Micron B58R mit 232 Layern: Der fortschrittlichste 3D-NAND geht in Serie und beeindruckt

Micron beginnt mit der Massenfertigung des 232-Layer-NAND. Der NAND-Flash-Speicher für Produkte wie SSDs und Smartphones ist der fortschrittlichste seiner Art. Das untermauert Micron mit eindrucksvollen Details.

Im Mai hatte Micron seinen 3D-NAND mit erstmals mehr als 200 Schichten vorgestellt, während die Konkurrenz noch maximal 176 Layer in Serie fertigt. Die Zahl der Ebenen allein sagt nicht viel über die Eigenschaften wie Leistung und Kosten aus; dennoch beweist Micron einen Vorsprung auch abseits der Layer-Zahl. Das untermauern nun nähere Details, die Micron parallel zum Start der Massenfertigung des 232-Layer-NAND alias B58R offenbart.

Die höchste Flächendichte für TLC-NAND

Bei einem der wichtigsten Parameter, nämlich der Flächendichte (Bit pro Fläche), eilt Micron der Konkurrenz davon. Erstmals wird TLC-NAND (3 Bit pro Zelle) mit einer Speicherkapazität von 1 Tbit pro Die in Serie gefertigt, das boten bisher nur QLC-Chips mit 4 Bit pro Zelle. Zugleich schreibt sich Micron nun auch die bisher höchste Flächendichte von 14,6 Gbit/mm² auf die Fahne. Das ist noch einmal 35 Prozent mehr als der vorherige Spitzenreiter, der 512-Gbit-TLC-NAND von SK Hynix mit 176 Layern und 10,8 Gbit/mm². Micron erreicht somit fast das Niveau von QLC-NAND mit der höchsten Flächendichte, wie das nachfolgende Diagramm verdeutlicht.

Wie hoch die Flächendichte bei der zu erwartenden QLC-Variante des 232-Layer-NAND von Micron ausfällt, wird zwar heute noch nicht verraten, sie dürfte aber einen absoluten Rekord markieren.

Mit nur noch 11,5 x 13,5 mm fallen die Chipgehäuse (Package), in denen die 3D-NAND-Chips untergebracht werden, zudem 28 Prozent kleiner als das 176-Layer-Package (B47R) des Herstellers aus, erklärt Micron. Damit handele es sich um „das kleinste verfügbare High-Density-NAND“. Dies verringere „den Platz auf der Platine für eine Vielzahl von Anwendungen“.

Die neue Architektur

Erneut setzt Micron auf zwei übereinander gesetzte Layer-Türme (Array oder String Stacking), womit einer davon aus 116 Layern besteht. Beim 176-Layer-NAND kommen entsprechend zwei 88-Layer-Türme zum Einsatz. Ob Micron die Dicke der Layer nochmals reduzieren konnte, ist nicht bekannt. Dass die Logikschaltkreise in eigener Ebene unter den Speicherschichten sitzen (CMOS under Array, CuA), um Fläche zu sparen, ist längst gängige Praxis.

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Bekanntlich profitiert die Leistung von einer Aufteilung des NAND-Dies in mehrere Bereiche, die sogenannten Planes. Durch den parallelen Zugriff auf mehrere Planes steigt der Durchsatz. Waren bisher bei TLC-NAND maximal 4 Planes üblich, erhöht Micron beim 232-Layer-NAND auf deren 6. Der demnach „weltweit erste 6-Plane-TLC-NAND“ in Serienfertigung soll In Kombination mit der deutlich beschleunigten internen NAND-Schnittstelle die Leistung des NAND-Flash deutlich erhöhen.

ONFI 5.0 mit 2.400 MT/s

Mit der neuesten Version des Open NAND Flash Interface (ONFI 5.0) steigt der I/O-Durchsatz von bereits hohen 1.600 MT/s bei der 176L-Generation von Micron auf nun 2.400 MT/s und somit um satte 50 Prozent. Auch dies erreicht noch kein 3D-NAND der Konkurrenz. Kioxia will gegen Jahresende beim BiCS6-NAND und Samsung erst bei seiner übernächsten Generation V-NAND V8 ebenfalls auf 2.400 MT/s erhöhen.

	Micron B58R	Kioxia/WD BiCS6	Kioxia/WD BiCS5	Samsung V8	Samsung V7	Samsung V6	SK Hynix V7	SK Hynix V6
Typ (Bit/Zelle)	TLC (3 Bit)
Kapazität	1 Tbit		512 Gbit	1 Tbit/512 Gbit	512 Gbit
Planes	6	4
Layer (WL)	232 (2×116)	162 (2×81)	112 (2×56)	200+ (?)	176 (2×88)	128	176 (2×88)	128 (2×64)
Die-Fläche	~70 mm²	98 mm²	66 mm²	?	~60 mm²	101,58 mm²	~47 mm²	~66 mm²
Dichte	14,6 Gb/mm²	10,4 Gb/mm²	7,8 Gb/mm²	?	8,5 Gb/mm²	5,0 Gb/mm²	10,8 Gb/mm²	7,8 Gb/mm²
Read (tR)	?	50 µs	56 µs	?	40 µs	45 µs	50 µs	56 µs
Program	?	160 MB/s	132 MB/s	164 MB/s (?)	184 MB/s	82 MB/s	168 MB/s	132 MB/s
I/O	2,4 Gb/s	2,0 Gb/s	1,066 Gb/s	2,4 Gb/s	2,0 Gb/s	1,2 Gb/s	1,6 Gb/s	1,066 Gb/s

Auf Chipebene soll Microns neuer 3D-NAND dank dieser Anpassungen Daten um bis zu 75 Prozent schneller Lesen und sogar bis zu 100 Prozent schneller schreiben. Konkrete Werte nennt Micron aber nicht. Andere haben solche Details stets im Rahmen der jährlichen ISSCC verraten, an der Micron aber schon länger nicht mehr teilnimmt.

Aber schon Microns 176-Layer-NAND ist momentan die erste Wahl für High-End-SSDs im Client-Bereich. Waren SSDs wie die Corsair MP600 Pro (Test) mit Phison E18-Controller bereits sehr schnell, machte die Kombination mit dem schnellen 176-Layer-NAND von Micron alias B47R noch mehr Leistung frei, wie SSDs wie die Seagate FireCuda 530 (Test) zeigen. Auch SSDs mit dem ebenfalls schnellen Innogrit-Controller IG5236 legen mit dem Micron-NAND noch einen Zahn zu. Die Erwartungen an den Nachfolger sind entsprechend hoch.

ONFI 5.0 ist nicht nur schneller

Zum neuen ONFI-5.0-Standard mit 2.400 MT/s zählt auch die Schnittstelle NV-LPDDR4, die mit reduzierter Spannung pro übertragenem Bit etwa 30 Prozent Energie einsparen soll. Dadurch und durch die hohe Flächendichte und den geringen Platzbedarf eigne sich der neue Micron-NAND auch besonders gut für „mobile Anwendungen und Einsätze im Rechenzentrum und an der Intelligent Edge“, so der Hersteller. Eine Abwärtskompatibilität, um etwa ältere Controller zu unterstützen, bestehe allerdings.

Verfügbarkeit und erste Endprodukte

Micron gibt an, dass der 232-Layer-NAND bereits an Kunden ausgeliefert wird. Parallel werden Produkte der Tochtermarke Crucial damit bestückt. Welche dies sind, bleibt aber noch zu klären. Entsprechende Ankündigungen sollen gesondert erfolgen.

ComputerBase hat Informationen zu diesem Artikel von Micron unter NDA erhalten. Die einzige Vorgabe war der frühestmögliche Veröffentlichungszeitpunkt.