Des puces NAND de 128 Gb : promesse de SSD volumineux et moins chers
Intel et Micron ont dévoilé leurs nouvelles puces NAND de 128 Gb, soit 16 Go. Gravées en 20 nm, elles permettront de créer des stockages Flash très volumineux, et à un prix enfin abordable.
Intel et Micron frappent un grand coup avec une première mondiale dans le domaine de la Flash NAND.
La Joint-Venture IM Flash Technologies (IMFT) fondée par les deux sociétés a mis au point une puce de mémoire Flash NAND de 128 Gb (gigabits), soit 16 Go.
Ces composants sont utilisés dans les mémoires Flash des smartphones et tablettes, les clés USB, et bien sûr les disques durs SSD. Une telle capacité permettrait de créer des disques SSD 2,5 pouces (pour ordinateur portables) de 2 To.
Elles sont composées de 8 matrices et gravée dans la technologie 20 nanomètres (nm).
C’est la promesse d’une réduction des coûts de fabrication, d’une amélioration des performances et d’une miniaturisation accrue analyse Silicon.fr.
Elle intègre des cellules de mémoire de niveaux multiples (MLC acronyme anglais pour Multi Level Cell).
Côté performances, IMFT précise que sa future puce supportera les spécifications haute-vitesse ONFI 3.0 (qui spécifient un débit de 400 Mo/s maximum).
Sa bande passante sera de 333 méga-transferts par seconde (MT/s).
La Flash NAND 128 Gb sera disponible l’année prochaine.
Les premiers exemplaires arriveront en janvier 2012 et seront suivis rapidement d’une production de masse durant le premier semestre 2012.
Mais pour l’heure, IMFT lance la production de sa mémoire Flash 64 Gb en 20 nanomètres (nm).
Dans les deux cas, Intel et Micron utilisent pour leurs transistors MOS à grille flottante un empilement de grilles en Hi-K/Métal (grilles à haute conduction) grâce à une structure planaire des cellules.
Cela permet de surmonter les contraintes d’échelle inhérentes à la Flash MLC.
Les puces 64 Gb et 128 Gb devraient se traduire par une capacité accrue en termes de mémoire dans les appareils mobiles et dans les SSD (grand public et professionnel).
Dès 2012, on pourrait ainsi trouver des smartphones embarquant 128 Go de mémoire interne avec 8 puces 128 Gb ou bien 16 puces 64 Gb.
« Alors que les appareils portables deviennent plus petits et plus fins, et que la demande en serveurs augmente, nos clients attendent de Micron de nouvelles technologies innovantes pour le stockage, et des solutions système à la hauteur des enjeux« , rappelle Glen Hawk, vice-président de la branche Solutions NAND de Micron.
La mémoire flash est une mémoire de masse à semi-conducteurs ré-inscriptible, c'est-à-dire une mémoire possédant les caractéristiques d'une mémoire vive mais dont les données ne disparaissent pas lors d'une mise hors tension. Ainsi, la mémoire flash stocke les bits de données dans des cellules de mémoire, mais les données sont conservées en mémoire lorsque l'alimentation électrique est coupée.
Sa vitesse élevée, sa durée de vie et sa faible consommation (qui est même nulle au repos) la rendent très utile pour de nombreuses applications : appareils photo numériques, téléphones cellulaires, imprimantes, assistants personnels (PDA), ordinateurs portables ou dispositifs de lecture et d'enregistrement sonore comme les baladeurs numériques, clés USB. De plus, ce type de mémoire ne possède pas d'éléments mécaniques, ce qui lui confère une grande résistance aux chocs.
La mémoire flash est un type d'EEPROM qui permet la modification de plusieurs espaces mémoires en une seule opération. La mémoire flash est donc plus rapide lorsque le système doit écrire à plusieurs endroits en même temps.
La mémoire flash utilise comme cellule de base un transistor MOS possédant unegrille flottante enfouie au milieu de l'oxyde de grille, entre le canal et la grille. L'information est stockée grâce au piégeage d'électrons dans cette grille flottante. Deux mécanismes sont utilisés pour faire traverser l'oxyde aux électrons :
- l'injection d'électrons chauds ;
- l'effet tunnel obtenu en appliquant une haute tension sur la « vraie » grille (appelée grille de contrôle).
La technique flash se décline sous deux principales formes : flash NOR et NAND, d'après le type de porte logique utilisée pour chaque cellule de stockage.
L'écriture et l'effacement des données dans une mémoire Flash (on parle de programmation) s'effectuent par l'application de différentes tensions aux points d'entrée de la cellule. Ces opérations soumettent la grille flottante à rude épreuve ; on estime qu'une mémoire Flash peut supporter jusqu'à 100 000 écritures et effacements, selon la qualité de l'oxyde utilisé pour la grille.
Il existe des systèmes de fichiers spécialement conçus pour la mémoire flash : JFFS, JFFS2, YAFFS, UBIFS. Ils permettent, entre autres, d'éviter la réécriture répétée sur une même zone, ceci afin de prolonger la durée de vie de la mémoire flash.
Dans les applications exigeantes (cas des Solid State Drive ou SSD) le matériel intègre directement un contrôleur implémentant des algorithmes de wear levelling chargés de répartir les écritures de manière uniforme sur l'ensemble de la mémoire flash. Ces techniques permettent d'améliorer significativement la durée de vie de ces supports, et ceci est d'autant plus vrai que la capacité des puces devient grande (l'usure est alors en effet mieux répartie).
NOR
Le flash NOR, inventée par Fujio Masuoka, un employé de Toshiba, fut la première à être développée commercialement parIntel en 1988. Les temps d'effacement et d'écriture sont longs mais elle possède une interface d'adressage permettant un accès aléatoire et rapide à n'importe quelle position. Le stockage des données est 100 % garanti par le fabricant.
Elle est adaptée à l'enregistrement de données informatiques destinées à être exécutées directement à partir de cette mémoire. Cette caractéristique est appelée XIP (eXecute In Place). La memoire NOR est particulièrment bien adaptée a contenir l'OS par exemple dans les téléphones portables (principal marché des Flash NOR), les décodeurs télés, les cartes mères ou leurs périphériques (imprimantes, appareils photos, etc.) du fait que le code peut y être directement executé (XIP, In Place eXecution).
Du fait de son coût, bien plus élevé que celui de la NAND et de sa densité limitée, elle n'est en général pas utilisée pour le stockage de masse.
NAND
Le flash NAND suivit en 1989, commercialisée par Toshiba. Elle est plus rapide à l'effacement et à l'écriture, offre une plus grande densité et un coût moins important par bit. Toutefois son interface d'entrée / sortie n'autorise que l'accès séquentiel. Cela tend à limiter — au niveau système — sa vitesse effective de lecture et à compliquer le boot direct à partir d'une mémoire NAND. De ce fait elle est moins bien adaptée que la NOR pour exécuter du code machine. Du fait de son prix moins élevé, elle est quand même utilisée dans de nombreux assistants et téléphones portables en utilisant par blocs la mémoire RAM en mode page comme support d’exécution.
Le fabricant en général ne garantit pas le stockage des données à 100 % mais un taux d'erreurs inférieur à une limite donnée. Cette fiabilité limitée nécessite la mise en place d'un système de gestion des erreurs (ECC - Error Code Correction, Bad blocks management, etc.) au niveau de l'application — comme cela est le cas, par exemple, pour les disques durs. Elle est donc utilisée pour le stockage d'informations. Quasiment toutes les mémoires de masse externes Carte MMC, Carte SD et Carte MS utilisent cette technologie.
Samsung débute la production fin 2009 d’une puce gravée en 30 nm de 4 Go de mémoire flash NAND ayant la particularité d’avoir une interface de type DDR (double data rate). Bien que ces dernières aient encore des problèmes de performances qui font qu’elles ne sont pas utilisées sur les SSD, ces puces offriraient un débit 3 fois supérieur à celles basées sur une interface SDR (single data rate).
Des constructeurs comme Toshiba, IM Flash Technologies (Micron / Intel) et Samsung utilisent des mémoires Flash NAND MLC (multi level cell) stockant 3 bits par cellule (MLC 3PBC).
Durée de vie
Une cellule de mémoire flash ne peut être écrite (2008) que 10 000 (MLC - multiple-level-cell, 3 bits par cellule) à 100 000 (SLC - single-level-cell, 1 bit par cellule) fois1. La raison en est que ces écritures nécessitent l'application de tensions plus élevées que la simple lecture, qui endommagent peu à peu la zone écrite. Les lectures, même répétées, ne lui causent en revanche aucun dommage.
La technique de répartition de l'usure, par des procédés variant selon les constructeurs, diminue cet inconvénient; cependant, dans quelques mémoires destinées à remplacer les disques dur d'ordinateur2, on aurait observé à l'usage des ralentissements sensibles à l'écriture3, dus aux relocalisations de blocs successives.
Les constructeurs Sun et Micron envisagent de porter cette durée de vie à un million de cycles au moyen de la technologie NAND dans les disques SSD4. Enfin, les promoteurs de la mémoire ferroélectrique (autre technique flash en cours de développement) attribuent à cette dernière un potentiel de 100 millions d'écritures5.
Les deux grandes familles de mémoires flash
Il existe deux grandes familles de mémoires flash :
- les cartes mémoires destinées à de petits appareils tels que appareils photos numériques ou téléphones portables ;
- les Solid-state drives, unités de stockage statiques destinées à remplacer progressivement les disques durs. Pour cette raison, on les appelle parfois "disques SSD".
Les différents types de cartes mémoires sont décrits dans la section suivante.
Les SSD utilisent principalement une technique du type SLC (certains constructeurs produisent des SLC en utilisant la technique SaDPT (Self-Aligned Double Patterning Technology)), elles ont un temps de réponse beaucoup plus court, un meilleur débit. Certains constructeurs produisent déjà (fin 2010) des disques SSD d'un téraoctet. À terme, les SSD utiliseront des flash Multi Level Cell, et seront beaucoup moins chères pour des performances acceptables.
