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3D-NAND: Intel und SK Hynix setzen neue Maßstäbe bei der Flächendichte

17.3.2023 18:41 Uhr

Bild: Micron

Die jährliche International Solid State Circuits Conference bringt immer wieder erste Details zu kommenden Generationen von NAND-Flash-Speicher hervor. So stellen Intel und SK Hynix Speicherchips in Aussicht, die erstmals eine Flächendichte von über 20 Gbit/mm² aufweisen sollen. Die technische Umsetzung ist sehr unterschiedlich.

Intels PLC-NAND (5 Bit) mit größter Flächendichte

Laut Medienberichten hat Intel auf der ISSCC 2023 einen PLC-Speicher (Penta Level Cell) mit 5 Bit pro Speicherzelle präsentiert, der 1,67 Terabit Speicherplatz auf einer Fläche von 73,3 mm² bietet. Daraus resultiert die nach Kenntnis der Redaktion bisher höchste Flächendichte für NAND-Flash von 23,3 Gbit/mm².

Speicherdichte von 3D-NAND (grün: TLC, orange: QLC, rot: PLC, blau: SLC)

- Intel 192L (PLC, 1,67 Tb)
  23,3
- SK Hynix V9 >300L (TLC, 1 Tb)
  20,0
  „>20 Gb/mm²“
- Kioxia/WD BiCS6 162L (QLC, 1 Tb)
  15,1
- YMTC 232L (TLC, 1 Tb)
  15,0
- SK Hynix V7 176L (QLC, 1 Tb)
  14,8
- Micron 232L (TLC, 1 Tb)
  14,6
- Intel 144L (QLC, 1 Tb)
  13,8
- Samsung V8 238L (TLC, 1 Tb)
  11,5
- SK Hynix V8 238L (TLC, 1 Tb)
  11,5
  nicht bestätigt!
- SK Hynix V7 176L (TLC, 512 Gb)
  10,8
- Kioxia/WD BiCS6 162L (TLC, 1 Tb)
  10,4
- Intel/Micron 96L (QLC, 1 Tb)
  8,9
- Kioxia/WD BiCS4 96L (QLC, 1,33 Tb)
  8,5
- Samsung V7 176L (TLC, 512 Gb)
  8,5
- YMTC 128L (TLC, 512 Gb)
  8,5
- SK Hynix V5 96L (QLC, 1 Tb)
  8,4
- Kioxia/WD BiCS5 128L (TLC, 512 Gb)
  7,8
- SK Hynix V6 128L (TLC, 512 Gb)
  7,8
- Samsung V5 92L (QLC, 1 Tb)
  7,5
- Intel/Micron 96L (TLC, 512 Gb)
  6,3
- Kioxia/WD BiCS4 96L (TLC, 512 Gb)
  5,9
- Samsung V6 128L (TLC, 512 Gb)
  5,0
- Samsung Z-NAND 48L (SLC, 64 Gb)
  0,6
- Intel/Micron 3D XPoint (SLC, 128 Gb)
  0,6
  kein NAND-Flash

Einheit: Gigabit pro mm²

Wie schon zuvor setzt Intel auf eine Floating-Gate-Architektur und stapelt nun 192 Zell-Schichten (Layer) übereinander. Obwohl der Konzern zwischenzeitlich seine Flash- und SSD-Sparte an SK Hynix verkauft hat, woraus das Unternehmen Solidigm entstand, das seinerseits die erste SSD mit PLC-NAND präsentiert hatte, geht die Forschung in diesem Segment offenbar auch bei Intel weiter.

SK Hynix will mit 300-Layer-TLC die 20 Gbit/mm² knacken

Die Marke von 20 Gbit/mm² will auch SK Hynix knacken. Statt mehr Bit in die Zellen zu packen setzt SK Hynix weiterhin auf 3 Bit (TLC) in Kombination mit deutlich mehr Zellschichten. Der kommende TLC-NAND soll über 300 Layer aufweisen und damit mehr als 20 Gbit/mm² bieten. Die Speicherkapazität bleibt bei 1 Terabit, was also einen wesentlich kleineren Chip bedeuten muss.

SK Hynix 300+ Layer NAND (rechts) und 238 Layer NAND (links) (Bild: SK Hynix (via Blocks and Files))

Auch in puncto Leistung soll deutlich zugelegt werden. So werden eine Leselatzenz von nur 34 µs und ein Schreibdurchsatz auf Chipebene von 194 MB/s angeführt. Der demnächst in Serie gefertigte 238-Layer-NAND von SK Hynix kommt hingegen auf 45 µs und 164 MB/s. Samsungs V7 als bisheriger Spitzenreiter beim Schreiben würde geschlagen werden.

TLC 3D-NAND im Vergleich

	Micron B58R	Kioxia/WD BiCS6	Samsung V8	Samsung V7	SK Hynix V9	SK Hynix V8	SK Hynix V7	YMTC
Typ (Bit/Zelle)	TLC (3 Bit)
Kapazität	1 Tbit		1 Tbit	512 Gbit	1 Tbit		512 Gbit	1 Tbit
Planes	6	4						6
Layer (WL)	232 (2×116)	162 (2×81)	238	176 (2×88)	300+	238 (2×119?)	176 (2×88)	232
Die-Fläche	~70 mm²	98 mm²	?	~60 mm²	?	?	~47 mm²	68 mm²
Dichte	14,6 Gb/mm²	10,4 Gb/mm²	11,5 Gb/mm²	8,5 Gb/mm²	>20 Gb/mm²	11,5 Gb/mm²	10,8 Gb/mm²	15 Gb/mm²
Read (tR)	?	50 µs	45 µs	40 µs	34 µs	45 µs	50 µs	?
Program	?	160 MB/s	164 MB/s	184 MB/s	194 MB/s	164 MB/s	168 MB/s	?
I/O	2,4 Gb/s	2,0 Gb/s	2,4 Gb/s	2,0 Gb/s	2,4 Gb/s		1,6 Gb/s	2,4 Gb/s