Was ist V-NAND?

V-NAND steht für Vertical NAND und bezieht sich auf die Flash-Architektur, die in Flash-Speichern verwendet wird. Es ist ein relativ neues Konzept, das erst seit 2013 kommerziell hergestellt wird, als Samsung das erste Produkt mit ihm entwickelte.

Vertikales NAND kann auch als 3D-NAND bezeichnet werden und verfügt über Speicherstapel mit vertikal gestapelten Zellen. Dadurch kann eine bestimmte Chipgröße eine höhere Bitdichte aufweisen, als dies sonst der Fall wäre. Dies steht im Gegensatz zu 2D-NAND – der traditionellen Version, bei der Speicherzellen in einer zweidimensionalen Matrix verwaltet werden.

Die Vorteile der 3D-Lagerung liegen auf der Hand – mehr Lagerfläche auf gleicher Fläche, ähnlich wie ein Hochhaus mehr Bürofläche aufnehmen kann als ein einstöckiges Gebäude auf einem gleich großen Grundstück. Außerdem gibt es dank der sehr dünnen Siliziumchips beim Stapeln mehrerer Lagen übereinander keine besonderen Höhenprobleme.

Die Grundlagen von V-NAND

Abgesehen von seiner Struktur und 3D-Form unterscheidet sich V-NAND nicht allzu sehr von normalem NAND. Es ist im Kern ein Logikgatter, das mit zwei ( oder manchmal mehr ) Eingängen und einem Ausgang arbeitet. Mehrere NAND-Gatter sind auf bestimmte Weise angeordnet, um ihren Zweck zu erfüllen. NAND wurde ursprünglich in den 1980er Jahren entwickelt und ist immer noch der beliebteste Typ von Flash-Speicherzellen auf dem Markt. Sein Hauptkonkurrent ist das NOR-Gatter. Obwohl ähnlich aufgebaut, funktionieren NOR- und NAND-Zellen unterschiedlich. Sie verwenden eine andere Logik, um aus den ihnen gegebenen Eingaben Ausgaben zu erstellen. Das Schaltungslayout für NOR-Flash bietet einige Vor- und Nachteile, die zu anderen Anwendungsfällen führen.

Die Eingabe in ein NAND-Gatter erfolgt immer entweder in Form einer 0 oder einer 1, und es gibt immer mindestens 2. Kommerziell finden Sie möglicherweise bis zu 8 Eingaben in einem Gatter – aber zwei sind der Standard. Diese beiden Eingaben werden mit der Wahrheitstabelle des Gatters verglichen, und eine Ausgabe wird basierend auf ihnen erzeugt. Im Fall von NAND-Gattern wird das Ergebnis ( wiederum entweder eine 0 oder eine 1 ) davon bestimmt, wie viele Eingänge eine 1 sind.

Wenn alle Eingänge 1 sind, gibt das NAND-Gatter als Ausgang eine 0 zurück. Wenn ein oder mehrere Eingänge 0 sind, ist der Ausgang 1, egal was passiert. Dies ist das direkte Gegenteil der NOR-Logik. Wenn dort alle Eingänge 0 sind, gibt das Gatter eine 1 zurück. Egal was passiert, wenn irgendein Eingang eine 1 ist, ist der Ausgang 0.

Innovatives V-NAND

Diese Technologie befindet sich mittlerweile in der 8. Generation. Ab November 2022 ist Samsungs 1-Terabit-Triple-Level-Cell-V-NAND die leistungsstärkste Version des vertikalen NAND-Flash. Es weist die höchste Bitdichte und die höchste Speicherkapazität aller bisherigen V-NAND auf. Als direktes Ergebnis der Implementierung dieser neuesten Generation von Flash-Speicherzellen wird die nächste Generation von Serversystemen ( deren primäre Verwendung ) Zugriff auf mehr Speicher bei geringerem Platzbedarf haben.

Das Erhöhen zusätzlicher Schichten über der einzelnen Schicht, die in 2D-NAND zu finden ist, erhöht auf natürliche Weise die Kapazität und Leistung. Angenommen, ein bestimmter Bereich in 2D-NAND hat hundert Speicherzellen. V-NAND könnte beispielsweise dreihundert auf demselben Raum speichern, indem drei Schichten übereinander gestapelt werden. Modernes V-NAND verwendet jedoch Hunderte von Schichten, wodurch die Speicherkapazität erheblich erhöht wird. Natürlich gibt es immer noch Einschränkungen, aber 3D-NAND hat sich als brauchbare Alternative zur älteren 2D-Version erwiesen. Mit Ausnahme der oben erwähnten Tb-Version haben die meisten kommerziell genutzten V-NAND-Chips derzeit entweder 256 Gb oder 512 Gb. Die Technologie selbst ist schließlich noch relativ neu.

Abschluss

V-NAND ist eine Flash-Speicher-spezifische Technologie. Dabei werden mehrere NAND-Speicherchips vertikal übereinander gestapelt, mit der entsprechenden Konnektivität zwischen den Schichten. Es ermöglicht die Vervielfachung der Flash-Speicherkapazität bei gleicher Grundfläche ohne dramatische Node-Verbesserungen. Das Stapeln von Chips übereinander erhöht die Höhe des Flash-Chips. Jeder Chip ist jedoch dünn genug, dass die Gesamthöhe selbst bei Hunderten von Schichten immer noch vernachlässigbar ist.

Diese signifikante Erhöhung der Speicherdichte ist hervorragend für die Speicherkapazität. Insbesondere für Hyperskalare bietet die Dichteerhöhung jedoch spezifische Vorteile. Die Reduzierung der erforderlichen Anzahl von Server-Racks bei gleichzeitiger Erhöhung der Speicherkapazität trägt zur Reduzierung des Gesamtstromverbrauchs bei. Der Kapazitätsvorteil von V-NAND gegenüber normalem NAND-Speicher hat dazu geführt, dass NAND vollständig verdrängt wurde.