账号:
密码:
最新动态
产业快讯
CTIMES / 文章 /
革新闪存迈出下一步
再造非挥发性内存技术应用高峰

【作者: 鍾榮峰】2008年11月05日 星期三

浏览人次:【23789】

前言

随着手机、笔记本电脑、微型计算机、行动上网装置等各类便携设备,对于储存高容量且高速多媒体影音数据的应用机会越来越多,高容量的高画质HD或是3D多媒体视讯储存需要,使得主流的非挥发性闪存(Flash Memory),在独立内存(standalone)储存装置的市场发展也越来越广。闪存将朝向大容量和高读写速度的发展趋势迈进,这也不断推动着NAND Flash的技术革新,同时也催生出其他非挥发性内存技术、持续朝向市场商业化的目标前进。


市场需求带动NAND Flash应用


《图一 NAND Flash应用趋势示意图 》
《图一 NAND Flash应用趋势示意图 》数据源:美光(Micron)

市场对于影音多媒体储存在容量和速度的需求越来越高,正带动NAND Flash的应用广度。目前NAND Flash主要以快闪记忆卡、iPod为代表的多媒体播放器(PMP)、手机、USB Flash Drives等应用为主。预估快闪记忆卡市场规模占整体NAND Flash应用比例47%;NAND Flash主要应用也将从数字相机朝向手机领域发展。随着各大厂商陆续推出搭配32Gb~64Gb的MP3及PMP产品,MP3/PMP的NAND Flash平均搭配储存容量,将会往上增加至5GB或6GB。根据IC Insights预估到2010年,平均每支手机内的NAND Flash容量可达2070Mb。此外,以NAND Flash芯片作为储存基础的固态硬盘SSD(Solid State Drive)应用,更进一步带动NAND Flash的成长;低价计算机、UMPC、MID、Mini-Note等正扩展SSD的应用范围。


《图二 Samsung在今年台北Intel Development Forum展示储存容量8~32GB的SSD产品》
《图二 Samsung在今年台北Intel Development Forum展示储存容量8~32GB的SSD产品》

NAND Flash市场前景忧喜参半

短期市场景气仍陷低迷

短期来看今年下半年甚至明年,全球景气因金融风暴持续低迷,消费电子产品市况未见起色,整体NAND Flash供过于求的压力也将持续增加,NAND Flash产业正咬牙苦撑待变。根据Gartner统计数据显示,去年全球内存产值为581亿美元,今年可能衰退5%为550亿美元;另一方面,市调机构DRAMeXchange统计显示,MP3播放器记忆卡销售量已从2008年Q1的48%,下跌至Q2的17%,2008年Q2全球NAND Flash的销售额为29.04亿美元,比起Q1的31.91亿美元下跌9%,NAND Flash前三名大厂Samsung、Toshiba、Hynix都处于获利下跌甚至是亏损状态。DRAMeXchange并指出,去年NAND Flash芯片价格已重挫58%,今年6~8月又再度下跌36%,到明年平均价格仍呈下滑趋势,未来整体销售额也将进一步缩减。


在数字相机、iPod及3G版iPhone为大宗的应用需求未有明显起色、「苹果效应」雷大雨小之际,今年下半年快闪记忆卡的市场也已不再热络。原本众所期待的SSD应用,根据Gartner预估,今年SSD占整体NAND Flash应用比例约只4%左右,规模相对有限,尚未能有效提振近期NAND Flash的颓势。


(表一) 2008年第2季全球NAND Flash厂商排名(单位:百万美元) <数据源:DRAMeXchange>

?

2008年第1季销售额

2008年第2季销售额

2008年第2季市场占有率

2008年第2季季成长率

Samsung

1285

1143

39.4%

-11.1%

Toshiba

855

777

26.8%

-9.1%

Hynix

569

495

17.0%

-13.0%

Micron

222

244

8.4%

9.9%

Intel

180

175

6.0%

-2.8%

Numonyx

80

70

2.4%

-12.5%

总计

3191

2904

?

-9%


长期发展前景审慎乐观

不过长期来看,NAND Flash发展前景依旧审慎乐观。根据iSuppli的研究报告显示,非挥发性内存市场在2007年总营收将近225亿美元,预估到2011年将会超越377亿美元;SEC Marketing则预估,NAND Flash市场总值将在2010年达到80亿美元,其中SSD是驱动NAND Flash产业成长的主要关键,SSD在 2006~2011年间的复合平均年成长率将达360%。工研院IEK也预估到2012年SSD占NAND Flash应用比重将达30%,出货量可达8000万颗以上。iSuppli也预测,3年内SSD将取代储存容量60Gb以下的HDD;在明年Q4之前,约莫240万台的膝上型笔电将采用SSD装置。


《图三 历年Flash Memory产值现况与预估 》
《图三 历年Flash Memory产值现况与预估 》数据源:Web-Feet Research

NAND Flash厂商投资大者恒大

NAND Flash应用正处于转型关键,市场景气陷于混沌未明阶段。为因应此一态势,Samsung、Toshiba、Hynix、Micron、Intel、Numonyx等正采取相关策略因应,朝向集中研发的投资模式,藉此分摊研发成本、节省专利授权费,降低成本风险面对市场景气波动。根据iSuppli及DRAMeXchange数据显示,Samsung、Toshiba和Hynix三者市占率,依旧维持在83%以上。Numonyx和Hynix在8月初宣布5年合作计划,共同投资扩大NAND Flash生产线,并进一步研发可突破目前NAND Flash制程瓶颈的取代技术,例如电荷撷取快闪CTF(Charge Trapping Flash)技术。Toshiba和日月光将在日本建立NAND后段封测厂;Toshiba与SanDisk继续提高12吋晶圆厂Fab4产能;Hynix在南韩清州的12吋晶圆厂M11已开始投产;Micron计划在Q4正式量产34奈米的32Gb NAND Flash。NAND Flash产业正朝向集中、大型、技术门坎高的趋势发展。


《图四 非挥发性内存晶圆制程厂区一隅 》
《图四 非挥发性内存晶圆制程厂区一隅 》数据源:恒忆(Numonyx)

NAND and NOR Flash架构与应用明显区隔

一般而言,Flash的工作原理是以电子写入的方式纪录数据(Program),并以电子移除的方式抹除数据(Erase)。恒忆(Numonyx)技术长暨副总裁Edward Doller表示,闪存两大架构NOR和NAND Flash,都需经过将特定位数据抹除后才可写入(program),这类似DRAM储存装置的bit alter功能。不过NOR以及NAND在储存架构和应用范围上有着明显区隔。由Intel发展出的NOR储存架构是一种并行架构,需要高电压和较长的抹除时间;由于读取速度较快,在数据保全功能也较为完整,因此应用功能以嵌入式执行编码(execute code)为主。目前NOR已进入大量生产65奈米制程阶段,预计在年底之前将转移到45奈米制程。


《图五 恒忆(Numonyx)技术长暨副总裁Edward Doller》
《图五 恒忆(Numonyx)技术长暨副总裁Edward Doller》

《图六 NOR和NAND Flash矩阵排列架构示意图 》
《图六 NOR和NAND Flash矩阵排列架构示意图 》数据源:旺宏电子

由Toshiba研发出属于堆栈式架构的NAND Flash,读取速度特别是在随机访问速度上较慢,不过抹除写入的时间较快,成本较低,数据保全层级需求较低,在大区块的写入效能较占优势,可应用于大量影音数据(data)的独立记忆储存装置。不过NAND Flash装置重新抹除写入时,就会轻微受损产生坏块(Bad Block),因此NAND Flash常以控制器管理坏块,出现坏块时控制器便将数据转移到预定其他储存区间。


Numonyx技术长Edward Doller表示,NAND Flash对于产业的贡献,在于进一步提供客户更为开放的内存堆栈(stack)架构,加上成本低廉,提升NAND为客户所接受采用的意愿。



《图七 Hynix在今年台北Intel Development Forum所展示SLC和MLC颗粒的NAND Flash产品》
《图七 Hynix在今年台北Intel Development Forum所展示SLC和MLC颗粒的NAND Flash产品》

NAND Flash技术正处于革新关键

所有内存技术包括NAND Flash进入45奈米以下更微缩化的制程之后,都会逐渐遇上组件物理性质的极限。工研院副院长李世光表示,内存技术的成本遵循摩尔定律在下降,所有内存在进入更微细化奈米制程时,都会遇到漏电流问题,而所有内存革新技术都在解决这项必定历经的技术难题。工研院电光所所长詹益仁则指出,摩尔定律到32或是22奈米可能将走到尽头,单纯以单一cell才有一位记忆的架构,已无法满足市场对于行动多媒体视讯数据储存的应用需求。


《图八 工研院副院长李世光》
《图八 工研院副院长李世光》

詹益仁表示,革新Flash Memory技术的发展状况值得关注,由于Flash读取速度较慢,且存取次数只有104或105,另外SSD若要进一步取代一般传统硬盘HDD,记忆可靠度仍要持续突破。李世光也认为,以后Flash进入更微细化的奈米制程,一条奈米线管理一位数据的基本架构仍然不变,当Flash堆栈起来朝向100GB以上的大容量硬盘发展时,数据在其中如何配置和存取,就会是显而易见的局限和难题。


《图九 工研院电光所所长詹益仁》
《图九 工研院电光所所长詹益仁》

美光(Micron)内存系统研发部副总裁Dean A. Klein则表示,Flash Memory技术应不断革新的项目,包括提高记忆胞(memory cell)微缩化尺寸的可扩充能力(Scalability)、简化制程、注意记忆胞材质与电性的一致性、提升读取效能和降低功耗等。增加每记忆单元的位储存量正是有效提升NAND容量的好方法。Dean A. Klein乐观地指出NAND Flash并不会因为45奈米以下的微细化制程课题而受到影响,Micron目前已准备量产34奈米的MLC以及SLC NAND Flash产品,并也宣布小于30奈米的NAND架构。另一方面,Samsung也正在创新NAND Flash在90nm制程上的3 bit / cell 架构。


《图十 美光(Micron)内存系统研发部副总裁Dean A. Klein》
《图十 美光(Micron)内存系统研发部副总裁Dean A. Klein》

那么,NAND Flash有无扩充局限的明确时间点?Numonyx技术长Edward Doller认为,当NAND无法满足客户需求时,就是停止扩充的时候。目前85%~90%的NAND Flash被应用在低阶价格应用市场,NAND Flash的ASP每GB大约只有1美元左右,这也会间接促使内存产业及厂商研发下一步主流非挥发性内存的可能性。宇瞻科技研发处技术总监龚荣华则表示,当其他非挥发性内存技术获得突破之际,相关应用就会被市场逐渐接受,记忆材料将会不断革新、历经破坏性创新的过程。


Flash Memory所面临的技术挑战

无论是NOR或是NAND Flash,都会面临到如何提升记忆胞尺寸可扩充性(Scalability)、穿隧氧化层厚度的极限、闸极绝缘膜不断薄化、漏电流状况正在恶化、Floating Gate耦合相互干扰、保持记忆晶胞电性一致性难度高、不易控制微细尺寸记忆晶胞电荷量、以及需要利用算法及花费较长时间抹除写入的可靠度问题。



《图十一 NOR和NAND Cell 数据写入与抹除机制示意图 》
《图十一 NOR和NAND Cell 数据写入与抹除机制示意图 》数据源:旺宏电子

NOR和NAND Cell 数据写入与抹除机制示意图

耐久性和可扩充性问题Edward Doller表示,过去这几年无论是NOR还是NAND Flash内存厂商,都在寻找适当的非挥发性内存替代技术,因为NOR或是NAND Flash的可扩充性(Scalability)一直是主要难题。NOR和NAND储存次数只能到10万次等级,需要经过抹除再覆写的次数耐久性(Endurance)不足,加上数据保留能力(Data Retention)有待加强,都是NOR和NAND Flash技术上必须克服的局限。


Edward Doller进一步指出,较不同于NAND Flash,Nor Flash若要扩充也须在既有cell以外,可扩充性较不足,在重整覆写次数耐久性上受限于Floating Gate基本物理材料特性,这也导致NOR Flash在记忆密度上的成长幅度越来越小。当客户需要容量1Gb的内存装置、读写次数可达100万次、10年数据保存能力的需求时,现在的NOR或是NAND Flash技术局限都无法满足。

读写次数不足


正因为NAND Flash最高只有10万次左右的读写寿命,NOR甚至更低,Flash Memory若要朝向大容量储存应用发展,寿命问题更是关键。这也是为何许多推出混合型或纯快闪硬盘的厂商,大部分只强调Flash Memory抹除或写入速度效能与低耗电效果,却对覆写次数耐久性(Endurance)和数据保留能力(data retention)采取轻描淡写的态度。


工研院副院长李世光表示,存取次数不足会是Flash Memory目前技术上较大的问题,为改善此问题,工研院电光所最近推出一项革新Flash Memory韧体的技术进展,可让Flash Memory在读取时避免长期读写同一区域,并把储存数据放在不同区域来提高使用寿命,这样即使Flash本身硬件结构没有调整,也可以增加读取次数。

《图十二 Floating Gate 耦合问题示意图 》
《图十二 Floating Gate 耦合问题示意图 》数据源:旺宏电子

Floating Gate 耦合问题示意图


目前Flash Memory使用的Floating Gate技术,在45奈米以下微缩制程阶段,将逐渐遇到瓶颈。


Numonyx技术长Edward Doller指出,在微细化奈米制程阶段,NOR和NAND Flash各自所采取的方式极为不同。NOR Flash一般常用hard electronic injection方式设计微细化制程,但这也产生一定的物理限制,目前也已是NOR Flash本身记忆单位的物理限制极限。NAND Flash则不需要藉此方式设计,因此其物理限制也不尽相同。NAND Flash目前使用的Floating Gate技术,在45奈米制程之后,由于电荷存在绝缘层,漏电(leakage current)问题会导致数据漏失。因为Flash在写入时,是利用电压改变让电荷从基板通过穿遂氧化层(Tunneling Oxide)储存在Floating Gate内,即便在没有电源情况下亦能保存;读取数据时则可分辨Floating Gate内是否存有电荷,如此产生非挥发性记忆的性质。


《图十三 NOR Flash微缩趋势 》
《图十三 NOR Flash微缩趋势 》数据源:Spansion

《图十四 NAND Flash微缩趋势 》
《图十四 NAND Flash微缩趋势 》数据源:旺宏电子

NAND Flash微缩趋势


Micron内存系统研发部副总裁Dean A. Klein表示,CTF(Charge Trapping Flash)技术对于降低耦合干扰仍然有效,也是现在唯一具有经济效益的微缩方案。不过Edward Doller则认为,革新NAND Flash所使用的Charge-trapping技术,其效能仍有待考验,还有许多的步骤必须落实来证明Charge-trapping技术的创新性,包括可靠度以及能否达到MLC阶段。

微缩化制程复杂且经济效益未明Dean A. Klein也认为,缩小记忆胞尺寸并不直接代表符合成本效益,因为记忆胞尺寸与制程复杂度之间的关系常呈现矛盾结果;投下巨大投资提升设备及改善良率,虽可使芯片面积缩小,能否符合量产经济效益才是重点。


《图十五 非挥发性内存制程设备昂贵,投资需要符合经济效益 》
《图十五 非挥发性内存制程设备昂贵,投资需要符合经济效益 》数据源:恒忆(Numonyx)

非挥发性内存制程设备昂贵,投资需要符合经济效益目前有些厂商采用黄光微影制程作为改良延续Flash Memory微缩极限的技术,不过投资微影设备所需资金非常高,不是一般内存厂商可以负担的起。当NAND Flash微缩至20奈米制程时,也有可能利用堆栈技术来舒缓因为位密度增加所给制程带来的压力。无论如何,Flash Memory内存芯片大厂要提升NOR或NAND Flash的可扩充性、强化覆写次数耐久性和数据储存能力,才能延续Flash Memory的技术和市场竞争力。


不过Flash Memory要兼顾独立内存储存高容量与高可靠度的应用需求,眼前技术挑战不可谓不低。

革新Flash Memory下一步


面对革新Flash Memory技术所面临的种种难题,内存大厂与研究单位为求一劳永逸,也积极投入开发下一步的非挥发性内存技术,其中以相变化内存(Phase Change Memory;PCM)、Racetrack内存、电阻式内存(RRAM)和磁阻内存(Magnetoresistive RAM)等在技术进展上较为明显。

相变化内存PCM(Phase Change Memory)


《图十六 恒忆相变化内存PCM 产品Alverstone 》
《图十六 恒忆相变化内存PCM 产品Alverstone 》数据源:恒忆(Numonyx)

恒忆相变化内存PCM 产品Alverstone

位可变特性PCM综合Flash Memory与DRAM在读写速度、堆栈整合、耐久性高以及低耗电的优点:可摆脱奈米微缩化制程的极限、读写速度上比Flash Memory可快500倍、电力消耗却仅为一半、PCM并可保证100万次覆写次数耐久性。至为关键的是,位可变性(bit alterability)是PCM与NOR和NAND Flash最大不同之处。当位1变0或0变1时,NOR和NAND都需要先经过抹除过程之后才能写入上层位数据,DRAM无须如此所以速度较快,PCM就是具备与DRAM相同的位可变特性。


《图十七 PCM蕈状架构微影照片 》
《图十七 PCM蕈状架构微影照片 》数据源:恒忆(Numonyx)

PCM蕈状架构微影照片

PCM发展现况Numonyx技术长Edward Doller表示,除了可扩充性之外,PCM在位可变性和覆写次数耐久性的特性占有技术优势,PCM的随机延迟时间(random initial latency)也非常低,在可靠度和系统级除错设计等亦具有相关优势。Numonyx发展PCM的主轴,一方面是提供客户技术开发工具(technology development vehicle),使其进一步熟悉PCM技术特性,另一方面则协助客户开发PCM市场利基点。


《图十八 PCM P10 cross sections微影照片 》
《图十八 PCM P10 cross sections微影照片 》数据源:恒忆(Numonyx)

PCM P10 cross sections微影照片

Edward Doller强调,PCM在整体功能上可逐渐取代NOR Flash的执行编码技术(execute code),在市场上可与NOR Flash一较长短。在可预见的未来,PCM取代既有NOR Flash只是时间问题。工研院电光所所长詹益仁也看好PCM的未来发展潜力,认其将可逐渐取代NOR Flash或是DRAM。


Edward Doller进一步认为,PCM技术发展进入32奈米制程阶段时,市场竞争条件就会逐渐成熟。至于如何提高PCM的市场接受度,他表示应缩小PCM芯片尺寸和缩短上市时程并让成本价格降低,使PCM具备与NOR以及NAND Flash同等级的价格竞争力;PCM若能取代一小部分DRAM以及NAND Flash的既有市场,对于PCM本身应用的投资回报来说就是好的开始。


《图十九 PCM与NOR和NAND Flash特性比较示意图 》
《图十九 PCM与NOR和NAND Flash特性比较示意图 》数据源:旺宏电子

PCM与NOR和NAND Flash特性比较示意图


另一方面工研院在PCM的发展策略,主要是在于自主研发新材料与相关专利,工研院副院长李世光表示,目前工研院在PCM技术研发的成果有一部份已经技转给相关业者,由于工研院和IBM各自在PCM领域均有相关专利与合作对象,因此目前工研院和IBM在PCM领域并无进一步合作计划。

Racetrack内存


《图二十 Racetrack内存架构示意图》
《图二十 Racetrack内存架构示意图》

工研院与IBM合作开发Racetrack技术

为进一步开发创新Racetrack的技术应用潜力,工研院与IBM宣布合作为期3年的Racetrack内存合作计划,这次是IBM全球首次与国际研发单位进一步合作,初期阶段先检视Racetrack内存技术R&D革新部分,计划把Racetrack技术朝向Stand-alone独立式记忆储存装置应用发展。工研院则结合既有MRAM技术和Racetrack内存革新内容,技术人员将前往IBM深入了解Racetrack内存的整体样貌。工研院副院长李世光强调,引进Racetrack内存技术可说是工研院发展下一阶段MRAM技术的重要环节。


Racetrack技术特性

《图二十一 IBM美国研发副总裁陈自强》
《图二十一 IBM美国研发副总裁陈自强》

针对Racetrack技术特性,工研院电光所所长詹益仁和副所长徐绍中表示,过去内存的每一晶体管(transistor)只能储存1位的记忆量,但Racetrack电子记忆端以spin on 和spin down去记忆0和1,利用磁记忆区移动(Domain-Wall Motion)取代机械化移动,使电流驱动Domain-Wall扇区,每一奈米磁线可储存10~100个记忆信息单元。Racetrack利用电流驱动就能连续无限次数读写,同时电流驱动奈米线时电流仍可以继续scare down,弥补以往MRAM的局限。IBM美国研发副总裁陈自强亦表示,Racetrack内存具有扩大储存容量的技术潜力,可以在单一奈米线(single nano wire)扩充10~100位的记忆胞(cell)容量,加上耗电量小,结合HDD和Flash记忆特性,易彰显其技术突破点和性价比优势。


《图二十二 工研院电光所副所长徐绍中》
《图二十二 工研院电光所副所长徐绍中》

垂直式和水平式差别

工研院副院长李世光进一步说明指出,Racetrack内存架构可分为垂直式和水平式2种,垂直式Racetrack内存架构亦具备高敏感度感测线路以及磁墙旋扭运动特性,如同3D的固态内存一般。垂直式Racetrack把硬盘架构放在芯片上,可记忆较多单元面积的容量,但制程也相对复杂。因此水平式Racetrack内存的商用化进程会较早,预计1~2年内将会有明显的技术进展,垂直式Racetrack内存则需要大约3年时间。


IBM:10年内终结Flash Memory

IBM研发副总裁陈自强表示,Racetrack技术在MP3音频储存、或是MID装置等立即开机(Instant on)功能的各种应用上,值得期待,不仅可扩充容量、比既有传统储存容量提升100倍,更可提升节能省电效率。IBM期望藉由Racetrack技术,在10年内终结Flash Memory及硬盘时代,预估未来水平式Racetrack内存将逐渐取代Flash Memory市场,垂直式Racetrack内存则朝向取代HDD市场。Numonyx技术长Edward Doller也表示正在密切关注Racetrack技术发展趋势。


电阻式内存RRAM和磁阻式内存MRAM

RRAM

RRAM(Resistive RAM)的记忆特性是对材料不同方向施压电压脉冲,使材料电阻阻值产生剧烈改变状态来储存位数据,近年来也受到国际半导体大厂和主要研究单位的关注。RRAM的组件结构相当简单;采用材料并不特殊,大部分半导体厂商均有现成制程能力;另外RRAM组件所需制程温度不高,因此相当容易与相关组件或电路制程相整合。工研院电光所奈米电子技术组在3年前便积极投入研发电阻式内存,最近获得相当大的技术突破。(详细内容请参阅P.~P.)



《图二十三 革新非挥发性内存下一步技术 》
《图二十三 革新非挥发性内存下一步技术 》数据源:旺宏电子

MRAM

革新非挥发性内存下一步技术目前Samsung和Hynix连手、Toshiba和Fujitsu与IBM合作,各自均投入资金开发第2代磁阻内存STT-RAM。Toshiba、Fujitsu、以及NEC等日本半导体大厂也宣布到2010年为止,总共将投入约30亿日圆研发STT-RAM。


革新SSD储存效能

除了开发下一步可替代的非挥发性内存技术外,对于提升目前NAND Flash应用在固态硬盘(SSD)的储存效能,厂商也针对SSD的储存特性设计出相关解决方案。


SSD储存特性

不同于传统硬盘读写头移动的机械动作,以NAND Flash内存为基础的SSD储存装置,是利用传统区块写入/抹除的方式,在此方面的效率改善非常依赖读写策略的设计,几乎不存在随机读取延迟(random initial latency)问题。一般而言SLC制程的SSD会比MLC SSD价格高,具备读取速度快、寿命长且耐震的特性,多应用于高速大容量储存的伺服装置中,也适用于航天与军事用途。单价较低的MLC制程的SSD多应用于储存数据少搬动且不追求高速的产品中。


《图二十四 支持SATA的SSD适配卡架构示意图 》
《图二十四 支持SATA的SSD适配卡架构示意图 》数据源:美光(Micron)

支持SATA的SSD适配卡架构示意图

SSD储存局限SSD应用也有局限所在,其持续读写效率不会超过HDD,重要的是SSD特定读写区损坏,储存数据会有无法救回的风险,同时由于NAND Flash抹写次数的限制,SSD亦有使用寿命的瓶颈。Numonyx技术长Edward Doller表示,由于NAND Flash需先抹除数据再纪录写入(program)的特性,SSD的IR效能比会受抹除时间的影响;亦即放在SSD前端的抹除动作,会对于SSD的IR效能产生影响。


《图二十五 宇瞻科技总经理陈益世》
《图二十五 宇瞻科技总经理陈益世》

宇瞻科技总经理陈益世

解决方案提升SSD储存效能目前SSD厂商多普遍采用损坏区块管理(Bad Block Management)、错误修正码ECC(Error Correcting Code)、全区平均抹除写入(Global Wear Leveling)三种算法,让SSD减少抹除及写入次数,提升NAND Flash芯片在SSD的使用寿命。此外,除错管理(bit Error Handling)也是增加SSD稳定性的重要关键技术。


例如Global Wear Leveling技术将所有NAND组件视为同一内存单元,控制芯片能将host端数据的逻辑性区块转换为物理性区块,并平均写于任一NAND Flash组件之中,以此降低同一组件重复写入的机率,来提升SSD产品的使用寿命。

《图二十六 宇瞻科技研发处技术总监龚荣华》
《图二十六 宇瞻科技研发处技术总监龚荣华》

宇瞻科技研发处技术总监龚荣华表示,SSD处于random写入状态时更会影响使用寿命,而可用空间零散导致效能降低的现象,是今日所有NAND Flash硬盘的共通问题。若要提升SSD效能寿命并降低功耗,首要之务是降低碎片影响。藉由消除碎片软件解决方案,可让SSD读取速度增加5.9倍,写入加快19.5倍,随机读取提高3.9倍,随机写入则提高9.0倍。Diskeeper大中华区总经理张乐陵亦表示,针对NAND Flash装置开发软件解决方案,能自动维护文件系统、降低可用空间零散程度,使档案能以连续方式而非将区块分散各处。


整合SLC和MLC SSD因应市场需求

Numonyx技术长暨副总裁Edward Doller表示,SSD应用在消费端时可采用MLC颗粒,但是到企业应用层级时,MLC则无法满足相关高阶储存需求,大部分采用SLC NAND Flash的SSD产品;Intel针对服务器、工作站与储存系统设计的SATA SSD,便采用50奈米 SLC NAND Flash架构。目前市面上绝大部分SSD采用成本较高的SLC NAND Flash架构。


《图二十七 Diskeeper大中华区总经理张乐陵》
《图二十七 Diskeeper大中华区总经理张乐陵》

MLC NAND Flash架构的SSD成本只有SLC SSD的1/2~1/3左右,或可降低成本,可是访问速度也会受限,MLC NAND Flash架构在使用上需要功能强大的SSD控制芯片,来克服本身效能、稳定性与使用寿命等限制。此外MLC架构的SSD价格仍高于一般的传统硬盘,SSD和HDD价差仍约15~60倍左右,这也对整体SSD市场渗透率产生影响。



《图二十八a 下一世代SSD架构(1)》
《图二十八a 下一世代SSD架构(1)》

《图二十八b 下一世代SSD架构(2)》
《图二十八b 下一世代SSD架构(2)》数据源:工研院

Numonyx技术长Edward Doller认为,未来较可能产生的是分层式解决方案(tiered memory solution),亦即采用多个PCM整合MLC NAND以及SLC NAND的分层式记忆解决方案,提高SSD储存效能可靠度,以满足企业储存应用需要。宇瞻科技技术总监龚荣华表示,未来SSD能否取代HD仍有待观察,目前SSD仍属于利基市场性质,仍是以应用于Thin Client小型设备为主。未来宇瞻科技计划扩大SSD应用于游戏设备、机顶盒、安全监控系统、军事数据储存与清除装置等的广度。


结语

Numonyx技术长Edward Doller认为,未来较可能产生的是分层式解决方案(tiered memory solution),亦即采用多个PCM整合MLC NAND以及SLC NAND的分层式记忆解决方案,提高SSD储存效能可靠度,以满足企业储存应用需要。宇瞻科技技术总监龚荣华表示,未来SSD能否取代HD仍有待观察,目前SSD仍属于利基市场性质,仍是以应用于Thin Client小型设备为主。未来宇瞻科技计划扩大SSD应用于游戏设备、机顶盒、安全监控系统、军事数据储存与清除装置等的广度。目前市场对于主流非挥发性内存、特别是NAND Flash独立储存应用仍有广大需求动能,不过当前全球经济欲振乏力的阴影挥之不去,短期内市场对NAND Flash及SSD的发展规模渐趋保守,长期发展前景仍旧维持审慎乐观。整体来看,NOR和NAND Flash在储存架构与应用范围已明显区隔,储存颗粒结构也适切因应可靠度与高容量的应用需求。不过NAND Flash在奈米微缩可扩充能力(Scalability)、储存覆写次数耐久性(Endurance)和数据保存能力(Data Retention)的局限,使其面临在技术上和经济上必须革新的关键。PCM、Racetrack、RRAM和MRAM等下一步非挥发性内存在技术上已有明显进展,改善SSD储存效能的解决方案也不断推陈出新,Flash Memory大厂与研究单位正采取集中合作研发的投资模式,期盼进一步再造非挥发性内存技术应用高峰。


相关文章
您的开源软体安全吗?
工业储存技术再进化!
关於台积电的2奈米制程,我们该注意什麽?
开启任意门 发现元宇宙新商机
企业创新契机 永续经营与数位转型并行
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新闻
» IBM力推AI服务平台 助企业顾问提升50%生产力
» 亚湾2.0以智慧科技领航国际 加速产业加值升级
» 高通执行长Cristiano Amon於COMPUTEX 2024 分享智慧装置上的生成式AI运算
» Toppan Photomask与IBM签署EUV光罩研发协议 推进2奈米技术
» 应材及东北微电子联手 为MIT.nano??注200mm晶圆研制能力


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2024 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3  v3.20.1.HK83T4RWXJUSTACUKH
地址:台北数位产业园区(digiBlock Taipei) 103台北市大同区承德路三段287-2号A栋204室
电话 (02)2585-5526 #0 转接至总机 /  E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw