«Мы рады представить первую в отрасли V-NAND 9 поколения, которая обеспечит скачок в развитии будущих приложений. Чтобы удовлетворить растущие потребности в решениях на основе флэш-памяти NAND, Samsung расширила границы архитектуры ячеек и операционной схемы для нашего продукта следующего поколения, – говорит Сунг-Хой Хур (SungHoi Hur), глава подразделения Flash Product & Technology of the Memory Business компании Samsung Electronics. – Благодаря нашей новейшей V-NAND, компания Samsung продолжит задавать тренд на рынке высокопроизводительных твердотельных накопителей (SSD) высокой плотности, отвечающих потребностям грядущего поколения искусственного интеллекта».

Благодаря наименьшему размеру ячейки и тончайшей пресс-форме, Samsung повысила плотность битов в V-NAND 9 поколения примерно на 50% по сравнению с V-NAND 8 поколения. Для повышения качества и надежности продукции были применены новые инновации, такие как предотвращение помех в ячейках и продление срока службы ячеек, а устранение отверстий в фиктивных каналах позволило значительно уменьшить площадь ячеек памяти.

Кроме того, передовая технология Samsung по «травлению канальных отверстий» демонстрирует лидерство компании в технологических возможностях. Эта технология создает пути для электронов посредством укладки слоев кристаллизатора и максимизирует производительность, поскольку позволяет одновременно сверлить самое большое в отрасли количество слоев ячеек в структуре с двойной укладкой. По мере увеличения количества слоев ячеек способность пробивать их становится все более важной, что требует применения более сложных методов травления.

V-NAND 9 поколения оснащена интерфейсом флэш-памяти NAND нового поколения Toggle 5.1, который поддерживает повышенную на 33% скорость ввода/вывода данных – до 3,2 гигабит в секунду (Гбит/с). Вместе с новым интерфейсом Samsung планирует укрепить свои позиции на рынке высокопроизводительных SSD, расширив поддержку PCIe 5.0.

По сравнению с предыдущим поколением энергопотребление также улучшилось на 10%, благодаря усовершенствованию конструкции с низким энергопотреблением. Поскольку снижение энергопотребления и выбросов углекислого газа становится жизненно важным для клиентов, ожидается, что V-NAND 9 поколения от Samsung станет оптимальным решением для будущих приложений.

Samsung начала массовое производство 1 Тб TLC V-NAND 9 поколения в этом месяце, а во второй половине этого года начнется выпуск модели с четырехуровневыми ячейками (QLC).

Компания Samsung Electronics, мировой лидер в области передовых технологий памяти, как и обещала на конференциях Flash Memory Summit 2022 и Samsung Memory Tech Day 2022, объявила о начале массового производства 1-терабитной (Тб) трехуровневой ячейки (TLC) восьмого поколения Vertical NAND (V-NAND) с самой высокой в отрасли битовой плотностью. При плотности 1 Тб новая V-NAND также обладает самой высокой на сегодняшний день емкостью хранения данных, что позволяет увеличить объем памяти в корпоративных серверных системах нового поколения по всему миру.

«Поскольку рыночный спрос на более плотные и емкие устройства хранения данных подталкивает к увеличению количества слоев V-NAND, компания Samsung применила свою передовую технологию 3D-масштабирования для уменьшения площади поверхности и высоты, избегая при этом интерференции между ячейками, которая обычно возникает при уменьшении масштаба, – говорит Сунг Хой Хур (SungHoi Hur), исполнительный вице-президент подразделения Flash Product & Technology компании Samsung Electronics. – Наше восьмое поколение V-NAND поможет удовлетворить быстро растущий рыночный спрос и позволит нам выпускать более дифференцированные продукты и решения, которые станут основой будущих инноваций в области хранения данных».

Samsung удалось достичь самой высокой в отрасли плотности битов благодаря значительному увеличению производительности битов на пластину. Основанная на интерфейсе Toggle DDR 5.0* – новейшем стандарте флеш-памяти NAND – V-NAND восьмого поколения от Samsung имеет скорость ввода-вывода (I/O) до 2,4 гигабит в секунду (Гбит/с), что в 1,2 раза выше, чем у предыдущего поколения. Это позволит новой V-NAND соответствовать требованиям к производительности PCIe 4.0, а затем и PCIe 5.0.

Ожидается, что V-NAND восьмого поколения станет краеугольным камнем для конфигураций хранения данных, которые помогут увеличить емкость хранения в корпоративных серверах следующего поколения, а также расширит применение данного решения на автомобильном рынке, где надежность особенно важна.

* Примечание: переключение поколений интерфейса DDR – 1.0 (133 Мбит/с), 2.0 (400 Мбит/с), 3.0 (800 Мбит/с), 4.0 (1 200 Мбит/с), 5.0 (2 400 Мбит/с).

Первое в мире решение с трехмерной вертикальной организацией чипов

Если вы посмотрите на крошечный полупроводниковый чип через электронный микроскоп, то увидите целую миниатюрную вселенную. Несмотря на толщину чипа всего в 1 мм, внутри него существуют миллионы тщательно спроектированных пространств для хранения огромных объемов данных.

На протяжении многих лет решения флеш-памяти NAND, предназначенные для хранения данных, имели двумерную (2D) структуру, в которой чипы тиражировались и укладывались на плоской поверхности. Но эти двухмерные структуры имели значительные ограничения с точки зрения объема данных, которые можно было в них хранить.

После масштабных исследований, призванных найти решение этой проблемы, Samsung впервые представила свою технологию флеш-памяти V-NAND (где буква «V» означает вертикальное расположение) – решение, в котором слои ячеек соединяются друг с другом через отверстия в вертикально организованном трехмерном пространстве. Samsung стала первой компанией в мире, которая разработала и выпустила на рынок такое решение для микросхем памяти.

Технология памяти 3D V-NAND дебютировала в 2013 году, создав совершенно новую парадигму полупроводниковой памяти, отличную от памяти с традиционной 2D структурой, которая десятилетиями доминировала в мире электронных хранилищ. Эту техническую трансформацию можно сравнить с ощущениями людей, которые привыкли жить в одно- или двухэтажных домах, и впервые переехали в квартиру в многоэтажном здании.

Технология V-NAND: экспертиза Samsung в области создания полупроводниковых решений

Сегодня решение V-NAND с революционной вертикальной объемной организацией чипов становится отраслевым стандартом.

Но в 2013 году Samsung произвела настоящий фурор, представив на рынке первое V-NAND решение из 24 слоев. Сегодня их количество увеличилось почти до двух сотен, и продолжает постоянно расти. Однако, как и в случае с многоэтажными домами, одним лишь увеличением количества слоев дело не ограничивается.

Возвращаясь к аналогии со зданиями, квартира должна быть просторной, но в то же время, по мере увеличения этажности, должна иметь прочные стены и быть всегда легко доступной – для этого в домах устанавливаются надежные скоростные лифты. Более того, необходимо учитывать уровень шума между этажами, при этом сама высота здания далеко не безгранична.

То же самое относится и к решению V-NAND. Даже если количество слоев одинаково, при более внимательном рассмотрении обнаруживаются незначительные различия в их функциональности и структуре. В мире полупроводников это может иметь первостепенное значение, поскольку даже малейшие различия могут привести к совершенно другому результату.

Самая компактная в мире ячейку памяти, ставшая доступной благодаря технологии однослойного травления (Single-Stack Etching)

Вернемся ненадолго в 2013 год.

Чтобы преодолеть ограничения, присущие планарной двухмерной организации полупроводников, Samsung разработала продукт, в котором ячейки объединены в трех измерениях. В то время, поскольку использовалась однослойная структура, у компании не было необходимости сразу учитывать высоту конечного продукта. Однако вместе с ростом спроса на интегрированные решения с высокой пропускной способностью росло и количество слоев, и инженерам Samsung приходилось учитывать физические ограничения, связанные с габаритами создаваемых микросхем.

Samsung первой задумалась над этой намечающейся проблемой высоты V-NAND и начала разрабатывать соответствующие решения раньше всех остальных производителей. Разработанная компанией 176-слойная микросхема V-NAND памяти 7-го поколения сопоставима по высоте с микросхемой V-NAND 6-го поколения, структура которой насчитывала чуть более сотни слоев. Подобные инновации стали возможны благодаря нашим успехам в разработке самых компактных в мире ячеек памяти.

Samsung удалось уменьшить объем ячейки на 35% за счет уменьшения как площади поверхности, так и ее высоты с помощью инновационной технологии 3D-масштабирования. Компания также научилась контролировать любые интерференции между ячейками, возникающие из-за уменьшения их размеров. Это позволило Samsung уместить больше слоев при меньшей высоте самой микросхемы, что обеспечило компании преимущества в преодолении предполагаемых ограничений.

Samsung – единственная компания в отрасли, обладающая технологией однослойного травления, которая позволяет ей объединять более 100 слоев одновременно и соединять их между собой с помощью более миллиарда отверстий. Благодаря сверхмалому размеру ячеек и запатентованной технологии однослойного травления, Samsung – единственная компания, способная предложить решения V-NAND, состоящие из нескольких сотен слоев ячеек.

Взгляд в будущее: решения V-NAND 7-го и 8-го поколений

Во второй половине этого года Samsung собирается продемонстрировать твердотельный накопитель (SSD) потребительского класса на базе своей микросхемы V-NAND 7-го поколения, решения с наименьшим в отрасли размером ячеек. Ожидается, что это решение V-NAND 7-го поколения будет соответствовать требованиям к производительности интерфейса PCIe как 4-го поколения (PCIe Gen 4), так и более позднего 5-го поколения (PCIe Gen 5), благодаря максимальной производительности ввода-вывода (I / O) на уровне 2,0 гигабит в секунду (Гбит/с). Более того, решение компании будет оптимизировано для многозадачности и для запуска ресурсоемких рабочих нагрузок, позволяя, например, одновременно осуществлять 3D-моделирование и редактирование видео.

Samsung также планирует расширить использование технологии V-NAND 7-го поколения и применять ее в твердотельных накопителях для центров обработки данных. Кроме того, чтобы побудить операторов центров обработки данных к снижению энергопотребления, решение Samsung будет обладать малым энергопотреблением и обеспечит повышение энергоэффективности на 16% по сравнению с решением 6-го поколения.

Сегодня компания уже получила рабочий чип своего решения V-NAND 8-го поколения с более чем 200 слоями ячеек и планирует выводить его на рынок по мере развития потребительского спроса.

Грандиозные перспективы технологии V-NAND от Samsung: более 1000 слоев

В полупроводниковой промышленности ничего не происходит случайно. Разработка ранее неизвестной технологии требует не только времени, но также огромных инвестиций и капиталовложений. Samsung смогла стать мировым лидером в полупроводниковой промышленности, даже несмотря на неудачи и другие проблемы, и сумела сохранить энтузиазм, настрой и чувство долга – именно это позволяет нам добиться лучшей жизни для всех, кто нуждается в подобных инновациях.

Так же, как и в случае первого поколения памяти V-NAND, представленного в 2013 году после более чем десяти лет исследований, компания станет первой, кто преодолеет ограничения по высоте, с которым еще предстоит столкнуться отрасли, и сумеет добиться этого благодаря своей технологии 3D-масштабирования. Даже в будущем, когда решения Samsung V-NAND будут состоять более чем из 1000 слоев, компания продолжит следить за тем, чтобы ее микросхемы памяти были самыми надежными в отрасли.

Новая парадигма расширенной реальности приводит к увеличению роли полупроводников

Сегодня мир переходит к новой парадигме расширенной реальности (XR), которая становится возможной благодаря быстрому развитию технологий. Фактически, пандемия значительно ускорила внедрение технологий XR в нашей повседневной жизни, и сейчас наступает новая эра, в которой пересекаются реальность и киберпространство. Более того, улучшение ИТ-устройств и технологий потребует совершенно нового подхода, который будет полностью отличаться от всего, что мы видели ранее, при этом роль полупроводников будет становиться еще более важной, чем когда-либо прежде.

Несомненно, Samsung будет продолжать свою работу, стремясь сделать общество лучше, и будет внедрять инновационные полупроводниковые продукты, основанные на мощных технологических достижениях. Таким образом, вы можете быть уверены, что драгоценные воспоминания, хранящиеся на ваших электронных устройствах, будут сохраняться еще очень долго.

Дзей Хюк Сон (Jaihyuk Song)

Компания Samsung Electronics объявила о выпуске высокопроизводительного твердотельного накопителя PM1653 с интерфейсом SAS (SAS-4) 24G. Он изготовлен на базе чипов V-NAND шестого поколения (более 100 слоев). Благодаря этой технологии емкость хранилища может достигать от 800 ГБ до 30,72 ТБ. Кроме того, диск обеспечивает вдвое большую скорость по сравнению с предыдущим поколением 12G SAS-3.

Для создания надежной экосистемы SAS 24G на корпоративном рынке также важна готовность системы адаптера шины хоста (HBA). Для обеспечения плавного и быстрого перехода к этой технологии Samsung сотрудничает с ведущим поставщиком HBA-адаптеров Broadcom. Сочетание SSD PM1653 и SAS RAID-продуктов Broadcom нового поколения обеспечивает 5-кратное повышение производительности RAID 5.

Память PM1653 оптимизирована для высокопроизводительных корпоративных серверов, поскольку обеспечивает самую высокую в отрасли скорость произвольного чтения — ключевой показатель производительности серверного хранилища — до 800K IOPS. Ее скорость последовательного чтения достигает 4300 МБ/с, что является максимумом для интерфейса 24G SAS и вдвое превышает показатель накопителя предыдущего поколения PM1643a.

Двухпортовая система нового SSD предоставляет OEM-производителям корпоративных серверов возможность использовать один или оба порта в зависимости от системной среды. Даже если один из них выйдет из строя во время работы, доступ к данным можно осуществить через другой. PM1653 поддерживает платформу 24G и более старую 12G SAS-3.

Samsung предоставила твердотельные накопители PM1653 ряду клиентов и намерена запустить массовое производство во второй половине 2021 года.

Carbon Trust – всемирно признанный некоммерческий орган по сертификации, созданный британским правительством для ускорения перехода к устойчивой низкоуглеродной экономике. Сертфикация Carbon Trust присуждается только после тщательной оценки воздействия выбросов углерода и водопотребления на окружающую среду до и во время производственного цикла, опираясь на международные стандарты^[1].

«Мы очень рады, что наши передовые решения в области технологий памяти не только позволяют решать сложные задачи, но и обладают признанной экологической устойчивостью, – прокомментировал Пак Чхун Хун, исполнительный вице-президент и глава комплекса Giheung Hwaseong Pyeongtaek Complex компании Samsung Electronics. – Samsung продолжит создавать технологии памяти, сочетающие крайне малые размеры с высочайшим уровнем скорости, емкости и энергоэффективности для конечных пользователей во всем мире».

Инновационные полупроводниковые решения Samsung обеспечивают устойчивое производство:

Основанные на V-NAND пятого поколения (90+ слоев) накопители Samsung eUFS 3.0 емкостью 512 ГБ обладают оптимальной скоростью, энергоэффективностью и производительностью, гарантируя вдвое большую емкость и в 2,1 раза большую последовательную скорость четвертого поколения (64 слоя) V-NAND на основе 256 ГБ eUFS 2.1, требуя при этом на 30% меньше рабочего напряжения. Кроме того, V-NAND пятого поколения Samsung использует уникальную технологию литографии, которая пробивает более 90 слоев за один точный шаг. В связи с этим чип получает в 1,5 раза больше уложенных слоев, чем предыдущее поколение, а также размер чипа уменьшается на 25%. Такие инновации позволяют минимизировать общее увеличение углеродных выбросов и водопотребления при производстве каждого слоя модулей V-NAND.

На состоявшейся церемонии Министерство охраны окружающей среды Кореи также присвоило компании Samsung маркировки Экологической декларации продукции (EPD), отметив накопитель eUFS 2.1 емкостью 1 ТБ и V-NAND пятого поколения емкостью 512 ГБ.

Samsung намерена активно внедрять надежные, высокопроизводительные решения памяти во  многие флагманские смартфоны, а также продолжать укрепление отношений с глобальными партнерами для создания технологий памяти следующего поколения.

^[1] PAS 2050 для углеродного выброса и ISO 14046 для водопотребления

Экологический след Samsung eUFS 3.0 емкостью 512 ГБ (Carbon Trust):

* 13,4 кг CO₂ сравнимо с объемом углерода, поглощаемым двумя 30-летними соснами за год

 Полупроводниковые решения Samsung, получившие экологические сертификации:

V-NAND модули Samsung шестого поколения отличаются самой высокой в отрасли скоростью передачи данных, демонстрируя производственное преимущество компании, которое выводит 3D-память на новый уровень.

Благодаря уникальной технологии «травления каналов» от Samsung, новые V-NAND кристаллы получили примерно на 40% больше ячеек, чем одноблочные 9x-модули памяти предыдущего поколения. Это достигается путем формирования электропроводящей 136-слойной структуры, с последующим вертикальным прокалыванием цилиндрических отверстий сверху вниз, в результате чего образуются однородные трехмерные ячейки с технологией ловушки снаряда (charge trap flash, CTF).

По мере увеличения высоты матрицы в каждой ячейке флеш-чипы NAND становятся более подвержены ошибкам и задержкам чтения. Для преодоления этого ограничения Samsung внедрила оптимизированную по скорости конструкцию схемы, которая позволяет достигать максимальной скорости передачи данных: менее 450 микросекунд (мкс) для операций записи и менее 45 мкс для операций чтения. По сравнению с предыдущим поколением новая конструкция обеспечивает повышение производительности более чем на 10% и снижение энергопотребления более чем на 15%.

Благодаря оптимизированному дизайну решения V-NAND следующего поколения смогут получить более 300 слоев, сочетая три ячейки шестого поколения без ущерба для производительности или надежности чипа.

Кроме того, для создания чипа плотностью 256 Гб нового поколения необходимо всего 670 млн сквозных каналов, по сравнению с 930 млн в решениях предыдущего поколения. Это позволило уменьшить размер чипов и сократить число этапов производства, повысив эффективность изготовления на 20%.

Используя функции с высокой скоростью и малой мощностью, Samsung намерена не только расширить возможности использования своих 3D V-NAND-решений в таких типах устройств, как мобильные гаджеты и корпоративные серверы, но и вывести их на автомобильный рынок, где высокая надежность имеет ключевое значение.

«Внедряя передовые технологии 3D-памяти в модели массового производства, мы можем представить линейки памяти, которые обладают значительно большими скоростью и энергопотреблением, — отметил Ке Хён Кёнг (Kye Hyun Kyung), вице-президент департамента флеш-памяти и технологии Samsung Electronics. — Благодаря сокращению цикла разработки продуктов V-NAND следующего поколения мы планируем активно расширять рынок наших высокоскоростных и высокопроизводительных решений на базе 512-гигабитных V-NAND».

В планы Samsung, после выпуска 250-гигабайтных SSD, входит вывод на рынок 512-гигабитных трехбитных V-NAND SSD и eUFS во втором полугодии. Компания также намерена расширить производство мощных высокоскоростных V-NAND-решений шестого поколения на заводе в Пхёнтэке, Корея, начиная со следующего года.

Для справки: Временная шкала массового производства V–NAND

Компания Samsung Electronics, мировой лидер в области современных технологий памяти, объявила о начале массового производства первого в отрасли встраиваемого накопителя Universal Flash Storage (eUFS) 3.0 емкостью 512 ГБ для мобильных устройств нового поколения. В соответствии с требованиями спецификаций eUFS 3.0, представленное решение обеспечивает вдвое более высокую скорость работы по сравнению с предыдущими eUFS накопителями (eUFS 2.1). Новинка будет применяться в будущих смартфонах с ультра-широкими экранами с высоким разрешением.

«Начало массового производства накопителей линейки eUFS 3.0 обеспечивает Samsung огромное преимущество на рынке мобильных устройств нового поколения, где мы представляем память со скоростью чтения, которая раньше была достижима только в ультра-тонких ноутбуках, – говорит Чол Чой (Cheol Choi), исполнительный вице-президент по продажам и маркетингу технологий памяти в Samsung Electronics. – По мере расширения линейки eUFS 3.0, а также с выпуском версии емкостью 1ТБ в этом году динамика на рынке премиальных мобильных устройств будет возрастать».

Samsung начала производство первого в отрасли UFS интерфейса в январе 2015 года, выпустив накопитель eUFS 2.0, который обеспечивал в 1,4 раза более высокую скорость работы по сравнению со стандартной на тот момент памятью eMMC 5.1 (embedded multi-media card). Спустя всего четыре года новейшая память Samsung eUFS 3.0 по своей производительности не уступает памяти в современных ультра-тонких ноутбуках.

В накопителе Samsung eUFS 3.0 емкостью 512ГБ используется восемь 512-гигабитных кристаллов памяти Samsung V-NAND пятого поколения и высокопроизводительный контроллер. Скорость последовательного чтения нового устройства составляет 2100 мегабайт в секунду, что вдвое превышает аналогичный показатель в новейшей uEFS памяти (eUFS 2.1), которая была анонсирована в январе. Скорость чтения нового решения в 4 раза превосходит скорость чтения в твердотельных SATA накопителях и в 20 раз – обычных карт памяти microSD. Таким образом, перемещение целого фильма в Full HD качестве c премиального смартфона на компьютер займет всего порядка трех секунд*. Кроме того, скорость последовательной записи также выросла, увеличившись на 50% до 410МБ/с, что сопоставимо со скоростью записи в твердотельных SATA накопителях.

Скорость произвольного чтения и записи новой памяти на 36% выше, чем в текущей спецификации eUFS 2.1, и составляет, соответственно, 63 000 и 68 000 операций ввода/вывода в секунду (IOPS). С учетом значительного прироста в скорости произвольного чтения и записи, которая более чем в 630 раз превосходит показатели обычных карт памяти microSD (100 IOPS), новая память позволяет одновременно запускать сразу несколько сложных приложений, обеспечивая улучшенную отзывчивость пользовательского интерфейса, особенно в новейшем поколении мобильных устройств.

После старта производства накопителей eUFS 3.0 емкостью 512ГБ и версии емкостью 128ГБ, которые будут запущены уже в этом месяце, Samsung намерена начать производство моделей емкостью 1ТБ и 256ГБ во второй половине этого года, чтобы помочь глобальным производителям устройств реализовывать мобильные инновации будущего.

*Расчеты приведены для передачи фильма в формате Full HD размером 3,7ГБ с мобильного устройства, оснащенного накопителем eUFS 3.0 емкостью 512ГБ, на компьютер с твердотельным NVMe-накопителем.  

** Для справки: сравнение производительности встраиваемой памяти Samsung