3D NANDフラッシュの進化：メーカーが容量、信頼性、性能の限界に挑戦

グローバルストレージ市場は、IIoT、スマートファクトリー、自動運転車、エッジアナリティクスなどデータ集約型アプリケーションの絶え間ない成長により、NANDフラッシュへの需要が急増しています。これらのユースケースが進化するにつれ、より高い容量、より高速なアクセス、より高い信頼性への要求が、メーカーをより洗練されたアーキテクチャへと駆り立てています。

最近のインタビューで、Hyperstoneのマーケティングコミュニケーションマネージャー、レナ・ハーマン氏は、3D NANDフラッシュがデータストレージの未来をどう形作っているかを強調しました。「NANDフラッシュは急速にグローバルストレージのバックボーンになりつつあります」とハーマン氏は述べます。「その優位性は過去20年間にわたる継続的なイノベーションを促し、メーカーにプロセスフローの改良、セル密度の向上、フィーチャーサイズの縮小を迫りました。3Dアーキテクチャへの移行は、2D NAND固有の多くの課題を緩和しました。」

従来のメモリとは異なり、NANDフラッシュには内蔵ロジックがなく、ホストインターフェースと生メモリセル間のデータフローを調整するフラッシュメモリコントローラーに依存します。コントローラーの設計は、USB、SATA、CF PATA、SDなど各フォームファクタの固有プロトコルに対応し、多様なプラットフォームでの信頼性ある動作を保証する必要があります。

3D NAND：フローティングゲート vs チャージトラップ

2D NANDは優れたアクセスタイム、低レイテンシ、小型フォームファクタを提供しますが、15nmの限界によりエラー率の大幅な上昇とデータ完全性の低下を招きました。3D NANDは複数のセル層を積層することで、個々のセルサイズを縮小せずにストレージ密度を向上させ、これらの問題に対処します。

3D NANDはより高い密度を実現し、サプライヤーが単一シリコンウェーハ上でギガバイト級のデバイスを生産しながら歩留まりを維持できるようにします。アーキテクチャは、干渉を最小限に抑えるために分離されたセル層を積層し、フローティングゲートまたはチャージトラップ技術のいずれかで構築できます。

フローティングゲートセルは、チャネルとコントロールゲートの間に位置する絶縁ゲートに電荷を蓄えます。対照的に、チャージトラップセルは窒化シリコントラップ内に電荷を捕獲します。両アプローチとも、データ完全性と性能を管理する堅牢なフラッシュメモリコントローラーに依存します。

3D NANDの普及に伴い、ハイエンドコントローラーへの需要が急増しています。これらのコントローラーは、高度なエラー訂正スキームと洗練されたデータ管理アルゴリズムを採用することで、耐久性と寿命を向上させます。

現在の3Dスタックは最大176層に達し、物理的な硬い上限はないものの、更なる拡張にはハイブリッド積層技術が必要になる可能性があります。過去10年間で、これらの進歩により高容量ドライブが世界中でよりアクセスしやすくなりましたが、製造は複雑で高コストです。

フラッシュコントローラー：信頼性の高いストレージの要

フラッシュコントローラーはホストコマンドをNAND操作に変換し、かさばるコネクタを不要にしながらインターフェース標準を維持します。HyperstoneのU9ファミリーは、USB 3.1 SuperSpeed（5Gbps）をサポートする産業用高耐久フラッシュドライブとモジュール向けのターンキーソリューションを提供します。そのファームウェアには独自のFlashXE（eXtended Endurance）テクノロジーが組み込まれています。

FlashXEはボーズ・ショードリー・ホクエンヘム（BCH）コードを活用し、LDPCに匹敵するエラー訂正性能を持つ一般化連結符号（GCC）モジュールで補完します。Disk-on-Board（DoB）ソリューションとして導入される場合—ホストPCBに直接半田付けされる個別コンポーネントとして—このアーキテクチャは、ディープエンベディング機能、コスト効率、部品表（BOM）の完全な制御を提供します。

>> この記事はもともと姉妹サイトのEE Times Europeで公開されました。