NAND es un componente vital del futuro de la electrónica. Está en todas partes, impulsando la capacidad de almacenamiento, el rendimiento y la eficiencia energética en todo, desde servidores de centros de datos hasta los dispositivos móviles más pequeños, como telefonosdrones, cámaras y otros dispositivos portátiles.
A medida que estos sistemas y dispositivos electrónicos agreguen más funciones y realicen tareas más complejas como la IA, las necesidades de almacenamiento de datos seguirán creciendo, lo que hará que la memoria flash NAND sea un componente crítico de futuras innovaciones.
Como resultado, ha comenzado la carrera para construir NAND de mayor capacidad con mejor rendimiento y menor consumo. Mucha gente cree que un mayor número de capas es el único camino a seguir. Pero la verdad es que hay muchos vectores de innovación NAND y un mayor número de capas no es la única forma de aumentar los bits flash NAND y almacenamiento capacidad.
Esta nueva era de NAND está impulsando un período de cambio, en el que la carrera centrada en las capas ha quedado atrás. El énfasis se está desplazando hacia el momento estratégico de la introducción de nodos nuevos y más duraderos optimizados para casos de uso y aplicaciones específicos. No todos aplicaciones Necesita el último nodo con la mayor capacidad o rendimiento. Hacer que cada capa sea más densa, en lugar de simplemente apilar más capas, mejora la eficiencia energética, el rendimiento y la capacidad, al mismo tiempo que gestiona los costos para las necesidades específicas de los clientes.
Vicepresidente sénior de Ingeniería de Desarrollo de Western Digital.
Escalado vertical tradicional
La “carrera de capas” es la noción de que más capas significan más densidad y capacidad de bits, lo que genera una ventaja de costos; por lo tanto, la NAND con el mayor número de capas debe ser la mejor. Pero con 3D NAND, ya no es tan sencillo.
Ampliar NAND es similar a agregar capacidad en un hotel. Simplemente agregar más pisos puede parecer una buena idea, pero hay que recordar que la construcción genera un aumento en los costos operativos y en la complejidad, incluidos los costos para comprar y mover equipos, construir pisos, etc. agregando pisos adicionales. Intuitivamente, la reducción proporcional de costos que se obtiene al agregar diez pisos a un edificio de cien pisos es mejor que agregar el mismo número de pisos a un edificio de quinientos pisos. Pero el capital necesario para añadir ese extra podría ser mayor para construir esos 10 pisos adicionales encima de un edificio de quinientos pisos.
Hacer que cada piso sea más denso, reduciendo las habitaciones y utilizando el espacio de manera más efectiva, puede proporcionar el mismo aumento en la ocupación de una manera mucho más eficiente y rentable.
La misma lógica se aplica a la arquitectura NAND. Simplemente agregar capas NAND una encima de otra puede no ser la única forma de generar más bits o capacidad. Al igual que los pisos de un hotel, se vuelve más costoso y difícil construir NAND utilizable a medida que aumenta el número de capas. Por ejemplo, apilar capas genera un mayor tiempo de procesamiento y capital adicional para las herramientas avanzadas necesarias para garantizar que podamos fabricar matrices NAND de manera confiable y con alta calidad.
Escalar de manera más inteligente aprovechando múltiples vectores
Si bien el número de capas seguirá creciendo, ya no es el principal impulsor de la innovación. En cambio, la innovación abarca múltiples vectores y existen otras formas de escalar la arquitectura NAND además del escalamiento vertical, incluidos métodos de escalamiento lateral, lógico y de arquitectura.
El escalado lateral funciona empaquetando cada capa de memoria y eliminando algunas de las estructuras de soporte redundantes. Es como exprimir más habitaciones en el mismo piso de una habitación de hotel o reducir el número de escaleras y ascensores en un edificio. Por ejemplo, comenzar con el escalado lateral le permite optimizar el espacio disponible antes de agregar otra capa. Este enfoque gradual es mucho más eficiente, ahorra costos y reduce los riesgos. También permite a los clientes llegar a un determinado punto de capacidad en el momento adecuado, con suministro y calidad constantes. Y cuando se decide agregar más capas, el beneficio se multiplica por la mayor eficiencia de las capas agregadas.
El escalado lógico aumenta la cantidad de bits lógicos que se pueden almacenar en un dispositivo físico. En el caso de una habitación de hotel, esto sería similar a meter a más huéspedes en la misma habitación de hotel sin causar molestias.
Finalmente, arquitectura El escalado optimiza la forma en que los circuitos soportan las matrices de memoria, como colocar los circuitos al lado de la matriz, colocarlos debajo o tal vez implementarlos en una oblea separada. En un hotel, este podría ser el lugar donde se ubica el estacionamiento para los huéspedes necesarios: en el costado del edificio, debajo o encima del edificio (con una forma rentable de transportar automóviles por aire, por supuesto).
Una combinación de los cuatro
Un enfoque que utiliza una combinación de estos cuatro vectores de escala es una forma mucho más inteligente de agregar crecimiento de bits NAND sin sacrificar el rendimiento y la eficiencia energética para la más amplia gama de casos de uso y dispositivos. Y tiene el beneficio adicional de optimizar la reducción de costos de nodo a nodo y minimizar el capital necesario para las transiciones.
Y si bien la tecnología NAND es compleja, los procesos de fabricación que crean nodos NAND viables y, eventualmente, productos, lo son aún más. Estas condiciones se ven exacerbadas por la dinámica de la oferta y la demanda en una era emergente donde las nuevas aplicaciones, especialmente la IA, aumentarán en gran medida la necesidad de soluciones basadas en flash con uso intensivo de computación y almacenamiento.
Por ejemplo, este marco del ciclo de datos de IA muestra el círculo virtuoso en el que el almacenamiento alimenta los modelos de IA y la IA, a cambio, exige más almacenamiento. Este ciclo de datos de IA será un importante motor de crecimiento incremental para la industria del almacenamiento.
Rendimiento, potencia y capacidad
El rendimiento, la potencia y la capacidad juegan un papel importante en cada fase, ya que cada etapa exige algo diferente. Mientras que las etapas iniciales necesitan una capacidad masiva para contener la mayor cantidad de datos posible para el entrenamiento del modelo, a medida que los datos pasan por el ciclo, la velocidad y el rendimiento pueden ser los factores más importantes. Y la potencia se está convirtiendo cada vez más en un factor crítico en cualquier aplicación de IA.
En esta nueva era de NAND, las rutas de migración nodal NAND también deben basarse en las necesidades del cliente, no en el enfoque único del pasado.
Están empezando a bifurcarse diferentes necesidades para diferentes clientes y el papel de los proveedores de NAND a la hora de abordar estas necesidades se está volviendo mucho más interesante. En última instancia, lo que un cliente construya determinará cómo debe funcionar el flash que contiene: qué tamaño debe tener, cuánta capacidad tiene y cuánta energía consumirá. No se trata de cuántas capas tiene el producto. Centrarse en las características que son más importantes para los clientes (rendimiento, capacidad y potencia) es la estrategia ganadora.
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