Der Ausblick der Flash-Speicherhersteller: Von TLC-Lagen, QLC-Flash und den künftigen SSDs

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3D-NAND in TLC-Bauweise (Triple Level Cell) ist heute Standard, meistens mit 64 Lagen. Kurz vor dem Flash Memory Summit hatte Toshiba-WD den Fertigungsstart für 96-Lagen-Speicher bekannt gegeben, und auch für QLC-Flash (Quadruple Level Cell). QLC-NAND-Flash wird bereits von Toshiba-WD und Micron produziert.

Das Interesse der Besucher galt vor allem dem Newcomer Yangtze Memory Technologies (YMTC), aber auch Toshiba hatte noch eine Überraschung dabei.

Micron

Micron will Kapazitätszuwachs durch die Verwendung von Stacks erreichen, also mehrere Gruppen von Lagen übereinanderstapeln. Der aktuelle 64-Lagen-Speicher der zweiten Generation besteht bereits aus zwei Stacks à 32 Lagen, die nächste (dritte) Generation nutzt jeweils 48 Lagen.

Zudem will Micron von der Floating-Gate-Technik zu Charge Trap wechseln und die CMOS-Logik unter die Flash-Zellen versetzen; davon verspricht sich der Hersteller vor allem Energieeinsparungen. Konkrete Ankündigungen gab es jedoch nicht.

SK Hynix

Der koreanische Hersteller SK Hynix verbindet zwei Technikern miteinander: Charge Trap und "Peri under Cell" (PUC). Das nennt SK Hynix dann 4D-NAND. 96 Lagen soll die nächste Generation haben, die I/O-Geschwindigkeit gibt der Hersteller mit 1,2 GBit/s an. Erste Samples will SK Hynix im vierten Quartal ausliefern. Durch die Verlagerung der CMOS-Logik soll die notwendige Chip-Fläche um 30 Prozent sinken.

QLC-NAND will SK Hynix ebenfalls produzieren, erste Muster sollen in der zweiten Hälfte des nächsten Jahres zur Verfügung stehen. Die Anzahl der Lagen lässt sich laut Jinsoo Kang, Chef des NAND Product Planning Office, weiter steigern: Die nächste Version mit 128 Lagen befindet sich bereits in der Entwicklung, als Ziel nannte Kang 500 Lagen.

Toshiba

Toshiba hat bereits eine SSD mit 96-Lagen-Speicher angekündigt, die Produktion des ebenfalls angekündigten QLC-Speichers soll im nächsten Jahr starten. Auf ein M.2-Kärtchen mit 110 Millimeter Länge sollen nach Angaben von Toshiba-Manager Shigeo Ohshima dann bis zu 20 TByte Flash passen.

Doch auch schnelleren Flash hat Toshiba im Sinn: XL Flash. Die Latenz beim Lesen soll bei nur einem Zehntel von TLC-Flash liegen, dennoch soll der Speicher auf den üblichen Maschinen produziert werden – es handelt sich also um normalen Flash-Speicher, keine neue Technik wie Phase Change Memory aka 3D XPoint/Optane oder ReRAM.

Details hat Ohshima nicht verraten, lediglich von verkürzten Signalwegen war die Rede. Man kann wohl davon ausgehen, dass Toshiba TLC-Flash nutzt und diesen in den deutlich schnelleren SLC-Modus schaltet. Damit sinkt zwar die Kapazität, aber Lesen und Schreiben wird beschleunigt.

Yangtze Memory Technologies

Je nach Zählweise gab es bislang vier bis sechs Hersteller von NAND-Flash: Intel, Micron, Samsung, SK Hynix und Toshiba-WD – Intel und Micron betreiben jedoch (noch) gemeinsam eine Fertigung unter dem Label IMFT (Intel Micron Flash Technologies).

Nun kommt Yangtze Memory Technologies (YMTC) hinzu, ein chinesisches Unternehmen, das mit Hilfe der chinesischen Regierung aus der Taufe gehoben wurde. Der CEO des Unternehmens, Simon Yang, stellte erstmals die Technik von YMTC vor.

YMTC produziert 3D-NAND-Flash mit derzeit 64 Lagen im Testbetrieb, 32-Lagen-NAND sei bereits in der Massenproduktion. Das Unternehmen nutzt die verbreitete Charge-Trap-Architektur, verspricht sich jedoch Vorteile durch die eigene Xtacking-Technik. Klassische Charge-Trap-Architektur wird auf einem Wafer produziert, zu den Flash-Zellen kommt eine weitere Lage mit der CMOS-Logik zur Ansteuerung. Xtacking teilt diese beiden Funktionen auf zwei Wafer auf, die später miteinander verbunden werden. Die Chips sollen eine Datenrate von 3 GBit/s erreichen. Samples der 64-Layer-Chips sollen Anfang 2019 zur Verfügung stehen.

YTMC baut gerade ein neues Werk auf, derzeit findet die Produktion in einem Gebäude statt, das nicht für große Stückzahlen ausgelegt ist. Yang, der einige Jahre bei Intel in den USA gearbeitet hat, bot sich auch gleich als Auftragsfertiger an. Zudem will sich das Unternehmen nicht allein auf den chinesischen Markt beschränken, sondern weltweit tätig sein. (ll)