SSDs mit NAND-Flash-Bausteinen, die 5 Bit pro Zelle speichern (Penta Level Cells), sind noch gar nicht auf dem Markt. Doch Kioxia geht in der SSD-Forschung bereits einen Schritt weiter und testet bereits Hexa- und Octa Level Cells mit 6 Bit pro Zelle.
SSD-Forschung von Kioxia liefert spannende Erkenntnisse
SSDs mit 5 Bit pro Speicherzelle sind noch Jahre von der Marktreife entfernt, was die Forscher von Kioxia (ehemals Toshiba Memory) jedoch nicht davon abhält, bereits eine Generation weiter zu denken und mit Hexa-Level-Cell-NAND (HLC) zu experimentieren – dafür ist allerdings (noch) eine extreme Stickstoffkühlung notwendig.
Bereits im April haben die Forscher im Rahmen der IEEE Electron Devices Technology and Manufacturing (EDTM) 2021 Conference in China über ihre Fortschritte gesprochen, im Mai wurde die entsprechende Forschungsarbeit dann veröffentlicht.
Mit HLC-NAND-Flash soll es möglich sein, 50 Prozent mehr Daten zu speichern als es bisherige QLC-Bausteine erlauben. Das größte Problem sind dabei aber die notwendigen Spannungszustände: Mit jedem Bit verdoppelt sich die Zahl der nötigen Zustände. Je mehr Zustände unterschieden werden müssen, desto komplexer und langsamer erfolgt das Beschreiben der Speicherzelle.
Single Level Cells (SLC) der ersten SSD-Generationen kamen auf nur zwei Zustände, häufig verbreitete Triple Level Cells (TLC) bieten 8 und kostengünstige Quadruple Level Cells (QLC) verfügen bereits über 16.
Flüssige Stickstoffkühlung als Lösung
Hexa Level Cells benötigen dementsprechend 64 Zustände – ein enormer Stresstest, denn Leistung und Haltbarkeit nehmen analog dazu ab. Um dieser Schwierigkeit Herr zu werden, mussten die Forscher die Chips mithilfe von flüssigem Stickstoff bei -196 °C herunterkühlen. Damit sollen Schreib- und Lesefehler minimiert werden, während für eine zusätzliche Entlastung der Hardware gesorgt wird.
Gleichzeitig erhöht sich dadurch die Haltbarkeit der Zellen von lediglich 100 auf immerhin 1000 Schreibzyklen, was in etwa dem Niveau heutigen QLC-Speichers mit 4 Bit pro Zelle entspricht – der kommt allerdings ganz ohne Stickstoffkühlung aus.
Auch Octa-Level-Cell-NAND (OLC) mit 8 Bit pro Speicherzelle sei unter diesen extrem niedrigen Temperaturen theoretisch realisierbar, verraten die Forscher von Kioxia. Allerdings seien dafür zusätzliche Anpassungen beim Material und Design der Zellen nötig.
Letztlich kommen die Forscher zu dem Ergebnis, dass die Kosten und der Aufwand einer solchen Stickstoffkühlung langfristig die Erhöhung der Speicherdichte rechtfertigen könnten.