Будучи крупнейшим в мире поставщиком 3D NAND как с точки зрения доходов, так и с точки зрения поставок битов, Samsung регулярно внедряет передовые производственные узлы для увеличения плотности битов и емкости своих твердотельных накопителей. На китайском саммите по рынку флэш-памяти компания заявила, что емкость одного SSD может увеличиться до 1 петабайта (ПБ, или 1024 терабайт), но это, очевидно, не произойдет в одночасье.
Согласно отчету A&SMag, Samsung ожидает, что 3D NAND продолжит как физическое, так и логическое масштабирование, а это означает, что размеры ячеек флэш-памяти NAND будут уменьшаться, а количество слоев — увеличиваться, так что каждый слой сможет хранить больше данных. Кроме того, Samsung ожидает более передовые технологии упаковки микросхем 3D NAND. Физические, логические и упаковочные инновации увеличат емкость накопителя до 1 ПБ в течение следующего десятилетия, заявила компания на мероприятии.
Samsung уже давно поставляет одни из самых емких твердотельных накопителей в отрасли. Компания одной из первых запустила массовое производство накопителей емкостью 15,36 ТБ в 2016 году, а затем в 2017 году выпустила продукт емкостью 30,72 ТБ на базе технологии 3D TLC. Стоит упомянуть чрезвычайно высокие цены с точки зрения потребителя, но те, кому нужно много флэш-памяти, могут воспользоваться этими вместительными дисками. Samsung также продемонстрировала твердотельный накопитель емкостью 64 ТБ в 2019 году, а затем продемонстрировала прототип твердотельного накопителя емкостью 128 ТБ на основе 3D QLC NAND в 2021 году, но эти устройства еще не запущены в массовое производство.
На самом деле, в отличие от некоторых своих коллег по отрасли, Samsung довольно консервативно использует память 3D QLC NAND и в настоящее время «исследует способы сделать технологию QLC общедоступной», внедряя инновации в свои контроллеры.
Но Samsung, похоже, признает, что физического масштабирования (уменьшение ячеек NAND и увеличение количества слоев NAND) до ~ 1000 слоев на устройство 3D NAND самого по себе недостаточно для быстрого увеличения битовой плотности флэш-памяти и, следовательно, логического масштабирования (необходимо увеличить количество битов, хранимых в ячейке).
В отличие от Samsung, Kioxia (ранее Toshiba) особенно громко говорила о логическом масштабировании NAND. Еще в 2019 году Kioxia была первым производителем 3D NAND, который обсудил разработку памяти 3D NAND с ПЛК (ячейками пентауровня), способной хранить 5 бит на ячейку (bpc). Команда ученых и инженеров Kioxia продолжила демонстрацию работающей памяти 3D NAND 3D HLC (ячейка гекса-уровня), которая хранила 6 бит на канал в 2021 году. Компания даже выразила мнение, что память 3D NAND 8 бит на канал OLC (ячейка окта-уровня) возможна.
Чтобы хранить шесть битов на ячейку, она должна иметь 64 уровня напряжения, тогда как 8-битная OLC 3D NAND должна иметь 256 уровня напряжения. Увеличение количества битов на ячейку ставит перед производителями множество задач.
Во-первых, им нужно идентифицировать правильные материалы, способные хранить состояния напряжения 64 или 256 и имеющие возможность различать их, чтобы гарантировать, что они не будут друг другу мешать. Во-вторых, они должны иметь возможность производить из такого материала большие объемы. В-третьих, для такой 3D NAND необходимо управлять температурой, однако сделать это все труднее по мере увеличения количества битов на ячейку. Наконец, необходима разработка очень сложных алгоритмов ECC для 3D HLC и 3D OLC NAND, и соответственно, для таких контроллеров потребуется значительная вычислительная мощность. В результате стоимость таких контроллеров может свести на нет все плюсы логического масштабирования 3D NAND.
Samsung столкнется со многими из этих проблем на пути к внедрению твердотельных накопителей емкостью 1 петабайт в течение следующего десятилетия, но на данный момент компания не делится подробностями того, как она надеется совершить этот прорыв.