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2021年08月20日 | NEO半导体推出X-NAND技术，可替代传统NAND
2021-08-20 来源：EEWORLD
传统的NAND往往面临着功率、性能和成本方面的低效。NEO半导体宣布了最近获得了一些X-NAND领域的专利，可以克服这些限制。
自从NAND在20世纪90年代初实现商业化和大规模生产以来，开发者一直在寻求提高性能同时降低每比特成本的方法。
NEO半导体公司——-一家生产3D NAND闪存的公司，最近获得了一项被称为 "X-NAND "的技术专利，据称该技术可以解决传统NAND技术的一些限制。
NAND技术的局限性
现有的NAND技术面临着一些障碍，包括：
单层单元（SLC）缓存问题
层数限制
页缓冲器结构不完善
高功率消耗
性能/成本效率低下
典型的NAND闪存单元。图片来自美光
SLC缓存问题
NAND闪存通常与较慢的读写速度联系在一起的原因之一是其传统的SLC缓存全满问题。尽管NAND从单级单元（SLC）迁移到三级单元（TLC）和四级单元（QLC）大大降低了芯片成本，并使密度增加了33%，但单元级别的增加对读写性能产生了不利影响。因此，这种闪存在人工智能和5G等高性能应用中仍然不可靠。
各种存储单元之间的成本和速度比较。图片由NEO半导体公司提供
有限的层数
为了实现更大的读/写带宽和更高的闪存架构性能，制造商通常选择增加层数。这种解决方案需要将每个平面的位线连接到页缓冲器上，从而增加芯片的尺寸。
不完善的页缓冲器架构
传统的NAND技术的特点是页缓冲器结构不完善。这种技术需要在每个平面的16KB页面缓冲器和相应的16KB位线之间建立连接，以执行读/写操作。因此，页缓冲器的数量限制了它的读/写规模，导致效率低下。
高功耗
由于其位线电容，NAND技术的耗电量相对较高。因此，它的操作需要更多的电力。它的整体性能也很低，而且其制造成本也很低。
什么是X-NAND？
NEO半导体打算用其最近获得专利的3D NAND架构（也称为X-NAND）来解决这些问题。据说这项技术可以实现SLC闪存的高性能和QLC的密度。该公司还声称，这一创新技术在降低制造成本的同时，还减少了占地面积，优化了功耗和冷却能力。
X-NAND闪存架构。图片由NEO半导体公司提供
X-NAND架构的特点是对传统的NAND技术进行了多项升级，但其工作原理没有重大改变。NEO半导体公司宣称，NAND制造商可以利用现有的NAND工艺实现其技术。
尽管X-NAND的单元/阵列结构和技术与传统NAND类似，但这种新架构可以更好地支持机器学习、实时分析、网络安全、5G、VR/AR和其他一些应用的闪存性能。
SLC/QLC并行编程
X-NAND架构通过其新颖的SLC/QLC并行编程解决了SLC缓存易满的问题，它允许在整个内存容量中以SLC速度对QLC页面进行数据编程。因此，这种解决方案非常适合于数据中心和NAS，它们需要大量的写入系统。
三维NAND的细分。图片由NEO半导体公司提供
16层架构
它的16平面架构允许在芯片层面上实现高并行性。与传统的NAND不同，传统的NAND被限制在2到4个平面以实现最佳功能，而X-NAND芯片可以用4到8个NAND芯片提供类似甚至更高的效率和并行性。
X-NAND架构使用2-16个平面，使其性能大幅提高16倍，同时使其芯片成本降低33%。这种灵活性使制造商能够优化该架构的平面数量，以满足客户的性能和芯片成本要求。
据NEO半导体观察，与传统的NAND QLC相比，X-NAND QLC架构有以下改进。
X-NAND与NAND QLC的对比。图片由NEO半导体公司提供
NAND SLC和QLC的改进
与NAND SLC相比，该公司观察到随机读取、随机写入、连续读取和连续写入速度的改进估计如下。
X-NAND与NAND SLC相比。图片由NEO半导体公司提供
该公司通过降低其位线电容实现了与NAND QLC相比的X-NAND QLC改进，从而相应减少了位线RC延迟。其程序验证时间占程序时间的90%，使程序速度提高了三倍。
有趣的是，将其平面数增加到16导致更高的读写带宽，并且选择单锁存QLC读和多平面QLC程序对顺序读写速度有显著的积极影响。
Neo 半导体的专利对闪存意味着什么
NEO 半导体X-NAND包含六种不同的设计解决方案，这项新技术提高了多位线读写操作的效率和成本效益，包括：
多BL写入
多平面QLC程序
程序暂停读取
多BL读取
单锁存器QLC读取
SLC/QLC并行程序
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