Crucial MX300 mit 1050 GB im Test

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Allgemeines



3D-NAND


Um hohe Kapazitäten mit hoher Haltbarkeit umzusetzen, arbeitet man bei 3D-NAND nicht mehr planar auf einer Ebene, sondern in mehreren Schichten übereinander. Denn damit wird der Platzbedarf entschärft, und es ist auch möglich, die einzelnen Zellen wieder größer zu gestalten und damit indirekt die Lebensdauer zu verbessern.

Samsung legte hierbei vor. Dessen aktueller 3D-NAND ist in 48 Schichten gestaltet, verwendet Charge-Trap-Flash-Zellen und weist eine Kapazität von 256 Gbit bei TLC-Ansteuerung auf. Intel und Micron haben in dem Gemeinschaftsunternehmen IM Flash Technologies ebenfalls einen 3D-NAND zur Marktreife gebracht, welcher im TLC-Betrieb 384 Gbit speichern kann. Er ist in 32 Schichten gestaltet und basiert auf der herkömmlichen, dafür aber auch ausgereifteren Floating-Point-Technologie.

Da die Größenskalierung bei 3D-Strukturen nun vertikal und nicht mehr nur horizontal auf einer Ebene geschehen kann, sind die einzelnen Speicherzellen deutlich größer und können mehr Ladungen fassen. Laut IMFT hält deren aktuelle 3D-NAND-Technologie so viele Elektronen wie die herkömmlichen Strukturen in 50-nm-Ausführung. Dies entspricht ungefähr der zehnfachen Menge wie sie in planaren 16-nm-Strukturen möglich ist.

Bild: Crucial MX300 mit 1050 GB im Test

Dies führt indirekt zu längerer Lebensdauer, auch wenn die Zelle im anspruchsvolleren TLC-Modus genutzt wird, wo deutlich mehr verschiedene Ladungslevels unterschieden werden müssen.

Multi-Plane-Design: Planes sind keine Schichten


Dass ein einzelner NAND-Die eine sehr hohe Kapazität aufweist, hat aber auch einen Nachteil. Auf SSDs mit geringeren Kapazitäten wie 128 oder 256 GB werden dementsprechend weniger Dies benötigt, um die Gesamtkapazität der SSD bereitzustellen. Eine geringere Anzahl an Dies bedeutete in der Vergangenheit aber auch eine geringere Performance. Denn eine Grundlage höherer (vor allem) sequenzieller Schreib- und Leseraten war das parallele Arbeiten auf mehreren Dies.

Um dieses Problem zu umgehen, werden sogenannte Planes (Ebenen) genutzt. Diese sind nicht zu verwechseln mit den Schichten des 3D-NANDs. Wir erinnern uns: Der NAND-Speicher eines Dies ist in Blöcke unterteilt, in denen sich die Seiten (Pages) befinden (siehe SSD-Reboot). Der Controller kann während eines Vorgangs aus den Seiten lesen oder in eine der Seiten des Dies Daten schreiben. Um auch innerhalb eines Dies durch Parallelität eine höhere Performance zu erzielen, werden die Planes genutzt. Anstatt simultan nur eine Seite im Die zu beschreiben, kann jetzt eine Seite pro Plane beschreiben werden. Micron unterteilt derzeit seine 3D-Dies in vier Planes und kann damit pro Vorgang/Zyklus viermal so viele Seiten beschreiben.