X-NAND, la velocità della memoria SLC con capacità e prezzo di una QLC

Combinare la velocità delle memorie NAND flash SLC con la densità e i bassi prezzi delle soluzioni QLC è possibile? Secondo Andy Hsu, CEO e fondatore di NEO Semiconductor, la risposta è affermativa. La nuova architettura X-NAND proposta da NEO Semiconductor, presentata nel corso del Flash Memory Summit 2020, sembra avere un grande potenziale secondo quanto riportato da Tom's Hardware.

"L'architettura X-NAND è una svolta epocale nel design delle memorie NAND flash. Passando dalle SLC alle QLC, la capacità di ogni generazione è cresciuta e i costi si sono abbassati, ma anche la velocità è diminuita notevolmente. Questo collo di bottiglia impedisce alla memoria QLC di essere usata in applicazioni che richiedono prestazioni ad alta velocità. La nostra architettura X-NAND risolve questo problema aumentando i piani della memoria usando la dimensione del page buffer esistente, incrementando così il parallelismo per le operazioni di lettura e scrittura. Di conseguenza, X-NAND può raggiungere la densità una QLC con la velocità di una SLC".

L'azienda statunitense, fondata nel 2012 a San Jose in California, ritiene che la propria X-NAND sia in grado di gestire i carichi in lettura e scrittura casuale non solo tre volte più velocemente di una memoria NAND QLC, ma anche 27 volte (lettura) e 14 volte (scrittura) più rapidamente le operazioni sequenziali, il tutto con un die il 37% più piccolo di un progetto a 16 piani. Tutto questo senza impattare su resistenza o costi, e consumando pochissima energia.

Qual è il trucco? Le unità basate su memoria NAND QLC si affidano al caching SLC, ovvero una parte della memoria NAND flash opera in modalità a SLC. Questo comportamento è utile in ambito consumer, ma i carichi enterprise non garantiscono un tempo di idle adeguato per migrare i dati scritti nel buffer SLC sulla memoria effettiva di tipo QLC. X-NAND, al contrario, permette alla memoria di mantenere le prestazioni SLC consentendo modalità di scrittura SLC e QLC simultanee.

Andy Hsu ha spiegato che X-NAND è stata pensata per usare processi produttivi standard senza cambiamenti strutturali, e questo non comporta un aumento dei costi e favorisce un rapido campionamento. Inoltre, le policy di programmazione e cancellazione di X-NAND sono state pensate per migliorare drasticamente la resistenza rispetto alle tipiche memorie NAND QLC.

X-NAND offre questi miglioramenti passando da un page buffer da 16KB per piano a un page buffer da 1KB per piano, ma aumentando di 16 volte i piani dell'array. I piani rappresentano l'unità più piccola di interleaving per la memoria NAND, con o uno più piani per die. Il page buffer ospita in dati in transito, come quelli di lettura o scrittura, tra bus e memoria flash.

Un die è diviso in piani contenenti "bit line", o stringhe di celle, quindi la divisione planare può ridurre la lunghezza della bit line, e questo favorisce un aumento delle prestazioni. Questa tecnica è ulteriormente migliorata da una schermatura tra bit line adiacenti, in modo da ridurre il "settling time" (assestamento) quando si legge o verifica un programma. Anche le prestazioni di scrittura risultano migliorate perché si possono programmare in parallelo fino a sedici bit line.

X-NAND presenta diverse caratteristiche degno di nota come scritture su più bit line, programmazione QLC su più piani, lettura di più bit line e molto altro ancora. A seconda dell'implementazione, è possibile migliorare sostanzialmente il throughput usando più piani nella sequenza di programmazione. L'uso di più banchi consente la programmazione SLC e QLC simultanea, assicurando che le pagine SLC non siano mai piene mentre i dati possono essere programmati nelle pagine QLC a "velocità SLC". C'è poi una funzione, chiamata "program suspect" che riduce la latenza.

NEO Semiconductor afferma che l'architettura X-NAND può essere implementata nei progetti esistenti ed è particolarmente utile nelle memorie NAND flash ad alta densità come le QLC perché può preservare un'elevata capacità garantendo allo stesso tempo un equilibrio tra prestazioni elevate, dimensione del die, resistenza e basso consumo energetico. La tecnologia si rivolge in particolare dispositivi embedded, intelligenza artificiale e cloud, ma anche NAS, datacenter ed edge computing.