3D-Flash: Toshiba plant die 100-TByte-SSD mit 4-Bit-Speicherzellen

Mehr Kapazität durch mehr Ladungszustände und durchkontaktierte Flash-Speicher-Chips (TSV): Schon bald sollen über 100 TByte in einer SSD möglich sein. Toshiba stapelt 32 statt der üblichen 16 Dies in einem Package, von denen jedes mindestens 512 GBit aufweist.

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100-TByte-SSD mit QLC-Flash
100-TByte-SSD mit QLC-Flash (Bild: Marc Sauter/Golem.de)

Toshiba hat sich ausführlich zur Zukunft von SSDs und deren immer weiter steigender Kapazität geäußert. In seiner Keynote auf dem Flash Memory Summit 2016 sprach Shigeo (Jeff) Ohshima, Technology Executive for Storage bei Toshiba, über die aktuellen Entwicklungen der Japaner: Die 2015 vorgestellte Durchkontaktierung von Speicherchips mittels des sogenannten Through Silicon Vertical Interconnect Access (TSV) und Flash mit 4 statt 3 Bit pro Zelle (Quadruple Level Cells) näherten sich ihrer Marktreife.

  • Toshiba spricht über TSV und QLC. (Foto: Marc Sauter/Golem.de)
  • Bis 2019 sollten 2-TByte-Packages machbar sein. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Vorerst ist 1 TByte geplant. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Toshiba kann mittlerweile 32 Dies per TSV stapeln. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Das spart gerade bei I/O viel Energie ... (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • ... und ist weitaus schneller. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Bei gleicher Geschwindigkeit ist TSV sparsamer. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • TSV und QLC ermöglichen über 100 TByte. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • 4 Bit pro Zelle bedeuten 16 Ladungszustände. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Vergleich einer 8-TByte-HDD mit einer fiktiven 100-TByte-SSD (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Eine SSD schlägt ein Dutzend HDDs. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
Bis 2019 sollten 2-TByte-Packages machbar sein. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
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Ein wichtiger Schritt ist TSV, bei dem die einzelnen Speicherchips nicht dediziert mit hauchdünnen Drähten an ihren Außenkanten kontaktiert (Wire Bonding), sondern vertikal durch Metallstäbchen verbunden werden. Bisher konnte Toshiba so 16 Flash-Dies in einem Chipgehäuse unterbringen, was auch per Wire Bonding das aktuelle Limit darstellt. Derzeit bauen die Japaner bereits Packages mit 32 Chips, was die Speicherdichte verdoppelt. Bei gleicher Geschwindigkeit verringert sich dank TSV die Leistungsaufnahme drastisch, und die Datenrate pro Package steigt aufgrund der zusätzlichen Chips.

Um die Dichte pro Die zu erhöhen, setzt Toshiba auf Speicherzellen mit 4 Bit. Verglichen mit 3 Bit pro Zelle (Triple Level Cells) steigt die Kapazität, jedoch sind 16 statt 8 Ladezustände notwendig. Wie erwartet wird die nächste Generation an BiCS-Speicher bei 64 Zellschichten auf 512 GBit statt 256 GBit pro Chip kommen. Ein Package mit 32 solcher Dies bringt es damit auf 2 TByte Speicherplatz, was eine SSD mit weit über 100 TByte ermöglicht.

  • Toshiba spricht über TSV und QLC. (Foto: Marc Sauter/Golem.de)
  • Bis 2019 sollten 2-TByte-Packages machbar sein. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Vorerst ist 1 TByte geplant. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Toshiba kann mittlerweile 32 Dies per TSV stapeln. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Das spart gerade bei I/O viel Energie ... (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • ... und ist weitaus schneller. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Bei gleicher Geschwindigkeit ist TSV sparsamer. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • TSV und QLC ermöglichen über 100 TByte. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • 4 Bit pro Zelle bedeuten 16 Ladungszustände. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Vergleich einer 8-TByte-HDD mit einer fiktiven 100-TByte-SSD (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Eine SSD schlägt ein Dutzend HDDs. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
Das spart gerade bei I/O viel Energie ... (Bild: Marc Sauter/Golem.de)

Die Vorteile einer 3,5-Zoll-SSD verglichen mit einer 3,5-Zoll-Festplatte sind mannigfaltig: Die Geschwindigkeit ist höher, die Leistungsaufnahme geringer und statt eines Dutzends 8-TByte-HDDs reicht eine einzelne SSD. Bis das eintritt, dauert es aber noch: Toshiba peilt 2018 an.

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