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„4D NAND“: Erster 1-TBit-Chip mit 128 Schichten integriert 360 Mrd. Flash-Zellen

| Redakteur: Michael Eckstein

Stapelmeister: Nur acht Monate nach Ankündigung seines 96-lagigen 3D-NAND-Flash-Speichers stellt SK Hynix ein neues Modell mit 128 Lagen vor. Die werbewirksam 4D NAND genannten 1-TBit-Chips befinden sich bereits in der Serienproduktion.

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Schichtarbeit: SK Hynix integriert auf 128 Layern 360 Mrd. NAND-Zellen.
Schichtarbeit: SK Hynix integriert auf 128 Layern 360 Mrd. NAND-Zellen.
(Bild: SK Hynix)

Noch vor seinen Hauptkonkurrenten Samsung, Micron und Toshiba hat SK Hynix einen 128-lagigen 3D-NAND-Speicherchip vorgestellt, der 360 Mrd. TLC-Speicherzellen (Triple Level Cell) vereint und somit 1 TBit Daten speichern kann. Damit ist es aktuell der Chip mit dem branchenweit höchsten Die-Stacking. Aufgrund seiner vierstufigen Architektur nutzt SK Hynix den Begriff „4D NAND“ für sein Produkt. 4D NAND kombiniert nach Angaben des Herstellers erstmals ein 3D-CTF-Design (Charge Trap Flash) mit der PUC-Technologie (Periphery Under Cell). PUC lagert I/O-Strukturen in eine separate Ebene aus.

Mit einer Betriebsspannung von 1,2 V soll der neue Chip maximal 1400 MBit/s übertragen können. Damit zieht das Unternehmen mit Marktführer Samsung gleich, der mit seinem V-NAND v5 genannten Produkt mit 96 Layern dasselbe Tempo erreicht.

Ein Drittel mehr Schichten, 5% geringere Produktionskosten

Obwohl der neue Chip gegenüber seinem 4D-NAND-Vorgänger ein Drittel mehr Speicherzellschichten hat, habe man durch das Optimieren der Herstellungsprozesse die Zahl der Fertigungsschritte um 5% reduzieren können, versichert SK Hynix. Zudem habe man eine „ultra-homogene vertikale Ätztechnologie“, eine „hochzuverlässige Technologie für den Aufbau Mehrschicht-Dünnschichtzellen“ und „ultraschnelles Low-Power-Schaltungsdesign“ für die 4D-NAND-Technologie eingesetzt.

Dadurch sei es möglich gewesen, die die Investitionskosten für den Übergang von 96-Layer- zu 128-Layer- NAND gegenüber der vorherigen Technologiemigration von 72 auf 96 Schichten um 60% zu senken. Im Vergleich zum 96-schichtigen Vorgänger erhöhe das 1-TBit-4D-NAND mit 128 Lagen die Bitproduktivität pro Wafer um 40%.

NAND-Flash mit 176 Schichten bereits in der Entwicklung

SK Hynix hat bereits einen 1-TBit-Chip mit 96 Layern und QLC-Technik (Quad-Level Cell) auf dem Markt. Die TLC-Variante gab es bislang nur mit 96 Lagen und 512 GBit Kapazität. TLC ist gegenüber QLC-basierten Speicherchips robuster und zuverlässiger. Während TLC 3 Bit pro Zelle speichert, sind es bei QLC 4 Bit pro Zelle. Schreib- und Lesevorgänge sind entsprechend komplexer und somit langsamer, zudem verschleißen die Zellen schneller. Derzeit macht TLC mehr als 85% des NAND-Flash-Marktes aus.

Ab der zweiten Jahreshälfte will SK Hynix mit der Auslieferung des 128-schichtigen 4D-NAND-Flash beginnen. Noch in der ersten Hälfte 2020 sollen 1 mm flache UFS-3.1-Bausteine mit bis zu 1 TByte Speicherkapazität auf den Markt kommen, die vornehmlich für den Einsatz in Premium-Smartphones gedacht sind. Darüber hinaus entwickelt SK Hynix bereits die nächste Generation von 4D-NAND-Flash mit 176 Lagen.

Die Chips verkauft SK Hynix primär an andere Hersteller. 2020 will das südkoreanische Unternehmen aber auch Consumer-SSDs mit 2 TByte und „Non-Volatile Memory Express“-(NVMe-)SSDs mit 16 und 32 TByte für Cloud-Rechenzentren auf den Markt bringen. Dafür entwickele man auch eigene Controller und Firmware.

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