制造商推动 3D NAND 闪存的进一步发展

全球存储市场对 NAND 闪存的需求不断增长。这项技术已经通过许多发展得到满足，不仅体现在当今闪存控制器的能力上，而且还体现在 3D NAND 架构上。随着工业物联网 (IIoT)、智能工厂、自动驾驶汽车和其他数据密集型应用的不断发展，这些要求严苛的应用的数据存储要求变得更具挑战性。

Hyperstone 营销传播经理 Lena Harman 在接受采访时承认，3D NAND 闪存正在向前迈出一大步。近年来，新的内存技术取得了巨大的进步，并为 SSD 中使用的现有 2D NAND 内存技术提供了一种有趣的替代方案。

“NAND 闪存正在全球范围内接管数据存储，”Harman 说。 “它主导着我们的未来，推动了新的发展，并且在过去的二十年里取得了强劲的增长。对更高容量的持续需求影响了 NAND 闪存制造商优化他们的工艺，以使每个单元能够存储更多位并缩小特征尺寸。虽然我们现在拥有 3D 架构，但可以缓解一些挑战。 NAND 闪存“没有大脑”，并且存在固有的缺陷，这就是为什么它需要一个闪存控制器来管理数据传输带来的所有复杂性。”

在将数据从主机接口（连接到系统）传输到 NAND 闪存时，闪存控制器充当中间人/数据管理系统。根据接口/外形因素，闪存控制器在其设计中必须考虑不同的协议才能正常运行，这就是我们为不同接口（例如 USB、SATA、CF PATA、SD）开发许多不同控制器的原因。

3D 技术：浮栅与电荷陷阱技术

2D NAND 闪存技术具有快速访问时间、低延迟、低功耗、稳健性和小外形尺寸。此类重大技术进步旨在通过结构小型化降低成本。然而，在 15nm 达到的限制在数据读出期间的错误以及降低的稳健性和数据完整性方面带来了新的挑战。因此，创新正朝着三维 NAND 闪存（3D NAND）的方向发展，并增加每个单元的位数。在3D NAND闪存中，多层闪存单元堆叠在一起。

3D NAND 闪存

3D NAND 存储器技术为供应商和客户提供了众多优势。更高的内存密度确保闪存供应商能够以相同的产量生产具有更高容量和更多千兆字节的硅晶片设备。 3D NAND 是一种闪存数据存储技术，涉及多层硅切割、堆叠存储单元以增加密度，并通过减少相邻单元的干扰使单元跨越每一层。 3D NAND 的生产过程也没有其他替代技术那么复杂，因为它使用相同的材​​料但稍作修改即可生产简单的 NAND。迄今为止，两种方法已经成为标准：浮栅和电荷俘获。

使用浮栅方法，电荷通过位于沟道和控制栅之间的电隔离浮栅存储。在电荷俘获结构中，电荷被保持在俘获中心内，俘获中心由一层氮化硅组成。

无论使用的技术是电荷陷阱还是浮栅，从任何给定主机系统发送到 NAND 闪存的数据都需要由闪存控制器管理。这就是为什么高度可靠的控制器是高性能系统不可或缺的一部分。 3D 架构为高密度闪存开辟了道路，但基于此技术的存储应用程序现在对更高级别的可靠性和数据保留的需求日益增长，这只能通过高端控制器来实现。归根结底，闪存控制器的选择是实现更高耐用性和使用寿命的关键。

当前的 3D 架构使用多达 176 层。虽然目前似乎对层数没有任何严格的物理限制，但比这更进一步可能需要结合不同的开发方法来堆叠 3D 模具。过去十年 3D 架构的发展使得大容量闪存驱动器在全球范围内更容易实现。虽然这项技术在性能、寿命和使更高密度电池（TLC、QLC）更可靠的能力方面带来了许多优势，但它也伴随着复杂且极其昂贵的制造工艺。

闪存控制器

控制器使用标准接口提供主机和 NAND 闪存之间的接口，但没有物理连接器所需的成本和空间。 Hyperstone U9 系列闪存控制器连同所提供的固件，为工业、高耐用性和稳健的闪存驱动器或模块提供了易于使用的统包解决方案，可与具有 USB 3.1 SuperSpeed 5 Gbps 接口的主机系统兼容。 Hyperstone 内存控制器中的纠错功能采用名为 FlashXE（eXtended Endurance）的专有技术。

FlashXE 基于 Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) 码实现纠错，控制器还具有辅助纠错模块，该模块使用广义级联码 (GCC) 提供可与 LDPC（低密度）相媲美的最先进的纠错奇偶校验码）。当固态驱动器直接在主机 PCB 上使用分立组件实现时，这种方法称为板载磁盘 (DoB)。 DoB 方法非常适合深度嵌入式存储。它还具有许多优点，使其在其他使用场景中具有吸引力。使用分立元件代替成品降低了总成本，并使制造商可以完全控制物料清单 (BoM)。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站 EE Times Europe。