2/6 Samsung 850 Evo V2 im Test : 48-Layer-V-NAND macht die Empfehlung noch eindeutiger

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V-NAND Gen3 mit 256 Gbit und 48 Ebenen

Während sich Samsung in der Regel gegenüber der Presse verschlossen gibt, was technische Details zum Flash-Speicher angeht, hat TechInsights die Gelegenheit genutzt und selbst einen Blick auf und in den neuen V-NAND mit 48 Lagen zu werfen. Dabei wurde der NAND-Flash der Portable SSD T3 genutzt, der zwar eine andere Kennung als bei der 850 Evo besitzt, aber der gleichen Generation angehört.

Ein Package mit sechzehn 256-Gbit-Dies (V-NAND 48 Layer)
Ein Package mit sechzehn 256-Gbit-Dies (V-NAND 48 Layer) (Bild: TechInsights via EE Times)

Die Abbildung des Querschnitts offenbart, dass 16 V-NAND-Dies in einem Chip-Gehäuse (Package) untergebracht sind. Jedes Die sei nur etwa 40 Mikrometer (µm) dick, was TechInsights als außergewöhnlich dünn beschreibt. Die vorherige Generation des V-NAND sei mit 110 µm weitaus dicker ausgefallen.

The dies are an outstandingly 40 µm thin, perhaps the thinnest dies that we have seen in a package.

TechInsights

Sechzehn 256-Gbit-Dies bedeuten eine Speicherkapazität von 512 GByte und damit gegenüber der 850 Evo die doppelte Chip-Kapazität pro Package. In beiden Fällen besitzt jeder Die wiederum 48 übereinander liegende Schichten mit Speicherzellen. Die vorherige Generation des V-NAND lieferte hingegen nur 128 Gbit auf 32 Ebenen. Bei planarem 2D-NAND gibt es nur eine Ebene.

NAND-Flash in zwei Speicherbänken pro Die
NAND-Flash in zwei Speicherbänken pro Die (Bild: TechInsights via EE Times)

Eine weitere Abbildung zeigt, dass eines der 256-Gbit-Dies aus zwei banks NAND-Flash mit Abmessungen von je 5,9 × 5,9 mm besteht. Die Gesamtfläche eines Dies wird auf 99 mm² geschätzt, wobei ein Teil der Fläche für Logikeinheiten (logic circuitry) benötigt wird. Die Speicherdichte wurde auf rund 2.600 Megabit respektive 2,6 Gigabit pro mm² errechnet. Der Vergleich mit jüngsten 2D-NAND-Techniken verdeutlicht den großen Vorsprung des neuen 3D-NAND bei der Dichte. Für den von Micron und Intel entwickelten 3D-TLC-NAND wurde eine Die-Fläche von 168,5 mm² und eine Speicherdichte von 2,28 Gigabit/mm² ermittelt.

Hinweise auf kleinere Strukturbreite

Die-Größen und Speicherdichte im Vergleich
Die-Größen und Speicherdichte im Vergleich (Bild: TechInsights via EE Times)

Dabei wird zudem die oftmals verschwiegene Strukturbreite des V-NAND auf ~21 nm beziffert. Damit wird deutlich, dass Samsung die Verdoppelung der Kapazität von 128 auf 256 Gigabit nicht nur durch mehr Ebenen sondern auch durch kleinere Strukturen erreicht hat. Eine reine Anhebung der Ebenenzahl um 50 Prozent ist logischerweise dafür nicht ausreichend. Bei der zweiten Generation des V-NAND war von einer Strukturbreite im Bereich von 40 nm ausgegangen worden. Die Verkleinerung wäre somit erheblich.

TechInsights hatte bereits auf dem Flash Memory Summit 2015 prognostiziert, dass für 3D-NAND mit 48 oder 64 Lagen aktuelle Fertigungstechnik im Bereich von 20 nm (oder 16 nm) genutzt wird:

Für 3D-NAND mit 48 Ebenen (48L) war ~20 nm bereits vermutet worden
Für 3D-NAND mit 48 Ebenen (48L) war ~20 nm bereits vermutet worden (Bild: Jeongdong Choe, TechInsights (PDF))
3D-NAND von IMFT und Samsung im Vergleich
IMFT 3D-NAND Samsung V-NAND Gen3
Transistoren Floating-Gate Charge Trap Flash
Kapazität (TLC) 384 Gbit 256 Gbit
Lagen 32 48
Die-Größe 168,5 mm2 99 mm2
Speicherdichte 2.279 Mb/mm2 2.585 Mb/mm2
Prozess k. A. 21 nm*
*unbestätigt
Quellen: TechInsights, Chipworks

Auf dem Papier ändert sich an der Haltbarkeit nichts

Bei 2D-NAND-Flash nimmt die Zahl der möglichen Schreibzyklen mit der Verkleinerung der Strukturbreite ab, da die Zahl der zur Datenspeicherung nötigen Elektronen sinkt. In wie weit das auch für Samsungs V-NAND gilt, ist unklar. Eine Nachfrage beim Hersteller blieb bislang unbeantwortet. Auch die kleinere Strukturbreite wurde bisher nicht bestätigt.

Elektronen nehmen bei 2D-NAND mit Strukturverkleinerung ab
Elektronen nehmen bei 2D-NAND mit Strukturverkleinerung ab (Bild: Intel/Micron/IEDM)

Mit der 3D-Technik wurden die Karten neu gemischt, denn durch den Weg in die Vertikale wurden größere Strukturbreiten und damit größere Zellabstände wieder möglich. Mit 21 nm würde sich Samsungs 3D-Speicher aber wieder der Strukturbreite von 2D-NAND annähern. Zur Frage, ob dies die Haltbarkeit des V-NAND beeinflusst, liegt noch keine Antwort von Samsung vor.

Für die Neuauflage der 850 Evo gibt der Hersteller zumindest die gleichen Haltbarkeitswerte in Form der garantierten Total Bytes Written (TBW) von 75 bis 150 TByte an, auch der Garantiezeitraum bleibt mit fünf Jahren unverändert.

Der neue V-NAND hat sogar mehr als 48 Lagen

Die Untersuchungen von TechInsights ergaben außerdem, dass ein Die eigentlich über 55 Ebenen (layer) verfügt, von denen allerdings nur 48 Speicherzellen enthalten. Wer sich für die Technik näher interessiert und das nötige Hintergrundwissen zum Verständnis mitbringt, dem sei der auf EE Times veröffentlichte Bericht mit den Erkenntnissen von TechInsights ans Herz gelegt.

Samsungs V-NAND (3D-NAND) Gen3 mit 48 Lagen
Samsungs V-NAND (3D-NAND) Gen3 mit 48 Lagen (Bild: TechInsights via EE Times)
Samsungs 16-nm-2D-NAND (planar)
Samsungs 16-nm-2D-NAND (planar) (Bild: TechInsights via EE Times)

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