„4D NAND“: SK Hynix fertigt ersten 128-Layer-3D-NAND in Serie

Vor Samsung, Toshiba und Micron hat SK Hynix als erster NAND-Hersteller mit der Massenfertigung von 128-Layer-3D-NAND begonnen. Der Flash-Speicher, den das Unternehmen „4D-NAND“ nennt, soll Vorteile bei Speicherdichte, Herstellungskosten und Leistung vereinen.

TLC-Speicher mit 360 Milliarden NAND-Zellen auf 128 Schichten

Der neue 3D-NAND-Chip verfügt über 128 Zellschichten, auf die insgesamt 360 Milliarden NAND-Zellen verteilt sind. Pro Zelle werden drei Bit (TLC) gespeichert. Bei einer Betriebsspannung von 1,2 Volt soll jeder Speicherchip im 4-Plane-Design eine Übertragungsrate von bis zu 1.400 Mbit/s erreichen. In diesem Punkt zieht SK Hynix mit Samsungs V-NAND v5 mit 96 Layern gleich.

Erst im November 2018 hatte SK Hynix seinen ersten 96-Layer-NAND vorgestellt, der ebenfalls eine TLC-Variante mit allerdings nur 512 Gbit Speicherplatz darstellt. Ebenfalls 1 Terabit bietet hingegen die QLC-Variante des 96-Layer-NAND von SK Hynix, die mit vier Bit pro Speicherzelle und entsprechend komplexerem Speichervorgang aber in puncto Leistung und Haltbarkeit TLC unterlegen ist.

Obwohl der Wechsel von 96 Layer auf 128 Layer ein Drittel mehr Zellebenen bedeutet, will SK Hynix die Zahl der nötigen Fertigungsschritte durch „Prozessoptimierung“ um fünf Prozent reduziert haben. Dadurch und durch das „4D“-Design sollen die Kosten für den Umstieg auf das neue Verfahren 60 Prozent niedriger ausfallen als bei der Migration von 72 Layer auf 96 Layer. Seit der 96-Layer-Generation setzt SK Hynix auf eine Kombination der Charge-Trap-Flash-Technik mit einer eigenen Ebene für den I/O-Bereich und nennt dies „4D-NAND“.

Mehr Bit pro Wafer für niedrigere Kosten

Eine gestiegene Datendichte bedeutet zugleich mehr Bit pro Wafer und damit potenziell sinkende Kosten pro Bit. SK Hynix gibt eine Steigerung der „Bit-Produktivität“ von 40 Prozent an. Im zweiten Halbjahr 2019 sollen die 128-Layer-Chips ausgeliefert werden. Die darauf folgende Generation soll 176 Layer besitzen.

Für das erste Halbjahr 2020 hat SK Hynix auf Basis des 128-Layer-Speichers 1 mm flache UFS-3.1-Bausteine für Smartphones in Aussicht gestellt, die bis zu 1 TB Speicherplatz bieten.

SSDs auf Basis eines eigenen NVMe-Controllers

Wie mit der bereits vorgestellten Enterprise-SSD (eSSD) aus der PE6000-Serie plant SK Hynix auch auf Basis des neuen 4D-NAND mit 128 Layern und einem eigenen NVMe-Controller, Consumer-SSDs mit bis zu 2 Terabyte und Enterprise-SSDs mit bis zu 32 Terabyte unter eigenem Namen anzubieten. SK Hynix verkauft seinen NAND-Flash aber vor allem an andere Gerätehersteller.

Hersteller kämpfen mit sinkenden Speicherpreisen

Die stetige Erhöhung der Speicherdichte bei NAND-Flash wird nicht nur vom wachsenden Bedarf an Speicherplatz, sondern auch der damit verbundenen Reduzierung der Kosten angetrieben.

Aktuell versuchen die NAND-Hersteller allerorts, dem Preisverfall von Flashspeicher entgegenzuwirken, so hat Micron erst kürzlich bekanntgegeben, seine NAND-Produktion noch stärker als zunächst geplant zurückzufahren. Ein Zusammenhang mit dem Handelskrieg zwischen den USA und China sowie der Situation rund um Huawei ist aber ebenso denkbar. Huawei rechnet mit einem Absatzrückgang von bis zu 60 Millionen Smartphones, entsprechend weniger NAND-Flash würde benötigt.

Auch Western Digital hat seine NAND-Produktion zurückgefahren, um der Überversorgung mit NAND-Flash Einhalt zu gebieten.