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雖然英特爾和美光已經(jīng)解除在閃存領(lǐng)域的合作了，不過(guò)到96層3D NAND為止它們的技術(shù)還是共同研發(fā)的。所以今天介紹的內(nèi)容同時(shí)包括英特爾和美光，或者說(shuō)是它們二者位于猶他州利希市的合資工廠IMFT所采用的閃存技術(shù)。
Floating Gate VS Charge Trap 長(zhǎng)久以來(lái)Floating Gate浮柵式結(jié)構(gòu)一直是平面NAND閃存的共同選擇。閃存使用浮柵層中的電子來(lái)記錄和表達(dá)數(shù)據(jù)。在最上方的控制柵極施加正電壓，電子就通過(guò)隧道氧化層進(jìn)入Floating Gate浮柵，完成寫(xiě)入操作。在Substrate襯底施加正電壓，可以將電子從浮柵層吸引出來(lái)，完成擦除操作。隨著擦除次數(shù)的增多，隧道氧化層老化，存儲(chǔ)在浮柵中的電子就容易流失而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，不斷磨損的最終的結(jié)果就是閃存單元損壞。
Charge Trap電荷捕獲型結(jié)構(gòu)的提出略早于3D NAND閃存，并在3D閃存時(shí)代成為主流的選擇，包括三星、東芝、SK Hynix在內(nèi)的閃存廠商普遍選擇了Charge Trap，只剩英特爾/美光在3D NAND中堅(jiān)持Floating Gate不動(dòng)搖。
不以Floating Gate為恥： 美光在官網(wǎng)上非常自豪的宣布，自己是首個(gè)將floating gate浮柵結(jié)構(gòu)應(yīng)用到3D閃存當(dāng)中的。換句話(huà)說(shuō)，美光不認(rèn)為自己的選擇就比三星、東芝和SK Hynix全都采用的Charge Trap電荷捕獲型結(jié)構(gòu)落后。
Charge Trap電荷捕獲型結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)勢(shì)，比如制造工藝更簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)單元間距可以做的更小、隧道氧化層老化磨損速度降低、更節(jié)能。而凡事都有兩面性，英特爾/美光選擇繼續(xù)使用的Floating Gate浮柵型也并非一無(wú)是處，比如在讀取干擾、數(shù)據(jù)保持期上，F(xiàn)loating Gate理論上比Charge Trap表現(xiàn)的更好。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，采用Charge Trap有助于更高的閃存寫(xiě)入耐久度，F(xiàn)loating Gate則有利于實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的斷電數(shù)據(jù)保持時(shí)間。當(dāng)然，這里的比較是基于理論研究的成果，并不是具體某個(gè)閃存型號(hào)的直接對(duì)比結(jié)果。 浮柵結(jié)構(gòu)的英特爾/美光3D NAND并不弱雞： 使用傳統(tǒng)Floating Gate浮柵式結(jié)構(gòu)的英特爾/美光3D NAND閃存也有很多創(chuàng)新之處。比如CuA（CMOS Under the Array）設(shè)計(jì)將超過(guò)75%的邏輯電路（包括地址解碼和頁(yè)面緩沖器等）放置在閃存之下，提高了存儲(chǔ)密度，有助于獲得成本優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)代閃存的Page大小已經(jīng)達(dá)到16KB，而操作系統(tǒng)主要使用4KB隨機(jī)讀寫(xiě)。為了提升4K隨機(jī)讀取效能，英特爾/美光在3D NAND閃存當(dāng)中引入了Snap Read功能。在Snap Read幫助下，第二代64層堆疊3D閃存中典型Page頁(yè)讀取延遲從78微秒降低到49微秒。
英特爾/美光將16KB的Page分為3個(gè)8K+區(qū)段：對(duì)應(yīng)0-9295字節(jié)、4648-13943字節(jié)和9296-18591字節(jié)。Snap Read啟用時(shí)，讀取命令指定的字節(jié)地址決定要讀取的8K+區(qū)段。尋址前4KB+部分（包括4KB和Spare area，下同）時(shí)激活第一個(gè)8KB+部分讀取，尋址第二個(gè)4KB+部分激活中間的8KB+部分讀取，尋址第三和第四個(gè)4KB+部分激活末尾的8KB+部分讀取。
Snap Read通過(guò)讀取部分頁(yè)面，能夠讓4K讀取速度更快一些，同時(shí)還能降低功耗。對(duì)于固態(tài)硬盤(pán)來(lái)說(shuō)，Snap Read的直接影響就是4K單線(xiàn)程讀取性能更強(qiáng)。下圖是PHISON群聯(lián)下一代E12主控搭配東芝和美光3D閃存時(shí)的CrystalDiskMark成績(jī)：
眾所周知，由于SLC Cache的原因，CrystalDiskMark測(cè)出的4K讀取性能都是基于SLC Cache的結(jié)果。受益于Snap Read的影響，美光B16A（第二代64層堆疊3D NAND，單Die 256Gb容量）的4K讀取延遲更低，在同樣的主控下單線(xiàn)程4K讀取性能取得了顯著的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)（67.73MB/s Vs 56.69MB/s）。
當(dāng)然，隨著英特爾和美光雙方在閃存研發(fā)上分道揚(yáng)鑣，業(yè)界也不確定之后會(huì)不會(huì)有誰(shuí)最終轉(zhuǎn)向更大眾的Charge Trap電荷捕獲型結(jié)構(gòu)。 |
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