Ohne Micron: Intel entwickelt 144-Layer-NAND und 3D XPoint Gen 2

Wie geht es nach der Trennung vom langjährigen Partner Micron in Intels Speichersparte weiter? Auf diese Frage hat Intel weitere Antworten geliefert. Der erste eigene 3D-NAND wird 144 Layer und vier Bit pro Speicherzelle (QLC) bieten. In Rio Rancho (New Mexico) arbeitet Intel an der zweiten Generation 3D XPoint für Optane.

Storage: Intel setzt auf QLC-3D-NAND mit 144 Layern

Die dritte Generation 3D-NAND mit 96-Layer-Technik ist die letzte, die Intel und Micron gemeinsam entwickelt haben. Ab Ende Oktober 2019 ist das Joint-Venture IM Flash Technologies offiziell Geschichte.

Intel hat jetzt gegenüber Medienvertretern die Pläne für die vierte Generation respektive die erste eigene Generation 3D-NAND grob umrissen. Demnach setzt Intel weiterhin auf eine Floating-Gate-Architektur, erhöht aber die Anzahl der Speicherschichten auf insgesamt 144 Layer. Auf Nachfrage der Redaktion hat Intel bestätigt, dass es sich, wie schon zuvor, nicht um ein monolithisches Design handelt. Stattdessen werden mehrere Layer-Türme übereinander gestapelt. Näher ins Detail wollte Intel dabei aber noch nicht gehen. Denkbar ist, dass nun drei 48-Layer-Stapel vorliegen, denn bei Generation drei wurden bereits zwei 48-Layer-Einheiten zum 96-Layer-Produkt vereint. Die Branche spricht bei diesem Vorgehen von String- oder Array-Stacking.

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Während Intel für schnelle SSDs mit 3D XPoint eine andere Speichertechnik vorgesehen hat, liegt der Fokus beim 3D-NAND auf einer hohen Datendichte und niedrigen Kosten pro Bit. Daher überrascht nicht, dass Intel erneut auf das QLC-Prinzip mit vier Bit pro Speicherzelle setzt. Die neuen 144-Layer-Chips sollen, wie schon die 96-Layer-Pendants 1.024 Gigabit, also rund ein Terabit Speicherplatz bieten, dürften aber deutlich kleiner in der Fläche ausfallen.

Im Rennen um den Titel des ersten 1xx-Layer-Speichers streiten sich SK Hynix mit seinem 128-Layer-„4D-NAND“ sowie Samsung mit dem V-NAND v6. Die höchste Speicherkapazität pro Chip liefern bisher Toshiba und Western Digital mit 1,33 Terabit.

Intel 665p kommt noch mit 96-Layer-Flash

Bevor SSDs mit dem neuen 144-Layer-Flash in der Produktfamilie „Arbordale+“ erscheinen, wird Intel schon bald die Client-SSD 665p mit 96-Layer-QLC-Flash auf den Markt bringen („coming soon“). Dem Namen nach handelt es sich um einen Nachfolger der Intel SSD 660p, die als erste QLC-SSD für Privatkunden noch 64-Layer-Chips nutzte. Zumindest ein Speicherupdate deutet sich somit an.

3D-NAND-Architektur auch für 5 Bit pro Zelle (PLC)

QLC-Flash hat auch seine Nachteile, denn vier Bit pro Zelle bedeuten, dass in der Zelle 16 verschiedene Spannungslevel unterschieden werden müssen, was große Herausforderungen an Controller und Fehlerkorrektur stellt und potenziell eine niedrigere Haltbarkeit und Leistung als bei TLC-NAND mit drei Bit bedeutet.

Im Vergleich zur Konkurrenz (Samsung, Toshiba, SK Hynix), die auch bei QLC-3D-NAND auf eine Charge-Trap-Flash-Architektur (CTF) setzt, verwendet Intel das Floating-Gate-Prinzip (FG) für die Speicherzellen. In puncto Datenerhalt (data retention) bei QLC-Speicher sieht Intel die FG-Technik gegenüber CTF im Vorteil. Denn die von Zeit und Temperatur beeinflusste Verringerung der Lesbarkeit der Daten falle bei FG-QLC-NAND weniger gravierend aus, wie eine Grafik veranschaulicht.

Die Floating-Gate-Technik eigne sich auch für kommenden Speicher des Typs Penta-Level Cell (PLC) mit 5 Bit pro Speicherzelle und einer nochmaligen Verdoppelung der zu unterscheidenden Spannungslevel auf 32, erklärte Intel. Die Frage, wann mit PLC-3D-NAND zu rechnen ist, blieb allerdings unbeantwortet. Auch andere Hersteller wie Toshiba und Western Digital haben PLC-Speicher auf dem Schirm, aber noch nicht auf einer öffentlichen Roadmap stehen.

Micron kehrt der bisherigen FG-Architektur hingegen den Rücken und wird bei seiner kommenden 3D-NAND-Generation auf eine Kombination aus Replacement-Gate- und Charge-Trap-Flash-Technik setzen.

Zweite Generation 3D XPoint kommt aus New Mexico

Wie sich schon angedeutet hatte, wird Intel den schnellen 3D-XPoint-Speicher nach der Trennung von Micron in Eigenregie in der Fab 11X in Rio Rancho, New Mexico weiterentwickeln. Dort wird bereits an der zweiten Generation 3D XPoint gearbeitet, die künftig als Optane-DIMM (Barlow Pass) und als Optane-SSD (Alder Stream) Verwendung finden wird. Eckdaten zur neuen Generation verriet Intel bisher nicht.

Die Roadmap der Optane-Produkte knüpft Intel dabei an die Plattform-Roadmap der Server-Prozessoren: Den kommenden Cooper Lake-SP und Ice Lake-SP stellt Intel Barlow Pass als nichtflüchtige RAM-Ergänzung (Persistent Memory), Alder Stream für schnelle PCIe-SSDs mit 3D XPoint sowie unter anderem Arbordale+ mit 144-Layer-Flash als Massenspeicher zur Seite. Die neuen Plattformen stehen für das Jahr 2020 auf der Roadmap.

Intel räumte allerdings ein, dass nur die Forschung und Entwicklung von 3D XPoint künftig in Eigenregie erfolgt. Eigene Produktionskapazitäten besitzt Intel für diesen Speicher nicht, da die 3D-XPoint-Speicherfabrik in Lehi, Utah vollständig in den Besitz von Micron übergeht. Nach der Trennung wird Intel zum Großabnehmer der 3DXP-Produktion von Micron, das auch eigene Produkte mit 3D XPoint voraussichtlich im kommenden Jahr anbieten will.

Alder Stream: Optane-SSDs nochmals beschleunigt

Bei Latenz und IOPS im Zeitverlauf schlagen Intels Optane-SSDs herkömmliche NAND-Flash-SSDs bereits um Längen. Mit der SSD-Familie Alder Stream auf Basis der zweiten Generation 3D XPoint soll die Leistung dennoch weiter gesteigert werden. Mit einer Grafik verspricht Intel weitaus mehr als die rund 500.000 IOPS der Optane P4800X (Test); mehr als 800.000 IOPS sind zu erwarten, dort ist die X-Achse im Diagramm abgeschnitten. Zudem soll die Latenz beim Lesen mit zunehmender IOPS-Zahl weitaus sanfter ansteigen als bei der vorherigen Generation.

Der Optane DC Persistent Memory soll sich wiederum aus der Nische für Server lösen und „bald“ auch im Bereich Workstation Verwendung finden. Für die Zukunft plant Intel die Ausweitung auf den klassischen Client-Sektor und arbeitet mit Microsoft an der passenden Infrastruktur auf Seiten des Betriebssystems.

Im Press-Briefing zum Memory & Storage Day sprach Intel davon, dass das Ökosystem für den Optane-Speicher stetig wachse, es aber seine Zeit brauche, bis der neue Speichertyp zum Massenprodukt aufsteigt.

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ComputerBase hat Informationen von Intel zu diesem Artikel unter NDA erhalten. Die einzige Vorgabe war der frühestmögliche Veröffentlichungszeitpunkt. Eine Verpflichtung zur Veröffentlichung bestand nicht.