Solid State Drive: Toshiba stapelt Flash-Speicher mit Durchkontaktierungen

Hauchdünne Metallstäbchen statt Drähte: Toshibas neuer Flash-Speicher wird vertikal durchkontaktiert, anstelle die Dies einzeln zu verdrahten. Damit sollen SSDs schneller und sparsamer werden.

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16 per TSVs verbundene Dies
16 per TSVs verbundene Dies (Bild: Toshiba)

Toshiba hat die ersten NAND-Flash-Packages angekündigt, bei denen die Dies im Chipgehäuse nicht einzeln verdrahtet werden, sondern vertikal von oben nach unten durch Metallstäbchen verbunden sind. Diese Technik nennt sich Through Silicon Vertical Interconnect Access (TSV), also Siliziumdurchkontaktierung, und wird beispielsweise bei DRAM-Speicher wie dem High Bandwidth Memory von AMDs Fury-X-Grafikkarte genutzt. Im Bereich des Flash-Speichers wurde eine Siliziumdurchkontaktierung jedoch bisher nicht verwendet.

  • Toshibas TSV-Flash (Foto: Marc Sauter/Golem.de)
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Flash-Speicher, wie er beispielsweise auf SSDs verbaut wird, besteht normalerweise aus bis zu 16 übereinandergestapelten NAND-Dies, die zusammen in einem Package genannten Chipgehäuse stecken. Damit die einzelnen Chips vom SSD-Controller ansprechbar sind, werden sie an ihren Außenkanten mit dünnen Drähten miteinander verbunden - in der Fachsprache heißt das Wire Bonding. Toshiba hingegen verbindet die Dies durch winzige Metallstäbchen, die in kleine Löcher in den Chips eingelassen werden - das macht die Herstellung sehr aufwendig und teuer.

Die Vorteile von TSV verglichen mit Wire Bonding sind Toshiba zufolge dafür eklatant: Die I/O-Datenrate soll bei 1,2 GBit pro Sekunde und damit oberhalb von heutigem Flash-Speicher liegen. Bei Lese- und Schreiboperationen würde zudem die Leistungsaufnahme 60 Prozent geringer ausfallen als bei per Wire Bonding angeschlossenen Chips. Hinsichtlich der Kapazität hat die Technik verglichen mit 3D-Flash noch keine Vorteile, da Toshiba planare Dies verwendet.

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Die Variante mit 16 durchkontaktierten Chips sichert 256 GByte, also 128 GBit pro Die. Die kürzlich von Toshiba selbst vorgestellten TLC-Flash-Dies mit 3D-NAND liefern eine Kapazität von 256 GBit. Interessant wird es bei den Abmessungen der Flash-Packages: Toshiba gibt die neuen Chipgehäuse mit 14 x 18 mm an, was etwas kompakter ist als heutige Flash-Packages mit Wire Bonding.

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Wann Toshibas durchkontaktierter Speicher in Produkten erhältlich sein soll, hat der Hersteller noch nicht angekündigt. Zuerst soll der TSV-Flash aber wenig überraschend in Enterprise-Server-SSDs eingesetzt werden.

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