-Gbit-Speicher eignet sich für zahlreiche Anwendungen wie Tablets, Speicherkarten, Enterprise-/Consumer-SSDs und Smartphones.
Um die neuen Prozesse umzusetzen und die hohe Nachfrage für hochkompakte 3D-NAND-Flash-Speicher zu erfüllen, wird Toshiba weiterhin hohe Investitionen für seine Fertigungsstätten und Infrastruktur tätigen. Im Einklang mit zuvor angekündigten Plänen wird das Unternehmen eine neue Wafer-Fabrik neben dem bestehenden Werk in Yokkaichi (Mie-Präfektur/Japan) bauen.
3D-NAND ist für die Zukunft gerüstet und stellt eine Technologie mit wenigen Einschränkungen dar. Embedded-Flash-Speicher mit Kapazitäten bis zu 1 TB sind zukünftig möglich. Robuste Versionen eignen sich für Automotive-Anwendungen und befinden sich bereits in Planung.
Der Autor
| Axel Stoermann |
|---|
ist General Manager Memory Technical Marketing and Application Engineering bei Toshiba Electronics Europe.
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