PLC statt QLC: SK Hynix macht NAND-Speicherzellen oval - und spart sich damit viel Ärger
SK Hynix hat einen neuen Ansatz vorgestellt, um NAND-Speicher als PLC mit fünf Bit pro Zelle zu betreiben. Möglich wird das durch eine lang gezogene Form mit Trennwand. Damit geht das Unternehmen bisherigen Problemen aus dem Weg.
Um die Speicherkapazität pro Chip zu vergrößern, konnten die einzelnen NAND-Speicherzellen früher einfach immer kleiner gemacht werden. Diese Entwicklung hat sich aber schon vor Jahren deutlich verlangsamt, deshalb gehen die Hersteller andere Wege. Einerseits wird versucht, immer mehr Speicherlagen übereinanderzustapeln. Andererseits werden in jeder Zelle immer mehr Bits untergebracht. Aktuell findet hier der Wechsel von TLC zu QLC statt, also von drei auf vier Bit pro Zelle. Und auch in Zukunft soll die Verdichtung noch weitergehen - die Hersteller haben längst PLC mit fünf Bits pro Zelle im Blick.
Oval und zweigeteilt
Allerdings verdoppelt sich mit jedem weiteren Bit die Anzahl an Zuständen, die in der Zelle unterschieden werden müssen. Bei QLC sind es noch "nur" 16, bei PLC wären es 32. Und damit wird es zunehmend schwieriger, zu messen, welcher Wert nun genau gespeichert war. SK Hynix sucht deshalb Wege, um aus der bestehenden Vorgehensweise auszubrechen. Und offenbar wurde das Unternehmen fündig: Auf der Halbleitermesse IEDM wurde ein neuer Ansatz namens Multi-Site Cell (MSC) vorgestellt, bei dem die Speicherzellen nicht mehr rund gefertigt werden, sondern oval - mit 20 Prozent mehr Länge und entsprechend weniger Breite.
| Speichertechnik | Abkürzung | Bit pro Zelle | Zustände pro Zelle |
|---|---|---|---|
| Single-Level Cell | SLC | 1 | 2 |
| Multi-Level Cell | MLC | 2 | 4 |
| Triple-Level Cell | TLC | 3 | 8 |
| Quad-Level Cell | QLC | 4 | 16 |
| Penta-Level Cell | PLC | 5 | 32 |
| Multi-Site Cell (MSC) als PLC | MSC | 5 | (2•)6 |
Dadurch lässt sich eine Trennschicht einziehen, die die Zelle in zwei Teile teilt. Pro Segment werden anschließend nur noch sechs Zustände gespeichert, die zusammen 6•6=36 Kombinationen abbilden können. Das wiederum reicht für PLC - und es verbleiben sogar noch vier Paare für eventuelle Fehlerkorrekturen.
Quelle: SK Hynix
Der alte, runde Aufbau (links) und der neue, ovale Aufbau (rechts).
Quelle: SK Hynix
Mikroskop-Aufnahmen der neuen PLC-Speicherzellen. Gut erkennbar ist der zweigeteilte, lang gezogene Aufbau.
Der so erreichte, größere Abstand zwischen den einzelnen Datenzuständen der Halbzellen soll laut SK Hynix mehrere Vorteile bieten. Unter anderem sorgt er für weniger Interferenzen und lässt sich schneller auslesen: Dafür sind angeblich nur maximal drei statt normalerweise sieben Messschritte notwendig. Die neuen PLC-Zellen wären dadurch sowohl schneller als auch effizienter. Und es wird von dem Unternehmen zwar nicht explizit erwähnt, womöglich könnte man hier in Zukunft aber wieder mehr Zustände pro Halbzelle speichern. Mit acht Zuständen wäre bereits HLC-Speicher mit sechs Bit pro Zelle möglich.
Quelle: SK Hynix
Durch die Zweiteilung der Speicherzellen können pro Hälfte wieder größere Spannungsabstände zum Einsatz kommen. Damit umgeht SK Hynix einige Probleme.
Quelle: SK Hynix
Am Teilungspunkt der ovalen Speicherzellen verbiegen sich die elektrischen Felder, mit denen diese angesteuert werden. Das ist für die Ingenieure eine neue Herausforderung, denn bei perfekt runden Speicherzellen ist das nicht der Fall.
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Ob sich die neuen MSC-Zellen tatsächlich durchsetzen werden, ist laut SK Hynix allerdings bislang nicht sicher: Offenbar handelt es sich nur um einen möglichen Kandidaten. Vermutlich macht aktuell noch die Fertigung Probleme, und auch weitere Gebiete wie die Haltbarkeit müssten vor der Massenfertigung ausführlich untersucht werden. Spannend ist der Ansatz aber in jedem Fall - und er zeigt, dass mit der aktuellen QLC-Technik sicher noch nicht das Ende erreicht ist.
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Quelle: SK Hynix (IEDM 2025)
Die Technik hier ist "einfach", die vielen Zustände statt in einer Zelle zu speichern wo man bei PLC massive Schwierigkeiten hat sie dauerhaft zu unterscheiden, zwei Zellen für einen Datensatz zu verwenden die jeweils im TLC Modus verwendet werden. Das einzig "neue" (im Sinne von würde nicht sowieso gehen mit aktueller Technik) ist dabei, die beiden Zellen aus einer klassischen zu generieren die man in die Länge zieht und in der Mitte teilt.
SSDs die dann mit 90MB/s transferiert haben.
Eine moderne Western Digital QLC fällt auf 400-600MB Transferrate. Das ist sehr brauchbar.
vorallem QLC ist in dieser Hinsicht nochmal schlechter als TLC.