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3D NAND供需漸趨平衡 控制器偵錯/頻寬升級成為新重點

文‧詹益瑋 發布日期:2017/08/31 關鍵字:ECCLDPC慧榮SSDPCIe

直到2017年上半,3D NAND記憶體由於產能提升速度不如預期,受到越來越多質疑。所幸,隨著各大記憶體供應商陸續進入64層3D NAND世代,目前業界已找到讓產能穩定下來的甜蜜點,供給可望自下半年起逐漸回穩。在記憶體供應無虞的情況下,接下來3D NAND記憶體技術的發展重點,將落在控制器身上,更強的偵錯機制與傳輸頻寬,會是不容忽視的技術趨勢。

慧榮產品企劃部協理黃士德指出,礙於物理上的限制,NAND記憶體的製程很難突破10奈米大關,迫使NAND記憶體供應商為繼續提升儲存容量及效能,不得不從2D結構轉進3D結構。

不過,相關業者從2D轉向3D的過程並不順遂,對記憶體供應造成很大的影響。此外,在Facebook、Google等網路巨頭的數據中心加速擴建,儲存需求與日俱增下,NAND記憶體供貨吃緊的狀況更加嚴重。所幸,自2017年下半起,美光(Micron)、三星(Samsung)等主要供應商的64層晶粒陸續量產,3D NAND記憶體的供給才趨於穩定。

儘管32層、48層NAND記憶體早已進入量產,但這些3D NAND記憶體的成本效益並不理想。黃士德分析,3D NAND記憶體必須疊到一定層數才開始具成本效益。若堆疊層數不夠,成本效益就會大打折扣。目前看來,64層堆疊是成本效益最高的甜蜜點。

黃士德透露,相較15奈米2D TLC NAND記憶體晶片,64層3D TLC NAND記憶體晶片每GB成本可降低15%左右;待各家業者的96層技術於2018年進入量產,成本可望再進一步下修,甚至可讓固態硬碟(SSD)更具競爭力,加速取代傳統硬碟。

不過,伴隨層數提高、容量增加,干擾勢必越來越多、越容易出錯。黃士德強調,NAND是不完美的記憶體,如同菜瓜布會越用越髒,此類記憶體在電荷收放過程中容易發生位元錯誤(Bit Error),影響效能與使用壽命。此外,為了進一步降低儲存成本,記憶體業界未來會導入QLC技術,即每一個Cell可儲存4位元資料,這對記憶體的可靠度、壽命會帶來更多負面影響。

為增加可靠度、延長記憶體壽命,控制器必須支援錯誤校正碼(ECC)等硬體除錯機制。現階段,最適合NAND快閃記憶體的ECC機制為低密度奇偶檢查碼(LDPC)。

另一方面,鑑於NAND晶片的傳輸速度不斷增加,現已達533~800MB/s,SSD介面從SATA轉往PCIe已是大勢所趨。SATA最高頻寬為750MB/s,很快就會不敷使用,而PCIe Gen3若採取4通道配置,頻寬可達4GB/s;待2019~2020年英特爾(Intel)推出PCIe Gen4介面,頻寬可望上看7GB/s,且可應用於一般消費型電腦。因此,未來控制器業者亦必須緊跟趨勢,推出支援更高頻寬的解決方案。

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