V-NAND V9: Samsung hat das schnellste Interface und die kleinsten Zellen

Die Berichte im Vorfeld sollten Recht behalten: Samsung hat jetzt verkündet, mit der Serienfertigung seiner neunten Generation 3D-NAND alias V-NAND V9 begonnen zu haben. Bei der Flächendichte will Samsung nun alle schlagen und bietet zudem das schnellste Interface mit 3,2 Gbit/s.

Samsung war viele Jahre der Konkurrenz mindestens einen Schritt voraus und bot den fortschrittlichsten NAND-Flash-Speicher der Branche. Doch in den letzten Jahren hat die Konkurrenz aufgeholt und jüngst sogar überholt, sodass etwa der 232-Layer-NAND von Micron der neue Maßstab war.

Insbesondere bei der in Gigabit pro Quadratmillimeter gemessenen Flächendichte, also der Speicherkapazität in Relation zur Chipgröße, geriet Samsung ins Hintertreffen. Dabei ist diese ein wesentlicher Faktor für die Kosten pro Bit. Dafür hatte Samsung aber bisher an der monolithischen Bauweise mit einzelnem Layer-Turm (Single-Stack) festgehalten, was seinerseits Herstellungskosten durch weniger nötige Arbeitsschritte einspart.

Samsung mit Double-Stack und kleinsten Zellen

Ab Generation V9 geht Samsung neue Wege und wechselt ebenfalls auf ein Double-Stack-Design mit zwei zusammengesetzten Türmen aus zahlreichen Ebenen mit Speicherzellen. In der heutigen Pressemitteilung verrät Samsung nicht, wie viele Layer der V-NAND V9 besitzt. Im Vorfeld hatte Samsung einmal von 280 Layern gesprochen, an anderer Stelle war von 290 Layern die Rede.

With the industry’s smallest cell size and thinnest mold, Samsung improved the bit density of the 9th-generation V-NAND by about 50% compared to the 8th-generation V-NAND. New innovations such as cell interference avoidance and cell life extension have been applied to enhance product quality and reliability, while eliminating dummy channel holes has significantly reduced the planar area of the memory cells.

In addition, Samsung’s advanced “channel hole etching” technology showcases the company’s leadership in process capabilities. This technology creates electron pathways by stacking mold layers and maximizes fabrication productivity as it enables simultaneous drilling of the industry’s highest cell layer count in a double-stack structure. As the number of cell layers increase, the ability to pierce through higher cell numbers becomes essential, demanding more sophisticated etching techniques.

Samsung

In jedem Fall besitzt Samsung jetzt wieder die meisten Layer beim serienreifen 3D-NAND und will auch bei der Flächendichte den Wettbewerb überbieten. Auch hier gibt es keine konkreten Angaben, doch spricht Samsung von einer um etwa 50 Prozent erhöhten Bit-Dichte im Vergleich zur vorherigen Generation V8. Mit dieser Angabe lässt sich also zumindest grob rechnen. Samsung spricht zudem von den kleinsten Speicherzellen der Branche. Im direkten Vergleich auf dem Papier kann sich Samsung damit deutlich von der V8 abheben.

	Micron B58R	Kioxia/WD BiCS6	Samsung V9*	Samsung V8	SK Hynix V9	SK Hynix V8	YMTC
Typ (Bit/Zelle)	TLC (3 Bit)
Kapazität	1 Tbit
Planes	6	4	?	4			6
Layer (WL)	232 (2×116)	162 (2×81)	280-290 (2×?)	238	321 (3×107)	238 (2×119?)	232
Die-Fläche	~70 mm²	98 mm²	~60 mm²	89 mm²	?	89 mm²	68 mm²
Dichte	14,6 Gb/mm²	10,4 Gb/mm²	~17 Gb/mm²	11,5 Gb/mm²	>20 Gb/mm²	11,5 Gb/mm²	15 Gb/mm²
Read (tR)	?	50 µs	?	45 µs	34 µs	45 µs	?
Program	?	160 MB/s	?	164 MB/s	194 MB/s	164 MB/s	?
I/O	2,4 Gb/s	2,0 Gb/s	3,2 Gb/s	2,4 Gb/s	2,4 Gb/s		2,4 Gb/s
*Eckdaten teils unbestätigt, respektive Schätzungen

Höchste Flächendichte in der Branche?

Der TLC-NAND der Generation V8 besitzt eine Flächendichte von 11,5 Gbit/mm². Bei 50 Prozent Zuwachs würden sich für den TLC-NAND der Gen V9 also 17,25 Gbit/mm² oder rund 17 Gbit/mm² ergeben. Das wäre vorerst in der Tat die höchste Flächendichte der Branche bei TLC-NAND, denn der 321-Layer-NAND von SK Hynix soll erst nächstes Jahr in die Massenproduktion gehen und dann sogar mehr als 20 Gbit/mm² bieten. Die Speicherkapazität pro Chip bleibt laut Samsung bei 1 Tbit, umgerechnet hätte ein Chip damit eine Fläche von etwa 60 mm².

Das bis dato schnellste Interface

Was der V-NAND in puncto Leistung zu bieten hat, gilt es abzuwarten. Bei der I/O-Schnittstelle der Speicherchips gibt es zumindest ein neues Maximum, was potenziell sehr hohe sequenzielle Datenübertragungsraten ermöglicht. Denn statt der 2,4 Gbit/s bei V8 und auch bei Microns B58R geht es um 33 Prozent auf 3,2 Gbit/s hinauf. Das neue Interface heißt bei Samsung Toggle 5.1. Damit will Samsung dann auch neue High-End-SSDs mit PCIe 5.0 realisieren. Im Consumer-Bereich bietet Samsung das schlicht bisher nicht. Es wäre also ein Nachfolger der Samsung 990 Pro (Test) mit dem neuen Speicher zu erwarten. Die derzeit auf Aliexpress verkaufte „1080 Pro“ ist aber nur eine dreiste Fälschung zum Spottpreis, warten oder auf die 990 Pro zu setzen ist dementsprechend anzuraten.

Along with this new interface, Samsung plans to solidify its position within the high-performance SSD market by expanding support for PCIe 5.0.

Samsung

Leistungsaufnahme verbessert

Der neue Speicher soll nach Angaben des Herstellers zudem 10 Prozent weniger Energie benötigen und Verbesserungen für „Low-Power“ Designs mit sich bringen. Was das für die Praxis bedeutet, bleibt abzuwarten.

Auf TLC folgt QLC mit gewaltiger Dichte

Nach der heute in die Serienfertigung geschickten TLC-Version mit 3 Bit pro Speicherzelle will Samsung die zuvor schon angekündigte QLC-Variante mit 4 Bit pro Zelle folgen lassen. Diese ist für das zweite Halbjahr geplant. Hier hatte Samsung im Rahmen der ISSCC schon Details verraten und von „A 280-Layer 1Tb 4b/cell 3D-NAND Flash Memory with a 28.5Gb/mm² Areal Density and a 3.2GB/s High-Speed IO Rate“ gesprochen. Mit 28,5 Gbit/mm² wären sämtliche Konkurrenten um Längen geschlagen. Der 232-Layer-QLC-NAND von YMTC erreicht mit 19,8 Gbit/mm² bisher das Maximum.