SSD-Forschung: Kioxia testet Hexa-Level-Cells mit Stickstoffkühlung

Zellen in NAND-Flash-Bausteinen könnten künftig 6 oder gar 8 Bit speichern. Die Technik dafür wird allerdings zunehmend kompliziert.

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(Bild: c't)

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SSDs mit NAND-Flash-Bausteinen, die 5 Bit pro Zelle speichern (Penta Level Cells, PLC), sind noch gar nicht am Markt, da geht die Forschung schon in Richtung Hexa- und Octa Level Cells. Ein Forschungsteam des Herstellers Kioxia (früher Toshiba Memory) erläutert in einem Paper, wie HLC-NAND-Flash aussehen könnte, der 50 Prozent mehr Daten speichert als bisherige QLC-Bausteine.

Das größte Problem sind die notwendigen Spannungszustände, die sich mit jedem zusätzlichen Bit in der Speicherzelle verdoppeln. Single Level Cells (SLC) der ersten SSD-Generationen hatten nur zwei Zustände, häufig verbreitete Triple Level Cells (TLC) kommen auf 8 und kostengünstige Quadruple Level Cells (QLC) auf 16. Hexa Level Cells benötigen 64 Zustände.

Stickstoffkühlung mit Temperaturen von minus 196 Grad Celsius soll nun helfen. Diese sollen die Leckströme und das Signalrauschen verringern, um Schreib- sowie Lesefehler zu reduzieren und so den Controller zu entlasten. Zudem erhöht das Ganze die Haltbarkeit der Zellen von gerade einmal 100 auf immerhin 1000 Schreibzyklen. Bei Zimmertemperatur wäre eine HLC-SSD mit aktueller Technik nicht funktionsfähig.

Das Kioxia-Team hat das Forschungsprojekt im Rahmen der IEEE Electron Devices Technology and Manufacturing Conference (EDTM 2021) im April vorgestellt; das entsprechende Paper folgte einen Monat später. Die beiden Webseiten PC Watch (japanisch) und Blocks & Files (englisch) zitieren daraus.

Das Forschungsteam kommt zu dem Ergebnis, dass die Kosten und der Aufwand einer Stickstoffkühlung langfristig die Erhöhung der Speicherdichte wert sein könnten. Das wäre allerdings bestenfalls etwas für Rechenzentren. Hersteller erhöhen die Speicherdichte derweil auch durch feinere Fertigungsstrukturen und immer mehr Lagen innerhalb eines Bausteins – momentan etwa 176.

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(mma)