メモリ新技術を巡る動き【後編】
Intelが構想する「144層3D NAND」「PLC」フラッシュメモリ実用化までの道のり
メモリ技術の進化は現時点でどこまで見えているのだろうか。Intelやキオクシア(旧東芝メモリ)、Western Digitalなどの動向から、144層3D NAND、PLC NANDといったメモリ新技術の動向を紹介する。
前編「Intelの『Optane』新世代メモリはNANDフラッシュメモリよりどれだけ優秀か?」では、「3D XPoint」技術をベースにしたIntelのメモリ「Optane」に関連する製品動向を紹介した。Intelが2020年のロードマップにおいて公表したのはOptaneに関する計画だけではない。キオクシア(旧東芝メモリ)やWestern Digitalの動きも交えつつ、NANDフラッシュメモリの新技術に関する動向を紹介する。
Optane DCPMのワークロード
Intelで不揮発性メモリ(NVM)事業を担当するクリスティー・マン氏によれば、2019年に販売を開始したメモリモジュール「Optane DC Persistent Memory」(Optane DCPM)が早期に導入される可能性のある用途は、データベース、AI(人工知能)、アナリティクス、仮想化インフラ、ストレージなどだという。
Intelの広報は、米国の国立研究所であるArgonne National Laboratory、ITコンサルティング企業のT-Systems、通信事業会社Verizon Communicationsといった企業や、クラウドサービスプロバイダーなど200組織以上でPoC(概念実証)が進行しているという。
Optane DCPMを使用した製品やサービスを開発中の主要OEM(相手先ブランドによる製造)メーカーやソフトウェアベンダー、クラウドサービスプロバイダーは少なくない。Intelの広報は、Alibaba、Cisco Systems、Dell EMC、Google、Hewlett Packard Enterprise、Microsoft、NetApp、Oracle、SAP、SASなどを挙げている。
ITコンサルティング企業Taneja Groupでシニアアナリスト兼コンサルタントを務めるジェフ・カトウ氏は次のように話す。「OEMメーカーが増えることは、OptaneがNVM市場において将来も有望であり続けることを示唆するものであり、市場において信頼性を得るために重要だ。将来市場から放逐されないことが分かっていれば、企業は安心してOptaneを購入できる」
Intelは最近、ニューメキシコ州リオランチョにOptaneの新しい技術開発用の生産ラインを導入したが、大量生産の計画はまだ明らかにしていない。IntelとMicron TechnologiesはOptaneのベースになるメモリ技術「3D XPoint」の共同開発を終了したものの、Intelは引き続きMicronとの協力関係を維持している。
Optane DCPMは現在、主にサーバに利用されている。Intelによれば、大容量データを扱うコンテンツクリエイターなどが使用するワークステーションにも間もなく搭載される可能性がある。IntelのNVM事業を担当するデビッド・ランデル氏は、Optane DCPMは1CPU当たり最大3TB、ワークステーション1台当たり6TBを提供すると説明する。
フラッシュメモリは144層の3D NAND、PLCへ
Intelのフラッシュメモリの新しい動きとしては、開発コードネーム「Arbordale+」で呼ばれる144層に積層した3D NANDフラッシュメモリをSSD(ソリッドステートドライブ)向けに投入する計画がある。IntelはArbordale+をまずは1メモリセルに4ビットを格納する「クアッドレベルセル」(QLC)として出荷し、次に1メモリセルに3ビットを格納する「トリプルレベルセル」(TLC)として出荷する計画だ。Intelによると、データ保持の方式として同社が採用している「フローティングゲート」(浮遊ゲート)方式は、競合他社が採用している「チャージトラップ」(電荷捕獲)方式と比べて、読み取りの正確性とデータの保持能力が高いという。
IntelでOptaneの主席システムアーキテクトを務めるフランク・ハディ氏は、フローティングゲート方式は1メモリセル当たり5ビットの「ペンタレベルセル」(PLC)のNANDフラッシュメモリに拡張可能であり、その場合はQLC NANDより高密度かつ低コストになるという。
2019年8月に開催されたフラッシュメモリの国際イベント「Flash Memory Summit」では、キオクシアとWestern Digitalも自社のPLC NANDの開発と課題について語った。キオクシアの開発には、チャージトラップとフローティングゲートの両方式が取り入れられているという。
米国におけるキオクシアの子会社KIOXIA America(旧Toshiba Memory America)のダグ・ウォン氏は「複数ビットを1メモリセルに登載するNANDフラッシュメモリの主な課題は、データの読み書きを正常に動作させるために、しきい値電圧(電流を流すために必要な電圧)の分布を調整することだ」と話す。
ウォン氏によると、耐久時間やデータ保持時間が短いPLCは、コールドストレージにおける読み取り集中型のアプリケーションにとって最適な選択になるという。キオクシア、Western Digital、Intelは、PLCの市場投入時期を明らかにしていない。
ハンディ氏は次のように話す。「PLCの市場投入はまだ先のことだ。QLCは2006年に初めて登場したが、ようやく今大きな動きが出始めている。PLCも今から13年後に大きな動きを示すと考えるのが打倒だ」
調査会社Forward Insightsの創業者で主席アナリストのグレッグ・ウォン氏は、2020年にはクラウドベンダーによるQLCの採用が広がり、2021年と2022年に大企業がそれに続くと予測する。企業におけるQLCの用途としては、コンテンツ配信ネットワーク(CDN)、アナリティクス、データベース、機械学習などがあると同氏は話す。
Taneja Groupのカトウ氏は、ベンダー各社はQLCをデータの読み書きが低速のHDDに代わるフラッシュメモリベースのストレージ向けに売り込むと推測する。同氏は高性能が求められるアーカイブやエントリークラスのストレージとしての用途が主流になると予測している。
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メモリ新技術を巡る動き
Intelが「3D XPoint」技術をベースにした「Optane」をはじめとした次世代メモリ製品に関する2020年のロードマップを公表した。IOPS性能をさらに高めた「Optane SSD DC」シリーズや、144層の3D NANDフラッシュメモリの投入を計画している。フラッシュメモリ技術の最新動向を追う。
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