TechInsights, Inc.のシニアテクニカルフェローであるチョンドン・チェ氏は、2020年フラッシュメモリサミットにおいて、3D NANDをはじめとする新興メモリの将来について詳細なプレゼンテーションを2回行いました。TechInsightsは、フラッシュメモリを含む複数の半導体製品の分析とリバースエンジニアリングで知られています。
今年のChoe氏のプレゼンテーションでは、2014年から2023年までのロードマップに加え、フラッシュメモリ業界の一般的なトレンドについても議論されました。この議論では、Samsung、Kioxia（旧東芝）、Intel、Micron、SK hynix、YMTCといった主要メーカーのTLCおよびQLCメモリ製品が取り上げられました。Choe氏は、層数からCMOS（周辺回路）の配置、そしてビット密度とコストに影響を与える可能性のあるその他のアーキテクチャ要因に至るまで、これらの設計の様々な側面について説明しました。
一般の人々は層数に注目する傾向がありますが、これはやや誤解を招く可能性があります。なぜなら、実際のワードライン（メモリセルを含むアクティブ層）の数は大きく異なる可能性があるからです。例えば、他の層をダミーワードラインとして利用することで、層数の増加に伴う問題を軽減できます。効率性を示す指標の一つに、層状ワードラインの総数を層の総数で割る方法がありますが、この指標によれば、Samsungの設計は最も優れたものの一つです。また、Samsungは複数のデッキやスタック、つまり他のメーカーの現在のフラッシュメモリで見られる「ストリングスタッキング」を採用していません。
全体的な効率を向上させる方法の一つは、CMOSまたは制御回路（一般的に周辺回路と呼ばれる）をフラッシュ層の下に配置することです。これは、CMOSアンダーアレイ（CuA）、ペリフェラルアンダーセル（PUC）、セルオンペリフェラル（COP）など、様々な名称で知られています。YMTCの設計はやや例外的で、フラッシュ層の上に回路を配置し、CMOSをフラッシュ層に接続する前に、はるかに大きなプロセスノードで製造します。Choe氏によると、この手法には可能性が秘められていますが、現状では歩留まりの問題を抱えています。
Choe氏は、3D NANDアーキテクチャの歴史と、チャージトラップフラッシュ（CTF）とフローティングゲート（FG）の分岐についても概説しました。IntelとMicronは、Micronが最近発表した176層フラッシュでリプレイスメントゲート（RG）に切り替えるまでフローティングゲートを使用していましたが、他のメーカーはチャージトラップを採用しています。この違いは、フラッシュの耐久性、信頼性、拡張性、その他の側面に影響を与える可能性がありますが、IntelのQLCは、摩耗に対して優れた性能を維持できるフローティングゲートの採用によって恩恵を受けています。
キオクシアの将来のスプリットゲート、あるいはスプリットセル技術も興味深いものです。この技術は密度を直接倍増させることができ、特にフローティングゲートで堅牢な半円形のスプリットセルにより耐久性が向上するという利点があります。チョー氏は、デッキ数やスタック数の増加（現在は最大2層）に伴い層数も増加し続け、フラッシュダイあたりのストレージ容量も増加すると予測しています。チョー氏は、この技術に加え、貫通シリコンビア（TSV）、パッケージ・オン・パッケージ（PoP/PoPoP）、5LC/PLCへの移行といった他の技術も相まって、今後10年以内に500層以上、3テラビットのダイが実現すると考えています。
2つ目のプレゼンテーションで、チョー氏は、最先端のフラッシュメモリがモバイル製品や組み込み製品に最初に採用されることが多い理由を詳しく説明しました。例えば、スマートフォン（「5G」）は需要を大きく牽引しています。また、2D/プレーナー型フラッシュメモリは、OptaneやMicronが最近発表したX100に搭載されている3D XPointの代替となるストレージクラスメモリ（SCM）として、低レイテンシSLCなど、ニッチな用途ではまだ使用されているものの、コンシューマー市場ではもはや一般的に見られなくなっていると指摘しました。
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さらに重要なのは、フラッシュメモリのコストを1GBあたりセントで詳細に説明したことです。これは、3Dフラッシュメモリが安価になる傾向にある一方で、特殊な2Dフラッシュメモリは依然として数倍も高価であることを示しています。いずれにせよ、SK hynixの128L Gold P31とSamsungの128L 980 PROが既にリリースされていること、Micronが最近発表した176LフラッシュメモリがPhison E18ベースのドライブプロトタイプに搭載されていること、そしてWD/KioxiaのBiCS5が来年、IntelのQLC製品向けに144Lが発表される予定であることなどから、1xx層世代の到来は目前に迫っています。優れたコントローラ実装により、より高いフラッシュ密度を活用できるようになり、今後数年間でより高速で大容量のドライブが実現するでしょう。
Sean は Tom's Hardware US の寄稿編集者で、ストレージ ハードウェアを担当しています。
