分析東芝は、ストレージの売上を増やし、苦境に陥っていた同社の成長軌道への復帰を支援するために、フラッシュとディスクの容量を増強することを検討している。
東芝のストレージ＆デバイスソリューション社の社長である成毛康夫氏が7月6日に社内で行った投資家向け説明会で、同社のSSDおよびディスクドライブ戦略に関する情報が明らかにされた。
スライドでは、まずフラッシュについて、次にディスクについて説明しています。ディスク部分はよりシンプルですが、3D NAND部分はより詳細で、私たちにとってより興味深い部分であるため、今回は逆のことをお話しします。
ヘリウム技術の到来
大きなニュースは、東芝がプラッター数を増やし、ひいてはドライブ容量を増やすためにヘリウム充填ドライブ技術を採用していない唯一のディスクドライブメーカーであるということです。WDCによるHGSTの買収が先駆けとなり、Seagateも最近10TBドライブを発表しました。高性能ディスクドライブがSSDに置き換わる中、成長が見込まれるHDD市場はニアラインドライブと大容量ドライブのみとなっています。
東芝の最大容量ドライブは8TBレベルです。これは、同社が市場を大容量ドライブではなくニアラインドライブに注力していることを意味します。10TBドライブは2017年に、14TBと16TBドライブは2018年に発売予定です。東芝のグラフによると、16TB以上のドライブは2019年に登場する予定です。
東芝は、記録技術の向上により、2021年まで容量がさらに増加し、SATA読み取り集中型SSDエンタープライズSSDのビットコストは2023年までニアラインディスクドライブのコストを下回らないと予測しています。
2018 年にヘリウム ドライブが参入した後、2019 年に TDMR (2 次元磁気記録)、2020 年に MAMR または HAMR (マイクロ アシストまたは熱アシスト磁気記録) が登場すると予測されています。
東芝ニアラインHDD技術の概要
その後、より安価な読み取り集中型のエンタープライズ SSD がニアライン ディスク ドライブに取って代わるようになります。
NAND技術の発展
NAND に関しては、より多くの層化によって 3D 容量が推進され、3D NAND 製造能力が増強されています。
同社は、NVMe/PCIE SSD、エンタープライズ・データセンター向けSASおよびSATA SSD、そしてクライアント向けNVME/PCIeおよびSATA SSDの出荷を見込んでいます。データセンター向けSSDの需要は、2015年から2019年にかけて年平均成長率14%で増加し、フラッシュメモリ価格の低下を背景にSSD市場全体が拡大すると予想されます。その鍵となるのはSSDウエハーあたりのビット数増加であり、これは2Dまたは平面型NANDから3D NANDダイへの移行と、ウエハーごとの良好な歩留まりの確保にかかっています。
現在量産中の48層BiCS 2（Bit Cost Scalable Gen 2）テクノロジーは、256Gビット（32GBおよびTLC）のチップを実現しています。しかし、3D NAND市場はサムスンがリードしており、ToshはファブパートナーであるWDC/SanDiskと共に、その追い上げを迫られています。同社は、拡大する需要に対応し、価格競争力を維持するために、BiCSの開発と生産を加速させる予定です。
BiCS 3は64層TLC、あるいはStifel Niklaus社のMDアーロン・レイカーズ氏が示唆するダイシュリンクとなる見込みです。今年9月にはサンプル出荷が開始され、将来のBiCS（おそらく第4世代）では100層を超える見込みです。東芝の2018年度のフラッシュメモリ生産の大部分は3D NANDになると予想されます。同社はこれを実現するために、2016年度から2018年度にかけて8,600億円を投じる予定で、WDCも資金提供する予定です。
四日市工場は、ビッグデータの収集と分析を活用し、効率性を向上させます。製造設備と試験設備は、分析ルーチンに必要な1日あたり16億点のデータポイントを生成すると予想されており、機械学習技術を適用することで分析精度を向上させます。例えば、製品画像や試験結果の分析を自動化することで、意思決定の迅速化と改善を図ることができます。
2017 年第 1 四半期 (会計年度と想定) には、競合製品よりも優れたシーケンシャル読み取り/書き込み帯域幅と低い消費電力を備えた次世代 SAS SSD が登場する予定です。
競合製品よりも容量が大きく、消費電力が低く、シーケンシャル読み取り/書き込みパフォーマンスが優れている次世代の PCIe SSD もその時に利用可能になります。
NANDセル技術では、SLC（1ビット/セル）フラッシュと同等の速度で動作すると言われている擬似MLC（MLC -2ビット/セル）フラッシュを使用します。これは、セルがオーバープロビジョニングに使用されるため、MLCの半分の密度でエンタープライズMLCの耐久性と保持特性を実現すると認識しています。
24Gbit/s SAS およびマルチリンク PCIe Gen 4 がサポートされます。東芝は、パフォーマンス管理と信頼性を向上させるために、SSD のホスト制御も検討しています。
SSDの特性は、シリコン貫通ビア（TSV）技術の採用によって向上します。東芝のTSV技術は、16ダイ積層型NANDデバイスに採用され、昨年のFlash Memory Summitで賞を受賞しました。この技術は、「他のどのNANDフラッシュメモリよりも高い1Gbpsを超えるI/Oデータレートを実現しながら、低電圧電源で消費電力を約50%削減」しています。
東芝TSVスキーム
従来、NANDダイはワイヤボンディングを用いて積層・パッケージングされていました。TSV方式では、垂直電極とビアを用いてシリコンダイを貫通する接続構造を採用しています。東芝によると、これによりデータI/Oの高速化と消費電力の削減が可能になるとのこと。
同社は、いわゆるスーパースタッキング技術を用いて、3D NANDダイの層数を100層以上にすることを計画している。ナノインプリントリソグラフィーの活用により、ダイサイズの縮小とコスト削減が期待される。また、製造工程における堆積およびエッチング工程の効率も向上する。
同社は、ReRAM (抵抗変化型RAM) 技術に移行する前に、さらに 2 世代の BiCS フラッシュが登場することを期待しています。
東芝のNAND技術ロードマップ
プレゼンテーションで触れられなかったトピックの 1 つは QLC (4 ビット/セル) NAND でしたが、これはこのテクノロジがまだ一般普及の準備ができていないことを意味しているのではないかと考えられます。
このすべてから私たちは何を学ぶことができるでしょうか?
まず第一に、東芝がディスクドライブ事業から撤退するなどとは一瞬たりとも考えるべきではない。
第二に、WDC もこの NAND ビジョンを共有していると推測できます。
第三に、Intel/Micron、Samsung、SK Hynixはそれぞれ独自の計画を立てるでしょう。
フラッシュ ドライブ分野は、XPoint とともに、今後数年間のストレージ技術開発の力強い分野となり、ディスク ドライブ市場に対する NAND の攻勢は止まることがなくなるでしょう。®
