Kioxia i Sandisk pokazują pamięć NAND, która bije rekordy gęstości. Ma aż 332 warstwy

Rynek pamięci masowej właśnie dostał kolejny mocny sygnał, że pojemność dysków SSD będzie mogła rosnąć bez proporcjonalnego zwiększania ich rozmiarów. Kioxia i Sandisk zaprezentowały nową generację pamięci 3D NAND BiCS10 QLC. Producentom udało się upakować dane z gęstością przekraczającą 37 Gb/mm², a pojedynczy układ ma 332 aktywne warstwy.

To jeden z najbardziej ambitnych projektów pamięci NAND pokazanych do tej pory. Nowa konstrukcja została przygotowana przede wszystkim z myślą o centrach danych, gdzie rośnie zapotrzebowanie na ogromne ilości przestrzeni dla danych generowanych przez sztuczną inteligencję. Liczy się tam nie tylko sama pojemność, ale również przepustowość pamięci, zużycie energii i koszt przechowywania każdego terabajta.

332 warstwy w jednym układzie

Nowa pamięć nosi oznaczenie BiCS10 3D QLC NAND i wykorzystuje technologię produkcji rozwijaną wspólnie przez Kioxia i Sandisk. Największą uwagę przyciąga liczba 332 aktywnych warstw. W technologii 3D NAND komórki pamięci są układane jedna nad drugą. Zwiększanie liczby warstw pozwala producentom zwiększać liczbę przechowywanych danych bez konieczności proporcjonalnego powiększania powierzchni układu. W przypadku BiCS10 firma poszła jeszcze dalej, poprawiając również gęstość powierzchniową.

Kioxia i Sandisk deklarują ponad 37 Gb/mm². Według przedstawionych danych jest to najwyższa gęstość powierzchniowa wśród oficjalnie zaprezentowanych układów 3D NAND.

Dla porównania wcześniejszy wariant BiCS10 wykorzystujący pamięć TLC osiągał ponad 29 Gb/mm². Nowa wersja QLC pozwala więc wyraźnie zwiększyć ilość danych przechowywanych na tej samej powierzchni krzemowego układu.

Liczba warstw NAND

	Sandisk/Kioxia	Sandisk/Kioxia	Kioxia/Sandisk	SAMSUNG	SAMSUNG	Mikron	SK hynix	YMTC	YMTC
Generacja	BiCS10	BiCS10	BiCS 8	Wersja 10	Wersja 9	Generacja 9 (G9)	Generacja 9	?	Xtacking 3.0/Gen 4
Warstwy	332-warstwowy	332-warstwowy	218-warstwowy	4xx-warstwa	290-warstwowy (?)	276-warstwowy	321-warstwowa	232-warstwowy	232-warstwowy
Gęstość	>37 Gb/mm^2	>29 Gb/mm^2	22,9 Gb mm^2 (?)	28 Gb mm^2	17 Gb mm^2	21,0 Gb mm^2	20 mm^2	>20 Gb mm^2	19,8 Gb mm^2
Architektura	QLC	TLC	QLC	TLC	TLC	TLC	TLC	TLC	QLC
Pojemność matrycy	?	1 Tb	2 Tb	1 Tb	1 Tb	1 Tb	1 Tb	1 Tb	1 Tb
Prędkość wejścia/wyjścia	Do 4800 MT/s	Do 4800 MT/s	Do 3600 MT/s	Do 5600 MT/s	Do 3200 MT/s	Do 3600 MT/s	?	?	?

Szybsza pamięć dla gigantycznych centrów danych

Rekordowa gęstość nie jest jedynym atutem nowej konstrukcji. BiCS10 3D QLC oferuje interfejs o przepustowości sięgającej 4800 MT/s. Producent zastosował także obsługę Separate Command Address, czyli SCA.

Parametry te mają znaczenie szczególnie w serwerach wyposażonych w bardzo pojemne dyski SSD. W takich systemach sama możliwość zapisania ogromnej ilości danych nie wystarcza. Pamięć musi również dostarczać dane z odpowiednią szybkością, zwłaszcza podczas pracy z dużymi zbiorami informacji wykorzystywanymi przez systemy sztucznej inteligencji.

Kioxia i Sandisk zastosowały również technologię PI-LTT. Jej zadaniem jest ograniczenie zużycia energii przez szybkie sterowniki wejścia i wyjścia przy zachowaniu odpowiedniej jakości sygnału.

Dla centrów danych ma to szczególne znaczenie. Tysiące dysków SSD pracujących jednocześnie generują nie tylko ogromny ruch danych, ale również znaczące zapotrzebowanie na energię. Każda redukcja poboru mocy pojedynczego komponentu może przełożyć się na zauważalne oszczędności w skali całej infrastruktury.

Producent nie zdradza jeszcze pojemności układu

Jest jednak jeden istotny szczegół, którego Kioxia i Sandisk na razie nie ujawniły. Firmy nie podały dokładnej pojemności pojedynczego układu BiCS10 3D QLC zaprezentowanego podczas konferencji Future of Memory and Storage.

Na podstawie wcześniejszych konstrukcji można jednak próbować oszacować jego możliwości. Jeśli nowy układ zachowuje podobny rozmiar matrycy i liczbę komórek jak pokazany wcześniej 1-terabajtowy układ BiCS10 TLC, przejście na QLC oraz zastosowanie 332 warstw mogłoby pozwolić osiągnąć około 1,33 TB na pojedynczą matrycę.

To jednak jedynie szacunek. Dopóki Kioxia i Sandisk nie podadzą oficjalnej pojemności, tej wartości nie należy traktować jako potwierdzonego parametru produktu.

QLC ma być sposobem na tańsze terabajty

Nowa pamięć korzysta z technologii QLC, w której pojedyncza komórka przechowuje cztery bity informacji. Takie rozwiązanie pozwala uzyskać większą gęstość niż w przypadku TLC, choć zwykle wiąże się z innymi kompromisami dotyczącymi wydajności i trwałości.

W przypadku centrów danych priorytetem coraz częściej staje się jednak koszt przechowywania ogromnych ilości informacji. Operatorzy potrzebują petabajtów, a nawet eksabajtów przestrzeni dla baz danych, kopii zapasowych, modeli AI i materiałów wykorzystywanych podczas ich trenowania.

Większa gęstość oznacza możliwość zbudowania pojemniejszych nośników przy wykorzystaniu mniejszej liczby komponentów. Producent może dzięki temu ograniczyć koszty infrastruktury pamięci masowej, a jednocześnie zmniejszyć powierzchnię zajmowaną przez urządzenia.

Kioxia i Sandisk liczą również na niższy koszt produkcji w porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami QLC o dużej gęstości. Warunkiem pozostaje osiągnięcie przez BiCS10 zakładanych parametrów produkcyjnych i odpowiedniej wydajności przy masowej produkcji.

AI napędza zapotrzebowanie na pamięć

Jednym z głównych powodów tak szybkiego rozwoju pamięci masowej są systemy sztucznej inteligencji. Centra danych muszą przechowywać ogromne zbiory danych treningowych, modele, kopie ich kolejnych wersji oraz rezultaty działania aplikacji AI.

Rosnące zapotrzebowanie dotyczy także środowisk, w których modele są uruchamiane. Generatywna AI nie kończy się na treningu. Gotowe modele muszą być przechowywane i udostępniane użytkownikom, a infrastruktura musi obsługiwać kolejne porcje danych.

W takiej rzeczywistości klasyczne podejście do zwiększania przestrzeni dyskowej staje się coraz droższe. Możliwość umieszczenia większej liczby bitów na tej samej powierzchni NAND jest jednym z najważniejszych sposobów ograniczania kosztów.

Rekord Kioxii i Sandiska nie kończy wyścigu

BiCS10 QLC pokazuje, jak szybko rozwija się technologia 3D NAND. Kioxia i Sandisk osiągnęły 332 aktywne warstwy oraz ponad 37 Gb/mm² gęstości powierzchniowej, podczas gdy konkurencyjne konstrukcje korzystają z innych liczby warstw i parametrów gęstości.

Samsung, Micron, SK hynix oraz chińscy producenci NAND również rozwijają własne technologie zwiększające liczbę warstw i ilość danych przechowywanych w pojedynczym układzie. Wyścig nie dotyczy jednak wyłącznie liczby warstw.

Równie ważne są szybkość interfejsu, zużycie energii, trwałość komórek, możliwości produkcyjne oraz koszt pojedynczego terabajta. Dopiero połączenie tych parametrów decyduje o tym, czy dana generacja pamięci będzie atrakcyjna dla operatorów centrów danych.

Na razie to technologia dla serwerów

Kioxia i Sandisk wyraźnie kierują BiCS10 3D QLC w stronę rynku centrów danych. To właśnie tam popyt na bardzo pojemne dyski SSD rośnie najszybciej. Nie wiadomo jeszcze, kiedy podobna technologia mogłaby trafić do konsumenckich dysków SSD. Producenci muszą najpierw dopracować proces produkcyjny, wydajność oraz parametry trwałości, a następnie ocenić opłacalność zastosowania nowych układów w urządzeniach przeznaczonych dla zwykłych użytkowników.

Jedno jest już jednak jasne: kolejne generacje pamięci NAND nie muszą zwiększać rozmiaru nośników, aby zaoferować znacznie więcej miejsca. Kioxia i Sandisk pokazują właśnie kierunek, w którym pojedynczy układ pamięci ma przechowywać coraz więcej danych, a centra danych mają zyskać większą pojemność bez proporcjonalnego zwiększania liczby komponentów.

332 warstwy i ponad 37 Gb/mm² to dopiero parametry zaprezentowanej technologii. Prawdziwy test przyjdzie wraz z masową produkcją i pierwszymi dyskami SSD wykorzystującymi BiCS10 QLC.