サムスン、PoPコントローラ搭載でM.2 SSDを高密度化し、新仕様で前進

この技術は極めてシンプルです。SSDコントローラ（ロジック）は、通常のBGA搭載コントローラと同様に、BGA（ボールグリッドコネクタ）アレイが下部に配列された基板上に配置されています。PoP（PoP）の要素は、ベンダーがコントローラの上部にDRAMパッケージを配置することで実現されます。DRAMパッケージは、下部のコントローラを取り囲む2列のBGAコネクタを介して接続されます。他の標準設計と同様に、ロジックはより多くのコネクタを必要とするため、スタックの最下部に配置されています。

PoP設計にはいくつかの利点があり、M.2 SSDでは密度が最も重要な考慮事項となります。高性能SSDは、LBAテーブルを保持するためにDRAMキャッシュを必要とし、これによりNANDに保持されたデータの検索プロセスが高速化されます。DRAMパッケージはPCB上のスペースを消費するため、ベンダーが小型フォームファクタに搭載できるNANDパッケージの数が減少します。

ほとんどのM.2 SSDは、PCBの片面にのみNANDコンポーネントを搭載しており、片面設計と呼ばれます。ベンダーは、PCBの裏面（両面）に追加のパッケージを搭載することで、密度を高めることができます。しかし残念ながら、ほとんどのノートパソコンやモバイルデバイスは、薄型設計に適した薄型SSDの薄型化のため、片面M.2 SSDのみをサポートしています。SSDの片面に可能な限り多くのNANDを詰め込む必要があるため、PCBの1平方ミリメートルも貴重なスペースとなります。

SSDから独立したDRAMコンポーネントを取り除くことで、SamsungはPCB上に追加のNANDパッケージを搭載できるようになり、ストレージ容量とパフォーマンスが向上しました。その結果、Samsungは960 Proに16ダイパッケージを4つ搭載し、最大2TBの容量を実現しました。PoPコントローラの使用は製造コストをある程度上昇させる可能性がありますが、SamsungはモバイルSoCのラインナップを通じてこの技術に関する豊富な経験を有しています。規模拡大は常に製造コストの削減に役立ち、Samsungはそれを十分に備えています。

Samsungの垂直統合は、コスト面だけにとどまらず、競合他社に対する重要な優位性をもたらしています。例えば、NANDはSSDの中で最も高価なコンポーネントです。一般的な認識とは異なり、SSDコントローラーはBOM（Build Of Materials：部品構成）コストのごく一部に過ぎず、1個あたり5ドルから15ドルの価格で販売されると予測されています。しかし、独自のコントローラー技術を利用できることで、市場投入までの期間が短縮され、より緊密な統合が可能になります。

多くの場合、サードパーティ製 SSD コントローラを利用することは、四角い釘を丸い穴に押し込もうとするようなものです。ほぼすべての大手ファブが採用しているサードパーティ製 SSD コントローラ ベンダーは、複数のベンダーの複数種類の NAND に対応できるようにコントローラを設計しています。SLC、MLC、TLC（そして今では QLC）といった幅広い 2D および 3D NAND に対応するということは、ベンダー固有の NAND に特化した最適化があまり行われないことを意味します。多くの場合、サードパーティ製コントローラを利用する SSD ベンダーは、重要な修正や最適化をパイプラインにプッシュするために SSD コントローラ ベンダーとやり取りする必要があり、これが市場投入までの時間の延長と柔軟性の低下につながります。また、NAND ファブはすべての秘密を明かしたくないため、情報共有が大きな懸念事項となります。契約上の制約が加わると、プロセスはさらに複雑になります。Samsung と Toshiba はどちらも独自の有機的な SSD コントローラ プログラムを持っており、煩雑な手続きをすべて省略しています。

Samsungの新しいPoP設計は、またしても大きな強みとなりますが、サードパーティのSSDコントローラベンダーも追随する可能性が高いでしょう。PoP設計には究極の統合性とユーザーエクスペリエンスが求められるため、業界がどのように反応するかが注目されます。業界全体でM.2フォームファクターへの移行が顕著に進んでいるため、最もホットな市場セグメントにおいてPoPは大きな強みとなる可能性があります。Samsungは3D NANDへの競争をリードすることで、長年にわたりSSD市場を席巻してきました。他のファブもようやく3D NANDを出荷し始め、競争環境は均衡していますが、今後数年間、PoPはSamsungにとって新たな強みとなるかもしれません。 

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Samsung はまた、16 ダイ スタック技術を新しい 2TB SSD のもう 1 つの鍵として宣伝しましたが、これは新しいものではありません。各ダイは 48 層ですが、NAND 製造業者は密度を高めるためにダイを積み重ねます。SSD メーカーは、製造の複雑さから 16 ダイ スタックの使用を避ける傾向があります。Samsung がこの高密度パッケージに移行したことは、ダイをワイヤ ボンディングすることに関連する製造上の課題を克服したことを示していると考えられます。また、ダイ スタックが高くなると、ワイヤが長くなることによってインピーダンスが増加するため、パフォーマンスが低下します。Samsung はすでに、インピーダンスの増加に関連するパフォーマンスの低下を軽減するのに役立つ、一部の 48 層 NAND ダイで小型の F チップを使用しているため、パフォーマンスの課題はすでに解決されています。

新しいフォームファクターが到来

Samsungは、エンタープライズ環境における高密度化を実現する新しいフォームファクタSSDの開発にも取り組んでいます。IntelはM.2フォームファクタの普及を牽引したことで有名で、標準化委員会が親しみやすい「M.2」に名称を短縮する前は「次世代フォームファクタ」（NGFF）と名付けていました。Samsungは次世代の取り組みを推進しており、これもNGFFフォームファクタと呼んでいますが、「Small & Dense（小型・高密度）」というキャッチフレーズが付け加えられています。

新しいフォームファクタは32 x 114mmで、現行の設計よりもはるかに幅が広くなっています。幅の拡大により、SamsungはPCBの両側に2列のNANDチップを配置できるようになりました。この技術により、SSD1台あたりの容量は最大8TBまで増加し、既存の製品をはるかに凌駕する性能となります。

もう一つの重要な追加機能は、改良されたラッチ機構です。現行のM.2 SSDは、コネクタに斜めに差し込み、SSDを下方にラッチして固定する必要があります。このラッチ機構により、M.2 SSDをサーバーのフロントベイで使用することはほぼ不可能となり、普及の妨げとなっています。エンタープライズユーザーは、ホットスワップ（M.2には欠けている機能）と、保守を容易にするためのフロントアクセス性を求めています。Samsungの新しいフォームファクタはこれらの機能をサポートし、サーバーのレンダリング画像から、新しいSSDは比較的一般的なドライブスレッドに収まる可能性が高いことがわかります。 

サムスンは、インテルが最初のNGFFフォームファクターで行ったように、標準化委員会と協力して広範な普及を促進しています。標準化されたアプローチは、最終的に他のメーカーからも新しいフォームファクターが登場する可能性があることを意味します。

密度はSSDの重要な利点の一つです。私たちは常に、より高速で、より大容量で、より小型のパッケージを備えたデバイスを求めています。Samsungは、SSDの最も重要な4つの要素（NAND、コントローラー、DRAM、ファームウェア）すべてを自社で直接管理しています。同社は様々な分野で能力向上に取り組んでおり、多くの点で業界を牽引しています。