2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 NAND Flash 기술현황 및 SSD NAND Flash 기술현황 및 SSD Ki-Tae Park Ph.D Principal Engineer Flash Design Team Samsung Electronics 0/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Contents 1. NAND Flash 기술 Trend 2. SSD Overview 3. NAND Flash Reliability for SSD 1/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 NAND Flash born for Replacing HDD 2/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 NAND Application Trends (Web-Feet Research, 2007) 3/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Evolution of NAND Flash Technology 4/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Increasing Cell-to-Cell Interference 5/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 NAND Reliability Issues 6/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Embedded Flash Solution 7/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Embedded Flash Solution 8/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 NAND Technology Trend Beyond 30nm, Uncertainty of EUV Availability  Limit of Patterning Beyond 20nm, Uncertainty of Conventional Linear Scaling  Limit of Device  Super-MLC (3-bit, 4-bit, etc.), High Speed I/F, 3D Technology DPT 9/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Super-MLC (3-bit, 4-bit, etc.) New PGM Algorithm : Three-step PGM a cell PGM (1 st ) b cell PGM a cell PGM (2 nd ) c, then b cell PGM a cell PGM (3 rd ) d, b, c cell PGM (Toshiba-Sandisk, ISSCC, 2009) 10/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 High Speed Interface (DDR) NAND Pin Redefining Added Pin (DQS) for Data Strobe Signal (IMF, ISSSC 2008) 200MB/s100MB/s  ONFI (Open NAND Flash Interface) : Intel, Micron, Hynix, etc.  Toggle-mode NAND : Samsung, Toshiba 11/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 3-Dimensional NAND for Tera-bit Storage 2 nd Si Layer 1 st Si Layer (Samsung IEDM 2006 & ISSSC 2008) (Toshiba VLSI 2007) 3D Stacked NAND  High Performance Oriented, FG/CTF, MLC 512kb TEG Lower SG Cells Upper SG 3D Vertical NAND  High Density Oriented, CTF, MLC? 12/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Contents 1. NAND Flash 기술 Trend 2. SSD Overview 3. NAND Flash Reliability for SSD 13/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD  Solving the I/O Bottleneck Year SSD Bridge Performance Gap between CPU and HDD 14/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD  Solving the Power Bottleneck World Data Center Electricity Use 15/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 NAND Flash Based SSD 16/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD vs. HDD – (1) PC 향 Server 향 17/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD vs. HDD – (2) RPMDrive 4200Hitachi GST Travelstar 4k Toshiba MK1032GSX 7200Hitachi GST Travelstar 7k Seagate Savvio 10K Seagate Cheetah 15K.4 * HDD DATA background HDD: Higher RPM = Higher Power + Generates more Heat SSD: Less Power /No Heat saves lifetime Energy Costs… Watts used in Operation Mode Watts used in Idle Mode HDD RPM 18/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Samsung SSD for Applications 19/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Contents 1. NAND Flash 기술 Trend 2. SSD Overview 3. NAND Flash Reliability for SSD 20/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 MLC NAND is Essential for Cost Requirement 21/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SLC SSD for Server, MLC SSD for PC (Web-Feet Research, 2007) MP3 Disk 22/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 (Sandisk, Flash Summit 2008) NAND Reliability  SSD Reliability Raw NAND Device Characteristics 23/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD vs. HDD in Reliability HDD NAND Very low low cycling Very Predictable (N. Mielke, et. al., IRPS 2008) Error by Read Disturb 5k cycling Retention Raw NAND Device Characteristics 24/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 Realistic Reliability for Cycling Test Time (hr) Standard Cycling Condition  Cycling with Little Delay in between  Maximizing Oxide Trap Charges In Real use, Cycling with Large Delay Time in between  Detrapping and Annealing will occur during operation (N. Mielke, et. al., TDMR 2004)

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 NAND Reliability Spec. (Y-J. Choi, et. al., IRPS 2008) 26/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD Reliability Optimization – (1) Physical Block Address P/E Cycling Wear-leveling by FTL (Flash Controller) SSD (K. Takeuchi, ISSCC Forum 2008) MP3, USB, DSC etc. SSD Dynamic Wear-levelingStatic Wear-leveling 27/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD Reliability Optimization – (2) (K. Takeuchi, ISSCC Forum 2008) Existing OS is for HDD!  OS should be optimized for SSD!!! 28/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD Reliability Optimization – (3) (K. Takeuchi, ISSCC Forum 2008) SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) 29/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 SSD leads to Green IT (US)  SSD, DRAM, CPU, etc. 30/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 New Solid-State Memory Hierarchy 31/32

2009 특허청 차세대 스토리지 연구회 세미나 But, Current-Driven Device ??? 32/32