`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Рынок флэш‑памяти: NOR, NAND и другие

Статья опубликована в №14 (582) от 10 апреля

0 
 

К теме флэш-памяти на страницах нашего еженедельника мы обращаемся не слишком часто по причине отсутствия на этом рынке революционных изменений. Развитие технологий энергонезависимой памяти до настоящего времени продолжалось преимущественно экстенсивным путем, а основное внимание индустрии было приковано прежде всего к сводкам с биржевых полей. Однако последние события, происходящие здесь, все же заслуживают более пристального рассмотрения.

Начнем, пожалуй, с общих показателей по индустрии за 2006 г. Рынок NOR-флэш в денежном выражении вырос на 6%, в то время как NAND – практически на 15%. Много это или нет? В принципе, не так уже и мало, учитывая, что новых сфер применения для флэш-памяти за этот год придумано не было – как и раньше, NOR рассматривается преимущественно как энергонезависимая оперативная память для телефонов, смартфонов и коммуникаторов, а NAND – как хранилище данных.

В то же время назвать обстановку на рынке стабильной никак нельзя, и самое интересное, что обе ветви сейчас переживают серьезные кризисы. Инвесторы производителей NOR-флэш после этапа затяжной ценовой войны давно забыли о таком понятии, как «прибыль», а цены на NAND-флэш находятся на самом дне из-за перепроизводства, имевшего место в прошлом году.

Впрочем, перспективы для NAND на 2007 г. выглядят более радужными, и роль «палочки-выручалочки» здесь прочат твердотельным накопителям (SSD, Solid State Drives), которые, по прогнозам, начнут получать распространение уже в нынешнем году. А вот у NOR таковой нет, соответственно, нет и повода для оптимизма у участников рынка. Ввиду этого, а также существенных отличий двух технологий (см. врезку) рассматривать их лучше по отдельности.

NOR-флэш: перераспределение лидерства

Пытаясь разобраться, кто есть кто на рынке NOR-флэш, так и хочется воскликнуть: «Да что ж такое, и здесь Intel vs. AMD?». Сомнений нет: на этом фронте также кипит борьба за долю рынка, причем не менее острая, чем в процессорном сегменте. А так как ведется она преимущественно ценовыми методами, то совершенно неудивительно, что вот уже два года NOR-подразделения Spansion (бывшее совместное предприятие AMD и Fuji) и Intel являются глубоко убыточными.

Впрочем, в последнее время чаша весов начала все больше склоняться в пользу Spansion. Так, согласно данным аналитического агентства iSuppli, еще в 2005 г. на рынке памяти для мобильных телефонов (ключевом применении для NOR-флэш) лидировала Intel c долей 28,9%, а Spansion принадлежало 26,1%. В 2006 г. последняя увеличила объем продаж на 35% (при росте рынка 16,4%), отвоевав в итоге долю в размере 29,9% (либо же 30,4% для всего рынка NOR-флэш).

Рынок флэш‑памяти NOR, NAND и другие
Интегрированные устройства типа DiskAtChip, подобные Samsung oneNAND, получают все большее распространение в индустрии благодаря удобству работы с ними с точки зрения ОЕМ-разработчика

Столь впечатляющий рывок стал возможен, конечно же, не только за счет умелого менеджмента, но и благодаря технологическим наработкам компании. Так, Spansion известна своей технологией MirrorBit, обеспечивающей хранение в одной ячейке сразу двух битов информации. Ключевое отличие от аналогичных технологий, известных под названием MLC (Multi Level Cell) для NAND-памяти, состоит в применении непроводящего нитридного элемента хранения вместо традиционного полисиликонового элемента типа «плавающий затвор». Это сулит более надежный фундамент для дальнейшего масштабирования технологии хранения в одной ячейке памяти нескольких битов информации – если работы над памятью MLC NAND x4 с плавающим затвором все еще интенсивно ведутся рядом производителей, то Spansion уже представила MirrorBit Quad, позволяющую хранить в одной ячейке до 4 бит. По утверждению компании, в перспективе для памяти MirrorBit будет гораздо проще еще сильнее увеличить плотность информации, чем для технологий, использующих плавающий затвор.

Но это еще не все. Spansion отлично понимает, что в настоящее время с точки зрения рынка флэш-память типа NAND перспективнее по соотношению цены и объема, поэтому для обеспечения универсальности собственной продукции она совсем недавно представила архитектуру MirrorBit Eclipse, сочетающую технологии MirrorBir NOR, ORNAND и Quad в одном ядре. Это предложение выглядит весьма привлекательным для ОЕМ-производителей электронных устройств, так как поддержка сразу двух режимов доступа (NOR и NAND) позволит им разрабатывать и выводить на рынок собственные продукты на базе такой памяти намного быстрее. Впрочем, несмотря на это, инвесторы все еще настроены в отношении Spansion довольно скептически – эффект от изнурительной ценовой войны, переведшей компанию в разряд убыточных, будет ощущаться еще долго.

Рынок флэш‑памяти NOR, NAND и другие

Между тем конкурентам также живется не слишком сладко. Так, аналитики Gartner даже предсказывали продажу Intel собственного подразделения NOR-флэш ввиду его убыточности. Однако то ли слухи об этом оказались несколько преувеличенными, то ли у компании иные планы, но подобный шаг пока не был предпринят, хотя определенная переориентация на более перспективный рынок NAND все же отмечается. На данный момент Intel предлагает 65-нанометровые чипы StrataFlash, выполненные с применением технологии MLC, а также концентрируется на новых разработках, о которых мы расскажем чуть позже.

Что же касается STMicroelectronics, то, по мнению экспертов, она также довольно близка к продаже своего подразделения по производству памяти, причем, учитывая тесные ее контакты с Intel, не исключено, что оба подразделения будут выставлены на продажу совместно. В то же время компания продолжает искать новые рынки для своей продукции – так, недавно она выпустила 32-мегабитовое устройство NOR-флэш для автомобильной промышленности, сертифицированное для работы в диапазоне температур от –40 до +125°С.

В остальном на рынке NOR каких-либо серьезных изменений не чувствуется. Ценовая война Intel и Spansion практически вытолкнула с рынка других производителей, и работать на нем сегодня может лишь тот, кто согласен терпеть длительные убытки ради перспектив, хоть и весьма туманных.

NOR vs. NAND: кто кого?

Еще относительно недавно свыше половины рынка флэш-памяти занимали продукты на базе NOR-технологии. На сегодняшний же день инициативу перехватила NAND-флэш, которую аналитики считают более перспективной по соотношению стоимости и объема (см. диаграмму).

Рынок флэш‑памяти NOR, NAND и другие

Чтобы понять, в чем же состоит ключевая разница между этими типами памяти, придется обратиться к техническим подробностям. Итак, в основе различий лежит способ организации обращений к массиву памяти – для NOR он побитовый, т. е. допускающий случайный доступ, а для NAND – постраничный, более подходящий для потоковых операций. Такое деление возникает из-за того, что в чипах NAND с целью уплотнения ячеек мультиплексированы шины команд, данных и адреса, в то время как в NOR они разделены.

Таким образом, устройства типа NOR, позволяющие реализовать побитовый случайный доступ, скорее напоминают традиционное ОЗУ, и поэтому могут использоваться для хранения исполняемого кода. Есть у этого типа и другое преимущество – высокая скорость чтения. К сожалению, на этом достоинства NOR заканчиваются. Основными же недостатками являются их довольно высокая стоимость, особенно для объемов более 4 МВ, очень медленная скорость стирания и невысокая скорость записи. К тому же ресурс циклов перезаписи для NOR составляет 10–100 тыс. раз, что на порядок меньше аналогичного показателя для NAND.

А вот странично организованные NAND похожи на устройства хранения данных типа НЖМД, в которых давным-давно применяется блочная (секторная) запись. Соответственно, они отличаются значительной плотностью размещения информации, быстрым стиранием, высокой скоростью записи и чтения, большим ресурсом. Однако и меньшей надежностью хранения информации, что вынуждает применять ECC-кодирование, а с повышением плотности – еще более сложные коды, типа Рида–Соломона . Именно такие чипы используются в картах памяти, накопителях USB-флэш, SSD и т. д.

Однако разработка прочих устройств с применением NAND в их чистом виде требует значительного увеличения затрат времени и труда инженеров. Поэтому в последнее время производители флэш-памяти перешли на выпуск устройств типа DiskOnChip, представляющих собой память MLC-NAND с интегрированным контроллером, небольшим XIP-блоком (eXecute-In-Place, буфер для хранения исполняемого кода) и соответствующим firmware, которые берут на себя все «хлопоты» по реализации корректной работы с NAND-памятью. «Наружу» подобные «гибриды» предоставляют SRAM/NOR-подобный интерфейс, удобный в использовании и хорошо освоенный ОЕМ-разработчиками. В результате именно такие чипы находят широкое применение в мобильных устройствах – смартфонах, КПК и т. д. – везде, где требуется универсальное, емкое и недорогое хранилище как исполняемого кода, так и данных.

NAND-флэш: свет в конце тоннеля

Затянувшееся на добрых полгода ценовое пике чипов NAND-флэш вынудило многих производителей потуже затянуть пояса и на этом рынке, а некоторых – даже частично переориентировать производственные линии на выпуск более прибыльной на данном этапе DRAM. Причем речь идет не о каких-то игроках второго плана, а о Samsung и Hynix, вместе контролирующих свыше 63% рынка NAND-флэш.

Таким образом, по прогнозам аналитиков iSuppli, переизбыток выпуска чипов в конце 2005 – начале 2006 гг., спровоцировавший ценовой крах на рынке, постепенно исчерпывается. Более того, начавшееся было повышение цен (точнее, прекращение их падения) заставило ОЕМ-производителей поспешить с наполнением собственных складов, пока чипы памяти не стали дорожать. Это может привести (и уже приводит) к дефициту, который особенно проявится во второй половине 2007 г. Поэтому не исключено, что обратный процесс – подорожание NAND-флэш – будет практически столь же стремительным.

Из технологических новостей стоит отметить близкий выход 16-гигабитовых чипов NAND производства Samsung и Toshiba – обе компании обещают представить их во втором полугодии. Hynix же, у которой нет собственной 300-миллиметровой фабрики, вряд ли успеет с аналогичным продуктом к этому сроку. Как следствие, она «укрепляет тылы» – последняя горячо обсуждаемая в индустрии новость состоит в партнерском кросс-лицензионном соглашении, заключенном в конце марта между Hynix и SanDisk.

Обе компании сосредоточат средства и усилия над созданием технологии MLC х4 (над которой ранее вела работы приобретенная SanDisk фирма msystems), позволяющей хранить в одной ячейке флэш-памяти до четырех значений. Эта сделка, без сомнения, окажет заметное влияние на рынок NAND, так как именно SanDisk, и без того являющаяся здесь крупнейшим игроком, в случае успеха первой сможет получить доступ к высокоемким и очень дешевым продуктам на базе данной технологии, и лишь «собрав сливки», лицензировать ее другим производителям. Таким образом, практически полностью повторяется ситуация, имевшая место несколько лет назад, когда, своевременно заключив альянс с Toshiba, компания завладела эксклюзивным правом использовать в своих устройствах чипы MLC x2. К тому же благодаря сделке SanDisk попутно решит еще ряд проблем – таких, как патентные споры с STMicroelectronics, ранее бывшей партнером и заказчиком Hynix. Теперь же формально она вполне может стать одним из заказчиков SanDisk, а продолжать судебные тяжбы в такой ситуации ей будет как-то не с руки...

Рынок флэш‑памяти NOR, NAND и другие

Что же касается состояния дел и перспектив у других участников рынка, то нельзя не отметить Samsung, которой наконец удалось отладить собственное производст-во 50-нанометровых чипов MLC NAND-флэш и вывести его в разряд прибыльных – не в последнюю очередь за счет больших производственных мощностей по выпуску 300-миллиметровых пластин. В марте компания начала поставки самого емкого на сегодняшний день интегрированного чипа NAND-флэш объемом 8 GB линейки moviNAND, предназначенного для сегмента бытовой электроники. Он состоит из четырех 16-гигабитовых чипов памяти, выполненных по технологии 50 нм, высокоскоростного MLC-контроллера и соответствующего firmware. Благодаря интегрированному контроллеру – решение, которое в последнее время приобретает в индустрии все большую популярность – обеспечивается работа с чипом по интерфейсу MMC, что может значительно сэкономить трудозатраты ОЕМ-разработчиков. А на выставке Photokina представители компании продемонстрировали образцы 40-нанометровых 32-гигабитовых NAND-чипов и выразили уверенность, что с помощью технологии CTF (Charge Trap Flash) Samsung удастся сохранять технологичные темпы на прежнем уровне – удвоение плотности памяти каждые 12 месяцев. Таким образом, считают в компании, есть все предпосылки ожидать появления 20-нанометровых 256-гигабитовых NAND-чипов, что ознаменует собой начало эры flashtopia, т. е. флэш-утопии.

Intel и Micron, объединив усилия в рамках совместного предприятия IM Flash Technologies, в настоящий момент инвестируют в 300-миллиметровое производство, и представили прошлым летом 50-нанометровые 8-гигабитовые чипы. Вместе с тем на пути MLC NAND высокой плотности от этих компаний все еще стоят неразрешенные патентные споры. Кроме того, пока никто из них не объявил о лицензировании или разработке технологии, аналогичной MLC х4, которая позволила бы выстоять в конкурентной борьбе в недалеком будущем. Отметим, что Intel, ведущая долгую и бесприбыльную борьбу со Spansion на рынке NOR-флэш, сегодня уделяет развитию собственной NAND-технологии пристальное внимание, так как многие аналитики считают NAND-флэш более динамично развивающимся и перспективным рынком.

Наконец, Toshiba, являясь вторым по величине игроком на рынке и пионером NAND-флэш, решила закончить 2,5-годичные патентные разбирательства с Hynix, и оба производителя заключили кросс-лицензионное соглашение. В январе фабрика, на которой выпускается основной объем чипов NAND-флэш, была переведена на 56-нанометровый техпроцесс, и планируется переоснастить под него еще один завод, что позволит значительно нарастить объем производства. Компания также продолжает оставаться основным поставщиком чипов NAND для Apple, в последнее время увеличившей закупки.

Перспективные разработки

По мнению многих экспертов, несмотря на все новые и новые рекорды технологиям NOR- и NAND-флэш уже практически некуда «расти», и дальнейший прогресс может быть сопряжен лишь со значительными затратами на их совершенствование (которые ввиду не лучшей рыночной обстановки будут, мягко говоря, нежелательными). Поэтому исследовательские центры производителей не оставляют попыток изобрести более эффективную энергонезависимую память. Цель, преследуемая ими, довольно амбициозна: в идеале флэш-память должна обладать характеристиками, сравнимыми с DRAM – высоким быстродействием и емкостью, низкой стоимостью. В конце концов, именно такая память должна заменить как традиционные ОЗУ, так и устройства хранения, такие как НЖМД.

Еще несколько лет назад большое будущее прочили NROM (Nitrided ROM) от израильского производителя Saifun, однако пока что дела у него идут не так хорошо, как хотелось бы, а технология, хоть и лицензирована множеством компаний (в том числе Spansion, Matsushita, Sony, NEC и др.), в своем развитии уже несколько отстает от передового края NAND-флэш. Видимо, с этим связан планирующийся уход с поста президента Saifun, а также отказ Qimonda (Infineon) от дальнейшего сотрудничества.

Поэтому на сегодняшний день в роли самой перспективной технологии выступает PRAM (Phase-change Random Access Memory, она же PCM, она же халькогенидная (chalcogenide) RAM) – ключевые игроки рынка уже продемонстрировали прототипы реально работающих чипов. Так, Intel совместно с STMicroelectronics представили прототип 128-, а Samsung – 512-мегабитового чипа.

Рынок флэш‑памяти NOR, NAND и другие
Intel продемонстрировала первую пластину с прототипами чипов памяти нового типа – PCM (Phase Change Memory), изготовленную ее партнером STMIcroelectronics

Впрочем, есть и другая трактовка аббревиатуры PRAM – «Perfect RAM». И неслучайно – в отличие от других разработок (к примеру, давно находящихся в статусе «не более чем перспективных» MRAM и FeRAM), – эта технология уже на текущем этапе позволяет достичь высокой плотности данных, сравнимой с таковой для NOR-флэш. Впечатления от работы прототипов у производителей самые радужные, можно даже сказать, граничащие с эйфорией – к этому располагают характеристики PRAM. Их быстродействие при записи и чтении в десятки раз выше, чем у обычной флэш-памяти, они допускают на порядок большее количество циклов перезаписи; требуют на 20% меньше технологических операций при производстве; наконец, при размере ячеек всего в 47 нм² достигнуто практически полное отсутствие перекрестного (inter-cell) шума, что обещает впечатляющую масштабируемость. Неудивительно, что многие разработчики отзываются о PRAM с немалым воодушевлением и прочат ей самое светлое будущее, начиная ориентировочно с 2008 г.

Ну, а причина такой синхронности в демонстрации прототипов PRAM-устройств также довольно проста – данная технология является интеллектуальной собственностью компании Ovonyx, которая, заключив стратегическое соглашение с Intel и STMicroelectronics, продает лицензии и другим производителям. Кстати, в материалах самой компании технология называется OUM (Ovonic Unified Memory) и позиционируется как замена большинству известных на сегодня технологий памяти: Flash, DRAM, SRAM, FPLD, FPGA и т. д. И, если на ее пути внезапно не возникнет каких-либо непреодолимых препятствий (технического или иного плана), все шансы у нее есть.

Что же касается путей совершенствования традиционных NOR- и NAND-технологий, то, по мнению многих экспертов, широко используемая в настоящее время технология плавающего затвора себя практически исчерпала – с повышением плотности записи значительно снижается надежность хранения информации. Поэтому дальнейший прогресс (плотность выше 16 Gb MLC) возможен лишь с применением устройств «захвата заряда» (charge trapping) – как было сказано, первые подобные чипы уже продемонстрированы некоторыми производителями. Для дальнейшего повышения показателей неизбежно применение технологий MLC с хранением более 4 бит информации в одной ячейке.

Самые же смелые футурологи предсказывают появление весьма необычных видов памяти. Например, для хранения медиаданных, где цена ошибки невелика, может применяться так называемая неидеальная, она же «человекоподобная» (non-perfect, human-like), в которой точность хранения информации снижена в угоду плотности. Либо же один и тот же MLC-чип можно будет использовать в двух режимах – 2 бита на ячейку с высокой надежностью либо 4 бита (т. е. фактически в два раза увеличив объем), но с повышенной вероятностью появления ошибки.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT