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BiCS5. Schalten Sie um!

20. Juni 2022, 10:00 Uhr | Simone Schiller
BiCS5. Schalten Sie um!
© altec CS

BiCS5 – warum ist ein Wechsel jetzt erforderlich? Welche Risiken vermeide ich und welche Vorteile kann ich nutzen? Zuverlässigkeit, Performance, Versorgungssicherheit und Preisvorteile? Wenn die Rahmenbedingungen unsicher sind, schalten Sie um auf Zukunftssicherheit!

Der Speicherspezialist altec CS bietet jetzt die neuen SSD Serien basierend auf dem Kioxia BiCS5 3D NAND Chip. In mehreren Serien sind Produkte mit den Interfaces SATA, PCIe, SD, USB und eMMC für diverse industrielle Anwendungen verfügbar.

Besondere Anforderungen spezieller Applikationen, wie z.B. Data Logger, Bootmedium oder Massenspeicher, werden durch Abstimmung von NAND Chip, Controller und Firmware von Spezialisten der altec CS, durch persönliche Beratung und FLASH-PROFILING, analysiert und optimal bedient.

Aber was steckt hinter BICS5? Warum werden Produkte basierend auf diesem Chip genau jetzt wichtig?

Inhaltsverzeichnis:

  • Was zeichnet BiCS5 aus?
  • 3D NAND vs. planarem NAND
  • Warum wurde 3D NAND entwickelt?
  • Warum muss ich jetzt auf ein BiCS5-Produkt wechseln?
  • BiCS5 Vorteile: Technik und Verfügbarkeit

Was zeichnet BiCS5 aus?

Der BiCS5, die 5. Generation Kioxia`s 3D NAND Technologie. Die 112-Layer-Architektur des BiCS5 punktet mit höheren Speicherdichten bei gleichzeitiger Verdoppelung der nativen Perfomance im Vergleich zum industriellen Vorgänger. Die Kosten pro GB werden signifikant günstiger.

Als industrieller Nachfolger, wird der BiCS5 Kioxia`s dritte Generation (BiCS3) ablösen. Im 3D TLC Mode erreichen BiCS5-Produkte eine Endurance von 3.000 Schreib-, Löschzyklen. Im 3D pSLC Mode werden 30.000 Zyklen erreicht. Bestens gerüstet für schreibintensive Anwendungen. Als dedizierter Nachfolger des BiCS3 bietet der BiCS5 eine Langzeitverfügbarkeit von ca. 4 – 5 Jahren.

BiCS3 …. BiCS5 …. wo bitte bleibt BiCS4?
Der BiCS4-96 Layer war nie für den industriellen Einsatz vorgesehen. Der Chip deckt nicht den erweiterten Temperaturbereich ab und bietet lediglich eine Laufzeit von 2 – 3 Jahren. Logisch, dass sich der BiCS4, als industrieller Vorgänger des BiCS5 disqualifiziert.

3D NAND vs. planarem NAND

Die grundsätzliche Funktionsweise ist bei planarem und 3D NAND identisch. Um Daten in einer NAND Flashzelle zu speichern, werden Elektronen in ein Floating Gate geladen. Anhand dieser Ladung misst der Controller, welche Bit-Information gespeichert ist. Der Aufbau unterscheidet sich jedoch.

Planare NAND Zellen sind horizontal angeordnet und mit einem Floating Gate ausgestattet. In diesem werden Elektronen gespeichert und mittels Tunneloxidschicht isoliert (Bild 1).

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Abweichend davon werden 3D NAND Zellen vertikal in die Tiefe des Wafersiliziums angeordnet. Um alle Zellen zu erreichen, muss entsprechend in die Tiefe (3. Dimension) programmiert werden. Um die Stabilität zu erhöhen und das Abwandern der Elektronen zu Nachbarzellen zu verringern, wurde das leitende Floating Gate durch ein nicht-leitendes Charge Trap Substrat ausgetauscht. Es handelt sich somit um eine ähnliche Zellstruktur (Bild 2). Die Architektur und der Herstellungsprozess (Lithographie) unterscheiden sich deutlich und sind komplexer.

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Warum wurde 3D NAND entwickelt.

Um eine Kapazitätserweiterung zu erreichen, wurde bei herkömmlicher planarer Flashtechnologie ein „die shrink“ durchgeführt. Bei einem Generationensprung wurden die Abstände der Zellen und die Zelle selbst verkleinert. Die eigentliche Siliziumgröße wurde jedoch beibehalten.

Dadurch konnten mehrere Zellen in einem „die“ untergebracht werden und die Kapazität des Chips wurde, bei gleichen Herstellungskosten, erhöht.

Dieses „Shrinken“ findet jedoch, ab einem Zellabstand von 10nm, sein physisches Ende. Die elektrische Ladung einer Zelle beeinflusst seine Nachbarzelle. Bei 10nm führt dies zu erheblichen Störungen der Nachbarzelle. Die Zuverlässigkeit ist nicht akzeptabel (Bild 3). Diese Erkenntnis und notwendige Kapazitätserweiterungen, öffneten die Tür zur 3. Dimension.

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Warum muss ich jetzt auf ein BiCS5-Produkt wechseln?

Technische Vorteile:

Der BiCS5 übertrifft bisherige Generationen in der nativen Geschwindigkeit und bietet eine deutlich niedrigere Latenz. Speziell bei Anwendungen mit vielen kleinen „random writes“ zahlt sich der Latenz-Vorteil aus.

Die BiCS5-Technologie, ausgestattet mit einem Industrietemperatur Major IC (-40 bis +85°C), lässt kommerzielle Vorgänger, wie z.B. BiCS4 (0 bis 70°C) hinter sich.

Die BiCS5-Endurance ist mit 3.000 Schreib-/Löschzyklen spezifiziert und erfüllt den industriellen Standard. Im unterstützten 3D pSLC Mode (1 bit pro Zelle) werden 30.000 Zyklen erreicht. BiCS5-Produkte empfehlen sich somit auch für schreibintensive Anwendungen wie Data Logging oder Massstorage.

Die BiCS5-Verfügbarkeit von 5 – 7 Jahren passt perfekt zu den industriellen Anforderungen. Die altec CS setzt langfristig auf BiCS5, insbesondere da der zukünftige BiCS6 erneut den kommerziellen Markt adressiert.

Was die Serien mit BiCS5-Serien der altec CS noch interessanter macht, ist die Tatsache, dass neue und ausgereiftere Industrie-NAND Controller verwendet werden. Das führt zu verbesserten Eigenschaften und einer höheren Performance.

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Supply-Vorteile:

Die durch die COVID-19 ausgelöste Verknappung und Lieferkettenproblematik zwingt NAND Hersteller Ihre Produktionskapazitäten auf die Highrunner zu konzentrieren. Die breite Masse muss versorgt werden, was mit den profitabelsten und populärsten Chips erfolgt.

Planar MLC, sowie ältere 3D NAND, wie der BiCS3, verlieren bereits seit Monaten interne Produktionskapazitäten. Dies hat einen geringeren Output zur Folge und führt final zu längeren Lieferzeiten und hohen Preisen. Zusätzlich verschärft der im Februar erlittene Produktionsausfall i.H.v. 25% des Quartalsvolumens von WD/Kioxia (Grund: kontaminierte Chemikalie) die Lage enorm.

Diese Ereignisse beschleunigen die Umstellung von älteren Technologien, wie planar MLC oder BiCS3, auf BiCS5 derart, dass eine generelle Verfügbarkeit nicht mehr gewährleistet ist. Selbst ein frühzeitiges End of Life (EOL) dieser Technologien ist nicht auszuschließen.

Somit sichert ein Umstieg auf den state-of-the-art BiCS5 schon jetzt die zukünftige Lieferfähigkeit bei gleichzeitigem Preisvorteil.

Kunden, die aktuell bereits andere 3D NAND einsetzen, wird ein Umstieg auf BiCS5 leichtfallen, da die 3D NAND Technologie bereits auf ihren Systemen erprobt ist. Da die Controller-Mechanismen auf 3D NAND gleich bleiben, sind sie bereits zukunftssicher aufgestellt.

Befindet sich noch planar MLC im Einsatz? Dann ist jetzt ein guter Zeitpunkt den Schalter auf BiCS5 umzulegen. Für planar MLC gilt: Die Verfügbarkeiten sind seit 6 - 9 Monaten schlecht. Es ist fraglich, ob wieder eine Normalität einkehren wird. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Supply gänzlich ausläuft, ist ebenfalls gegeben. In diesem Fall wird der Kunde adhoc zu einem Redesign gezwungen. Ein planbarer Umstieg auf BiCS5 ist die bessere Variante. 

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Ein willkommener Nebeneffekt entsteht durch die Architektur des 3D NAND und speziell des BiCS5. Durch die hohen Einstiegskapazitäten sind selbst pSLC Lösungen, mit 10-facher Endurance, ca. 20 - 30% günstiger als vergleichbare, planare MLC Densities.

Wenn BiCS5 Ihnen Zuverlässigkeit, Performance, Versorgungssicherheit und Preisvorteile sichern soll, dann planen Sie den Umstieg. Ihr optimales BiCS5-Produkt ermittelt altec CS und begleitet Ihr Redesign. Zukunftssicher.


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