U盤工廠: 三星第二代 3D V-NAND 細節簡明

Samsung 日前在 ISSCC 2015 研討會中,發表了第二世代 3D V-NAND 的部分細節,針對了優化的部分進行了一些解釋。

從最直觀的的比較下,可以看到第一代與第二代的差別在于面積與容量密度的差別。第一世代為 MLC 設計,堆疊層數為 24 層,128Gbit 容量所占的面積約為 133mm2,計算之下容量密度約為 0.93Gb/mm2;來到了第二世代,使用了 TLC 設計,在堆疊的層數也提升到了 32 層,因此大幅的提升容量密度,128Gb 所占面積為 68.9mm2,容量密度為 1.86Gb/mm2,提升幅度相當驚人。
另在寫入(programing)部分,傳統平面式 NAND FLASH 在達到一定程度的密度以后,每個單元蓄積的電荷量會下降,另外相鄰的存儲器間也會產生電荷干涉,為了避免這些負面影響,TLC 的寫入都會被拆分成二到三個階段,以進行比較精確的控制。
不過 3D V-NAND 卻沒有傳統 Plannar 會遇到的問題,因此傳統的多階段控制就不需施行, Samsung 透過了 HSP 技術將多階段程序的過程整合成一個,大幅縮減時間。
大幅縮減 programing 時間帶來的好處,就是能夠降低寫入時的功耗。大致上寫入的功耗可以整理成電壓、電流、以及 re-program 時間長度的乘積,因此更低的程序時間,就能夠降低功耗,Samsung 稱可以降低達 40% 的寫入功耗。
另外Flash結構上的改變,造成了 Word line 在近端、遠端的阻值會有些差異,這樣的阻值差異會造成 Sense Amplifier 與控制解碼間的遲滯,因此為了解決這樣的問題,進行了阻值監測,以及針對不同的 Word Line 參數給予不同的電壓,這樣一來能夠有效降低 setup-time。
最后則是擴充匯流排寬度,透過從 32 擴充到 64 bit,而晶片內部的穩壓線路也進行了優化,對應了不同的 Data rate 來調整電流量,進一步來抑制電壓變化,這樣一來就會反應在信號的 jitter 上,在高速操作下有效降低 jitter 便能在高頻下更穩定的工作,眼圖的量測結果也將 1Gbps 下的 jitter 由 420ps 降低到 280ps。
2015-03-06 19:03:25
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