فلش NAND سه بعدی چیست؟

فلش NAND سه بعدی چیست؟

3D NAND نوعی فلش مموری غیر فرار است که در آن سلول های حافظه به صورت عمودی در چندین لایه قرار گرفته اند. طراحی و ساخت حافظه NAND سه بعدی به طور اساسی با NAND دو بعدی – یا مسطح – سنتی که در آن سلول های حافظه در یک ماتریس دو بعدی ساده مرتب شده اند متفاوت است.

مبانی NAND 2D و 3D

یک سلول حافظه فلش اساساً یک دروازه منطقی استاندارد و کم مصرف است و همه گیت های منطقی از یک رابطه ورودی/خروجی باینری (I/O) به خوبی درک شده استفاده می کنند. جدولی که رابطه ورودی و خروجی گیت منطقی را فهرست می کند، جدول حقیقت نامیده می شود.

زمانی که توشیبا در دهه 1980 فلش مموری را توسعه داد، دستگاه های حافظه بر دو نوع گیت منطقی متفاوت مبتنی بودند: NOR که مخفف NOT-OR است و NAND که مخفف NOT-AND است. هر دو طرح داده ها را در سلول های حافظه ساخته شده با ترانزیستورهای دروازه شناور (FGT) ذخیره می کنند.

امروزه فناوری فلش NAND به عنوان محبوب ترین و پرکاربردترین نوع سلول فلش مموری ظاهر شده است. شکل 1 گیت های NAND و NOR پایه را برای دانشجویان الکترونیک دیجیتال پایه نشان می دهد.

این مقاله بخشی از

راهنمای فلش مموری برای معماری، انواع و محصولات

که همچنین شامل:

فلش مموری در مقابل رم: تفاوت چیست؟

5 سازنده فلاش NAND عملکرد و قابلیت اطمینان را متعادل می کنند

QLC در مقابل SSD های TLC: کدام یک برای نیازهای ذخیره سازی شما بهتر است؟

شکل 1. نحوه مقایسه دروازه های NAND و NOR

فلش مموری به دلیل ماهیت غیر فرار آن محبوبیت پیدا کرد. یعنی هر سلول حافظه می تواند حالت باینری خود را حفظ کند، صفر یا یک منطقی – داده ها – بدون نیاز به برق مداوم. این به طور چشمگیری با رم پویا (DRAM) متفاوت است، جایی که هر سلول حافظه باید به طور مداوم به روز شود تا حالت باینری خود را حفظ کند. حافظه‌های قابل بازنویسی غیرفرار، دستگاه‌های حافظه قابل حمل و مناسب را برای طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها، مانند دستگاه‌های تصویربرداری و ضبط ویدیو، درایوهای انگشت شست برای ذخیره و انتقال فایل‌ها و داده‌ها، و دستگاه‌های درایو حالت جامد (SSD) به عنوان جایگزین‌های عملی فراهم کرده است. . به رسانه های چرخان مغناطیسی سنتی، مانند درایوهای دیسک سخت (HDD).

همانند DRAM، دستگاه های فلش دو بعدی با سلول های حافظه که در یک ماتریس افقی دو بعدی چیده شده اند، طراحی و ساخته می شوند. این رویکرد به خوبی اثبات شده به دلیل فضای محدود روی قالب سیلیکونی – خود تراشه، ظرفیت و عملکرد را با چالش‌هایی مواجه می‌کند. برای افزایش ظرفیت ذخیره سازی، سلول های حافظه به دست آمده باید یا کوچکتر، قالب بزرگتر یا هر دو باشند. از آنجایی که ساخت سلول های حافظه در محدوده تکنولوژی ساخت امروزی نمی تواند خیلی کوچکتر شود، دستگاه فلش دو بعدی حاصل باید بزرگتر شود و اتصالات طولانی تری بین سلول های حافظه ایجاد کند که تأخیر را افزایش داده و کارایی را کاهش می دهد. بنابراین، اجزای فلش دو بعدی یا تراشه ها در حال حاضر به ظرفیت 128 گیگابایت (گیگابایت) محدود شده اند. در عمل، یک دستگاه ذخیره سازی می تواند حاوی تراشه های متعددی باشد تا ظرفیت بسیار بیشتری را فراهم کند.

دستگاه های فلش سه بعدی با قرار دادن سلول های حافظه در لایه های عمودی به جای یک لایه افقی، ظرفیت و عملکرد را افزایش می دهند. این به طور موثر سلول های حافظه موجود را برای یک منطقه معین چند برابر می کند و ظرفیت ذخیره سازی بسیار بیشتری را در حالی که از یک ردپای کوچکتر استفاده می کند، امکان پذیر می کند. علاوه بر این، انباشتگی اتصالات کلی کوتاه‌تر را برای هر سلول حافظه فعال می‌کند که از عملکرد سریع‌تر حافظه پشتیبانی می‌کند. فلاش سه بعدی یک رویکرد ساخت نسبتا جدید است، اما ظرفیت های ۲۵۶ گیگابایتی و ۵۱۲ گیگابایتی با پتانسیل برای دستگاه های حافظه بسیار بزرگتر در دسترس است. برخی از جدیدترین اجزای حافظه فلش سه بعدی دارای ظرفیت 1 ترابایت (TB) هستند.

نمودار ساختار سه بعدی NAND

شکل 2. یک دستگاه NAND سه بعدی از لایه های متناوب سیلیکون رسانا و دی اکسید سیلیکون عایق تشکیل شده است.

فلش و 3D NAND چگونه کار می کنند؟

حافظه فلش یک نوع پیشرفته از حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی با قابلیت پاک شدن الکتریکی (EEPROM) است — نوعی حافظه غیر فرار که به طور سنتی سیستم عاملی مانند BIOS را در رایانه شخصی نگه می دارد. حافظه فلش داده ها را در آرایه هایی از ترانزیستورها ذخیره می کند که می توانند برای ذخیره یک، دو، سه یا چهار بیت داده طراحی شوند. FGT های مبتنی بر نیمه هادی اکسید فلزی که برای ساخت سلول های حافظه استفاده می شوند به جای یک دروازه از دو دروازه استفاده می کنند. یک دروازه یک دروازه شناور است و دروازه دیگر یک دروازه کنترل است. در واقع، سری گیت ها به عنوان یک سوئیچ عمل می کنند که در آن گیت کنترل الکترون ها را گرفته و آنها را به سمت دروازه کنترل حرکت می دهد. این نوع معماری ترانزیستور را قادر می‌سازد تا وضعیت هر سلول حافظه را هنگام قطع برق حفظ کند.

همانند EEPROM های قدیمی و سنتی، یک سلول حافظه فلش قبل از بازنویسی باید پاک شود. یک EEPROM داده ها را بایت به بایت پاک می کند. در یک دستگاه فلش مموری، الکترون های تونل زنی هر باری را که بر روی FGT وجود دارد را یک لحظه پاک می کنند – بنابراین نام حافظه فلش نامیده می شود – و امکان بازنویسی محتویات را فراهم می کند.

فلاش NOR به گونه‌ای طراحی شده است که دسترسی پرسرعت به مکان‌های حافظه فردی را فراهم کند، و NOR را برای کارهایی که به سرعت و دسترسی بهینه بستگی دارند، مانند سیستم عامل رایانه‌های شخصی مدرن، مناسب می‌سازد.

دستگاه های قدیمی از نوع EEPROM منسوخ شده اند. در مقایسه، فلش NAND برای کار با بلوک های داده ای به نام صفحات طراحی شده است. این باعث می‌شود فلاش NAND برای خواندن/نوشتن متوالی با سرعت بالا برای فعالیت‌های داده‌ای با حجم بالا، مانند ویدیو و تصاویر، مناسب باشد. NAND عملکرد خواندن سریع را ارائه می دهد و از NOR هزینه کمتری دارد. در نتیجه، فلش NAND تکنولوژی غالب حافظه فلش برای بسیاری از دستگاه های مصرف کننده و صنعتی است.

برخلاف DRAM، حافظه تمام فلش تعداد محدودی از چرخه های برنامه/پاک کردن (چرخه های P/E) را ارائه می دهد – مشخصه ای که به آن استقامت می گویند. رفتار الکترون های تونل زنی که برای پاک کردن سلول حافظه استفاده می شود در نهایت باعث فرسودگی و از کار افتادن سلول حافظه می شود. با این اتفاق، قابلیت‌های مدیریت خطای دستگاه فلش مموری برای جابجایی سلول‌های بد و بلوک‌های بد کار می‌کند، در نتیجه زمان بیشتری برای نوشتن یا برنامه‌نویسی مورد نیاز است که عملکرد حافظه فلش را کند می‌کند. خوشبختانه، استقامت اکثر دستگاه های حافظه فلش مدرن هزاران چرخه P/E است. و این عمر با تکنیک‌های سطح‌بندی سایش افزایش می‌یابد، که تضمین می‌کند تمام حافظه قبل از پاک شدن سلول‌ها نوشته می‌شود، اساساً از پاک شدن و بازنویسی مکرر همان زیرمجموعه‌های سلول‌های حافظه جلوگیری می‌کند، در حالی که سایر قسمت‌های تراشه نسبتاً بلااستفاده باقی می‌مانند. .

برای درک بهتر سطح سایش، یک سری از چهار ظرف با برچسب A، B، C و D را در نظر بگیرید که نشان دهنده صفحات حافظه فلش است. فرض کنید یک شی که نمایانگر صفحه ای از داده ها است در ظرف A قرار می گیرد. آن شی حذف و تغییر می کند، اما به جای اینکه مستقیماً در ظرف A قرار داده شود، به جای آن در ظرف B قرار می گیرد. وقتی آن شیء بعدی حذف و تغییر کرد، در ظرف C قرار داده می شود و به همین ترتیب تا زمانی که شیء دستکاری شود و در نهایت در ظرف D قرار می گیرد. تنها پس از آن، زمانی که شیء یک بار دیگر برداشته و تغییر داده می شود، دوباره در ظرف A قرار می گیرد. این مفهوم اولیه سطح سایش، حافظه فلش را قادر می سازد تا به طور چشمگیری عمر کاری آن را افزایش می دهد.

برای حرکت از فلاش دو بعدی به فلاش سه بعدی، فرآیند ساخت چندین لایه سلول حافظه را به همراه اتصالات بین لایه ها روی هم اضافه می کند. یک تراشه فلش 3 بعدی NAND به راحتی می تواند 32 تا 128 لایه را در بر بگیرد و حتی دستگاه های 256 لایه نیز در دسترس هستند. افزودن لایه‌ها، ساخت فلاش سه بعدی را دشوارتر و زمان‌برتر از فلاش دو بعدی می‌کند. با این حال، لایه‌ها تراکم بیت‌های بسیار بیشتری را در دستگاه حافظه با مسیرهای اتصال کوتاه‌تر امکان‌پذیر می‌کنند که عملکرد حافظه بهتری را به همراه دارد.

امروزه دستگاه‌های فلش سه‌بعدی NAND در رایانه‌ها، مانند تبلت‌ها، و همچنین دستگاه‌های ذخیره‌سازی مانند کارت‌های حافظه فلش، درایوهای USB، آرایه‌های فلش و SSD‌های درجه یک سازمانی رایج هستند.

مزایا و معایب 3D NAND در مقابل 2D NAND

هر دو دستگاه حافظه فلش 3 بعدی و 2 بعدی NAND امروزه به راحتی در دسترس هستند و مورد استفاده قرار می گیرند. اما هنگام انتخاب بهترین فناوری برای یک کار ذخیره سازی، معاوضه هایی وجود دارد که باید در نظر گرفت.

ظرفیت

فلاش NAND 3D ظرفیت ذخیره سازی یا تراکم داده بیشتری را در مقایسه با فلش NAND 2D ارائه می دهد. انباشتن چندین لایه سلول های حافظه برای ایجاد یک ماتریس ذخیره سازی سه بعدی می تواند ظرفیت ذخیره سازی قابل توجهی بیشتری را برای همان منطقه تراشه یا ردپای یکسان به ارمغان بیاورد. به طور مشابه، تراشه های متراکم تری را می توان در دستگاه های با ظرفیت بالاتر مانند SSD ها تعبیه کرد. به عنوان مثال، SSD ها به راحتی در ظرفیت های 1 ترابایت و 2 ترابایت در دسترس هستند.

هزینه

حافظه فلش از همان رابطه هزینه به ازای بایت مانند سایر فناوری‌های ذخیره‌سازی پیروی می‌کند، و فلش NAND سه بعدی می‌تواند هزینه هر بایت را در مقایسه با فلش 2 بعدی NAND بسیار کاهش دهد. هر لایه ای که به تراشه حافظه سه بعدی NAND اضافه می شود ظرفیت آن را چند برابر می کند. حتی اگر ساخت ویفر 3 بعدی NAND چندین برابر گرانتر از ویفر NAND دو بعدی باشد، بهبود ظرفیت چشمگیر ویفر سه بعدی هزینه هر بایت را برای فناوری 3 بعدی NAND بسیار کمتر می کند. این امر NAND سه بعدی را برای بسیاری از انواع برنامه های ذخیره سازی مقرون به صرفه تر می کند.

عملکرد و قدرت

هنگامی که سلول های حافظه در یک ماتریس دو بعدی قرار می گیرند، فاصله محدودی برای جابجایی بیت ها به سلول ها و از سلول ها وجود دارد. این فاصله برابر با زمان — یا تأخیر است. برای افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی ماتریس دو بعدی، این فواصل – و تأخیر – نیز باید افزایش یابد و عملکرد دستگاه‌های فلش NAND 2 بعدی بزرگتر یا با ظرفیت بالاتر را کاهش دهد. با انباشته کردن و به هم پیوستن لایه‌های سلول‌های حافظه NAND، فاصله فیزیکی – و بنابراین تأخیر – می‌تواند برای حفظ عملکرد بالاتر در ظرفیت‌های ذخیره‌سازی بالاتر کاهش یابد. علاوه بر این، حافظه فلش 3 بعدی NAND را می توان در یک پاس نوشت و تا 50 درصد انرژی کمتری نسبت به NAND دو بعدی مصرف می کند.

چالش های تولید

ساخت دستگاه‌های فلش سه بعدی NAND می‌تواند بسیار دشوار باشد و به هزاران فرآیند جداگانه نیاز دارد تا یک ویفر خام از طریق قالب‌ها یا تراشه‌های کامل انجام شود. خطا یا آلودگی در هر بخشی از فرآیند ساخت می تواند سلول های بدی را ایجاد کند و کل قالب ها را غیرقابل استفاده کند. تولید خوب نیازمند اقدامات احتیاطی فوق‌العاده در برابر آلودگی، کنترل تولید بسیار بالا و خلوص مواد است. خوشبختانه، چنین ساخت تراشه پیچیده تی

فناوری‌ها اکنون بالغ و قابل اعتماد هستند تا بازدهی خوبی برای تولیدکنندگان تراشه‌های 3D NAND ایجاد کنند.

کنترل فلاش پیچیده

اگرچه فناوری حافظه فلش مانند DRAM به مدار تازه سازی نیاز ندارد، اما برای نظارت بر نحوه ذخیره داده ها بر روی یک تراشه فلش، به مدیریت پیچیده داده، سطح سایش و کنترل تصحیح خطا نیاز دارد. به عنوان مثال، فلش NAND سه بعدی ممکن است نیاز به نقشه برداری مجدد یا جابجایی کل بلوک یا صفحه ذخیره سازی داشته باشد، اگر حتی یک بیت از کار بیفتد، بنابراین مدار کنترل اضافی برای بررسی خرابی بیت ها مورد نیاز است. در عین حال، کنترل بیشتری برای تسطیح سایش، پخش کردن داده های ذخیره شده در سراسر تراشه برای به حداقل رساندن چرخه های P/E و افزایش عمر کاری دستگاه فلاش مورد نیاز است. این کنترل ها برای 3D NAND در مقابل 2D NAND پیچیده تر هستند.

انواع NAND

فناوری NAND را می توان به چندین طرح خاص تقسیم کرد، از جمله سلول تک سطحی (SLC)، سلول چند سطحی (MLC)، سلول سه سطحی (TLC)، سلول چهار سطحی (QLC) و حتی سلول پنج سطحی. PLC). طراحی خاص معمولاً به تعداد بیت‌های نگهداری شده در هر سلول حافظه NAND و همچنین ویژگی‌هایی مانند استقامت مربوط می‌شود. دستگاه های فلش سه بعدی NAND معمولاً می توانند از طرح های MLC، TLC، QLC و PLC استفاده کنند اما از SLC استفاده نمی کنند.

SLC

این طراحی NAND 1 بیت را در هر سلول حافظه ذخیره می کند. از آنجایی که تنها یک سلول در هر چرخه P/E درگیر است، سلول ها به طور متوسط کمترین دفعات را پاک و بازنویسی می کنند که منجر به برخی از بهترین استقامت برای حافظه NAND می شود. یک دستگاه SLC معمولی را می توان حدود 60000 تا 100000 بار پاک و بازنویسی کرد. علاوه بر این، خرابی یک سلول حافظه تنها بر آن بیت مربوطه تأثیر می‌گذارد و باعث می‌شود که خرابی‌ها در تراشه فلش بازنگری شوند. متأسفانه، SLC همچنین گران‌ترین نوع فلش NAND از نظر هزینه هر بیت است و اغلب برای وظایف مهم سازمانی با بالاترین عملکرد، مانند برنامه‌های کاربردی پایگاه داده، رزرو می‌شود.

MLC

این طراحی 2 بیت در هر سلول حافظه ذخیره می کند. این کار ظرفیت دستگاه فلش مموری را بهبود می بخشد و هزینه آن را کاهش می دهد زیرا تعداد بیت ها در هر سلول دو برابر بیشتر از SLC است. اما استقامت تحت تأثیر قرار می گیرد زیرا هنگام بازنویسی سلول باید 2 بیت پاک شود و بازنویسی شود، بنابراین سلول سریعتر فرسوده می شود. یک دستگاه MLC را می توان بین 1500 تا 3000 بار پاک و بازنویسی کرد. عملکرد و استقامت هنوز برای اکثر برنامه های کاربردی عمومی با نیازهای I/O متوسط جذاب است و MLC اغلب در دستگاه های محاسباتی روزمره مانند لپ تاپ ها استفاده می شود. 3D NAND می تواند از فلاش MLC استفاده کند. Enterprise MLC گونه ای از MLC است که کنترل تراز سایش پیشرفته را ارائه می دهد که استقامت کلی را بهبود می بخشد و دستگاه را برای محیط های سازمانی مناسب تر می کند.

TLC

این نوع NAND 3 بیت در هر سلول حافظه ذخیره می کند. این امر به افزایش ظرفیت فلاش و هزینه کمتر ادامه داد. اما بیت اضافی عملکرد را اندکی کاهش می دهد و چرخه P/E اکنون به جای یک یا دو بیت بر 3 بیت تأثیر می گذارد و استقامت دستگاه را حتی بیشتر کاهش می دهد. TLC بیشتر برای کارهای سنگین خواندنی استفاده می شود که در آن چرخه های P/E کمتر است و به حداکثر استقامت و حفظ عمر کاری دستگاه TLC کمک می کند. 3D NAND می تواند از فلاش TLC استفاده کند و یک دستگاه TLC معمولی 3D را می توان از 500 تا 1000 بار بازنویسی کرد.

QLC

این طرح 4 بیت در هر سلول حافظه ذخیره می کند. این فناوری برخی از بالاترین ظرفیت و کمترین هزینه را در بین انواع NAND نشان می‌دهد، اما همچنین در مقایسه با سایر فناوری‌های فلش، استقامت و عملکرد سلول حافظه پایین‌تری دارد. تصحیح خطای پیشرفته و کنترل‌کننده‌های تسطیح سایش به افزایش استقامت دستگاه QLC کمک می‌کنند و این فناوری می‌تواند برای کارهای سنگین خواندنی که بازنویسی‌ها به ندرت انجام می‌شود، مانند ذخیره‌سازی بایگانی، جذاب باشد. یک سلول QLC معمولی را می توان حدود 100 بار بازنویسی کرد، اگرچه سطح سایش می تواند آن را تا حدود 1000 بار بهبود بخشد. 3D NAND می تواند از فلش QLC استفاده کند.

PLC

این یک نوع نسبتاً جدید از فلش NAND است که در نمونه اولیه SSD در سال 2022 معرفی شد، با دستگاه های عملی که انتظار می رود در حدود سال 2025 وارد بازار شوند. این فلش می تواند 5 بیت در هر سلول حافظه ذخیره کند. فناوری PLC حتی قابلیت‌های هزینه/چگالی بهتری نسبت به انواع NAND قبلی ارائه می‌دهد، اما پیچیدگی بسیار بیشتری در ذخیره‌سازی ایجاد می‌کند و هر سلول را نسبت به سایش بسیار حساس می‌کند. دستگاه های فعلی PLC NAND استقامت P/E را بر حسب تک رقمی فهرست می کنند. استقامت کم احتمالاً مستلزم کنترل‌های مدیریت سایش گسترده است و دستگاه‌های مبتنی بر PLC را برای برنامه‌های خواندنی سنگین برای آینده قابل پیش‌بینی محدود می‌کند.

موارد استفاده 3D NAND

فلش مموری در طیف وسیعی از موارد استفاده جذاب است که در آن تحرک، عدم فرار و انعطاف‌پذیری فیزیکی، مانند ضربه، فشار و دما، ویژگی‌های مفیدی هستند. مثال‌های زیر مقطعی از موارد استفاده رایج را ارائه می‌دهند.

درایوهای انگشت شست USB

درایوهای USB برای اولین بار در حدود سال 2002 معرفی شدند، گزینه های ذخیره سازی کوچک، قابل حمل و غیر فرار را برای همه انواع کاربران رایانه شخصی و تجاری کوچک فراهم می کنند. در واقع، درایو USB یک زیرسیستم ذخیره سازی مستقل است که شامل ظرفیت حافظه با کارایی بالا و تمام مدارهای کنترلی می شود. درایوهای USB امروزی از سیم کارت متفاوت هستند

دستگاه های 8 تا 16 گیگابایتی تا 1 ترابایت. برخی از درایوهای USB پیشرفته حتی دارای ویژگی هایی مانند رمزگذاری و امنیت رمز عبور هستند.

کارت های حافظه فلش

کارت‌های حافظه فلش برای اولین بار در اواسط دهه 1990 ظاهر شدند و برای بسیاری از انواع دستگاه‌های الکترونیکی، از جمله دوربین‌ها، تبلت‌ها و ضبط‌کننده‌های ویدئویی، مانند دوربین‌های GoPro، سهولت پلاگین را ارائه کردند. کارت‌های فلش مموری امروزی می‌توانند تا 512 گیگابایت ظرفیت ذخیره‌سازی را فراهم کنند و سرعت انتقال داده‌ها از 80 مگابایت بر ثانیه تا 170 مگابایت در ثانیه متغیر است. کارت‌های حافظه فلش در فرم‌های مختلفی از جمله Secure Digital، microSD، miniSD و CompactFlash موجود هستند. هر فرم فاکتور شکل ها و اندازه های متناسب با دستگاه های هدف مختلف، مانند دوربین ها و ضبط کننده های ویدئویی را ارائه می دهد.

SSD ها

SSD ها در دستگاه های مختلف از لپ تاپ تا آرایه های ذخیره سازی درجه سازمانی ظاهر می شوند. آن‌ها می‌توانند جایگزین هارد دیسک‌های مغناطیسی سنتی شوند، عملیات ورودی/خروجی بسیار سریع در ثانیه و مصرف انرژی کمتری را برای سیستم‌های محاسباتی به ارمغان می‌آورند، در حالی که حذف قطعات متحرک باعث بهبود قابلیت اطمینان درایو و کاهش نویز می‌شود. محصولات SSD امروزی به راحتی از 120 گیگابایت به بالا تا محدوده 4 ترابایت در دسترس هستند و به راحتی با ظرفیت های بالا و قیمت رقابتی که معمولاً با هارد دیسک ها مرتبط است رقابت می کنند. SSD ها اغلب در آرایه های ذخیره سازی فلش و سایر استقرارهای محاسباتی، مانند محصولات زیرساختی بیش از حد همگرا استفاده می شوند. SSDها برای مطابقت با طرح های استاندارد رابط کامپیوتری، از جمله پیوست فناوری پیشرفته سریال یا SATA در دسترس هستند. حافظه غیر فرار یا NVMe. و ماشین به ماشین Peripheral Component Interconnect Express یا M2M PCIe، که دستگاه را قادر می سازد به چندین روش ممکن به رایانه اضافه شود.

فروشندگان NAND سه بعدی

تعداد کمی از تولیدکنندگان حافظه فلش 3 بعدی NAND وجود دارد. این به دلیل سرمایه‌گذاری هنگفت مورد نیاز برای ساخت تراشه‌های فلش در تأسیسات بسیار پیچیده تولیدی به نام fabs و همچنین مالکیت معنوی قابل توجه و تخصصی درگیر است، مانند اختراعات مربوط به این فناوری. امروزه، پنج سازنده عمده دستگاه های فلش سه بعدی NAND وجود دارد:

آینده NAND سه بعدی

فناوری 3D NAND flash همچنان محدودیت‌های توانایی تولید تراشه را فراتر می‌برد. اگرچه هیچ فناوری فلاش جدید قابل توجهی برای جایگزینی فلاش 3 بعدی NAND وجود ندارد، اما سازندگان با چالش‌های بزرگی برای ایجاد فناوری در آینده روبرو هستند. انتظار می رود به جای فناوری های ذخیره سازی جایگزین، 3D NAND به مسائل اساسی تری از جمله موارد زیر رسیدگی کند:

ظرفیت.

سازندگان فلش به دنبال این هستند که بیت‌های بیشتری از فضای ذخیره‌سازی را در قالب یک تراشه قرار دهند. این معمولاً لایه های بیشتری را شامل می شود. در حالی که تراشه‌ها به زودی تا ۲۵۶ لایه NAND فلش را شامل می‌شوند، تراشه‌های NAND سه‌بعدی آینده تلاش خواهند کرد تا از این امر عبور کنند و حتی لایه‌های بیشتری را شامل شوند و محدودیت‌های ساخت تراشه را افزایش دهند. برخی از تولیدکنندگان ممکن است تکنیک‌هایی مانند انباشتن رشته‌ها را انتخاب کنند، که در آن تراشه‌های بزرگ‌تر از دو یا چند تراشه کوچک‌تر ساخته می‌شوند، به عنوان مثال، انباشتن دو تراشه فلش 3 بعدی NAND 128 لایه برای ایجاد یک دستگاه فلش 256 لایه 3 بعدی NAND. سایر تکنیک‌های ممکن عبارتند از ترانشه کردن، که در آن شکل‌گیری فیزیکی لایه‌های تراشه، سلول‌های بیشتری را قادر می‌سازد تا به هم نزدیک‌تر شوند و تراکم سلولی را افزایش دهند.

کارایی بیت.

وعده فلش NAND PLC برای ذخیره 5 بیت در هر سلول فریبنده است، اما برای نوشتن و خواندن الگوهای بیت در هر سلول به مدارهای پیچیده و حساس تری نیاز دارد. این همچنین محدودیت‌های فعلی طراحی و ساخت تراشه را افزایش می‌دهد، اما مسیری مناسب برای ظرفیت بیشتر در هر تراشه است.

تحمل.

تراشه های پیچیده سه بعدی NAND به طور قابل توجهی حساس تر هستند و می توانند چرخه های پاک کردن/نوشتن بسیار کمتری را قبل از اینکه سلول های NAND شروع به فرسودگی و خرابی کنند، تحمل کنند. در حالی که آخرین تراشه‌های QLC و PLC استقامت نسبتاً پایینی ارائه می‌دهند، سازندگان فلاش NAND به دنبال راه‌هایی برای بهبود استقامت مؤثر از طریق مواد، فرآیندها و پشتیبانی از مدارهای مدیریت فلاش مانند تراز سایش و سایر تکنیک‌ها هستند. استقامت بهتر به موارد استفاده بیشتر و پذیرش گسترده‌تر حافظه فلش برای طیف وسیع‌تری از کاربردها تبدیل می‌شود.