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NEO半導體推出X-NAND技術,可替代傳統NAND

2021-08-20 來源:EEWORLD

傳統的NAND往往面臨著功率、性能和成本方面的低效。NEO半導體宣布了最近獲得了一些X-NAND領域的專利,可以克服這些限制。


自從NAND在20世紀90年代初實現商業化和大規模生產以來,開發者一直在尋求提高性能同時降低每比特成本的方法。


NEO半導體公司——-一家生產3D NAND閃存的公司,最近獲得了一項被稱為 "X-NAND "的技術專利,據稱該技術可以解決傳統NAND技術的一些限制。


NAND技術的局限性


現有的NAND技術面臨著一些障礙,包括:


單層單元(SLC)緩存問題

層數限制

頁緩沖器結構不完善

高功率消耗

性能/成本效率低下

 

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典型的NAND閃存單元。圖片來自美光

 

SLC緩存問題


NAND閃存通常與較慢的讀寫速度聯系在一起的原因之一是其傳統的SLC緩存全滿問題。盡管NAND從單級單元(SLC)遷移到三級單元(TLC)和四級單元(QLC)大大降低了芯片成本,并使密度增加了33%,但單元級別的增加對讀寫性能產生了不利影響。因此,這種閃存在人工智能和5G等高性能應用中仍然不可靠。


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各種存儲單元之間的成本和速度比較。圖片由NEO半導體公司提供

 

有限的層數


為了實現更大的讀/寫帶寬和更高的閃存架構性能,制造商通常選擇增加層數。這種解決方案需要將每個平面的位線連接到頁緩沖器上,從而增加芯片的尺寸。


不完善的頁緩沖器架構


傳統的NAND技術的特點是頁緩沖器結構不完善。這種技術需要在每個平面的16KB頁面緩沖器和相應的16KB位線之間建立連接,以執行讀/寫操作。因此,頁緩沖器的數量限制了它的讀/寫規模,導致效率低下。


高功耗


由于其位線電容,NAND技術的耗電量相對較高。因此,它的操作需要更多的電力。它的整體性能也很低,而且其制造成本也很低。


什么是X-NAND?


NEO半導體打算用其最近獲得專利的3D NAND架構(也稱為X-NAND)來解決這些問題。據說這項技術可以實現SLC閃存的高性能和QLC的密度。該公司還聲稱,這一創新技術在降低制造成本的同時,還減少了占地面積,優化了功耗和冷卻能力。


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X-NAND閃存架構。圖片由NEO半導體公司提供

 

X-NAND架構的特點是對傳統的NAND技術進行了多項升級,但其工作原理沒有重大改變。NEO半導體公司宣稱,NAND制造商可以利用現有的NAND工藝實現其技術。


盡管X-NAND的單元/陣列結構和技術與傳統NAND類似,但這種新架構可以更好地支持機器學習、實時分析、網絡安全、5G、VR/AR和其他一些應用的閃存性能。


SLC/QLC并行編程


X-NAND架構通過其新穎的SLC/QLC并行編程解決了SLC緩存易滿的問題,它允許在整個內存容量中以SLC速度對QLC頁面進行數據編程。因此,這種解決方案非常適合于數據中心和NAS,它們需要大量的寫入系統。


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三維NAND的細分。圖片由NEO半導體公司提供

 

16層架構


它的16平面架構允許在芯片層面上實現高并行性。與傳統的NAND不同,傳統的NAND被限制在2到4個平面以實現最佳功能,而X-NAND芯片可以用4到8個NAND芯片提供類似甚至更高的效率和并行性。


X-NAND架構使用2-16個平面,使其性能大幅提高16倍,同時使其芯片成本降低33%。這種靈活性使制造商能夠優化該架構的平面數量,以滿足客戶的性能和芯片成本要求。


據NEO半導體觀察,與傳統的NAND QLC相比,X-NAND QLC架構有以下改進。


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X-NAND與NAND QLC的對比。圖片由NEO半導體公司提供

 

NAND SLC和QLC的改進


與NAND SLC相比,該公司觀察到隨機讀取、隨機寫入、連續讀取和連續寫入速度的改進估計如下。


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X-NAND與NAND SLC相比。圖片由NEO半導體公司提供


該公司通過降低其位線電容實現了與NAND QLC相比的X-NAND QLC改進,從而相應減少了位線RC延遲。其程序驗證時間占程序時間的90%,使程序速度提高了三倍。


有趣的是,將其平面數增加到16導致更高的讀寫帶寬,并且選擇單鎖存QLC讀和多平面QLC程序對順序讀寫速度有顯著的積極影響。


Neo 半導體的專利對閃存意味著什么


NEO 半導體X-NAND包含六種不同的設計解決方案,這項新技術提高了多位線讀寫操作的效率和成本效益,包括:


多BL寫入


多平面QLC程序


程序暫停讀取


多BL讀取


單鎖存器QLC讀取


SLC/QLC并行程序

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