Moore’s law gerettet? SSDs mit 3D NAND kommen 2016
Moore’s law besagt, dass sich die Komplexität integrierter Schaltkreise – gemessen in Anzahl der Komponenten auf einem Schaltkreis – ungefähr alle 12 bis 24 Monate ohne erhebliche Steigerung der Komponentenkosten verdoppeln ließe.[1]
Seit seiner Formulierung 1965 bewahrheitete sich das Moore’sche Gesetze für Prozessoren weitgehend.
Moore’s law für Speichermedien
Auch auf Speichermedien lässt sich dieses Gesetz anwenden, auch wenn dort anstelle der tatsächliche Anzahl Komponenten sowohl die Entwicklung der maximalen Datendichte (und die davon abhängige größtverfügbare Festplattenkapazität eines bestimmten Formats) als auch die Geschwindigkeit der Speichermedien als Messgröße angewendet wurde.
Mark Kryder schrieb 2005 einen Artikel mit dem Titel “Kryder’s Law”. Zu diesem Zeitpunkt war eine Steigerung der Festplattenkapazitäten weit oberhalb der von Moore’s Law diktierten Raten vorausgegangen.
2009 berechnete Kryder, dass bei gleichbleibendem Wachstum der Kapazitäten von jährlich ca. 40 % im Jahr 2020 eine 2.5″ Festplatte mit 40 TB für ca. 40 US-$ verfügbar sein würde. [2]
Seit dem konnten die Festplattenkapazitäten jedoch nicht mehr Schritt halten, sodass von 2014 aus schon eine jährliche Steigerung der Kapazität von 80 % notwendig wäre, um die für 2020 formulierte Voraussage noch einzuhalten.
Der Einzug von Solid State Disks in den Speichermarkt
Zwischenzeitlich hat sich der Markt für Massenspeicher darüber hinaus aber grundlegend verändert – der Siegeszug von Solid State Disks als vollwertiger Ersatz für Festplatten war spätestens seit 2010 absehbar und kaum mehr aufzuhalten. Die größte Schwäche der klassischen Festplatten ist die Lese- und Schreibperformance bei (näherungsweise) zufälligen Zugriffen. Der reale Einsatz gerade auf Systemplatten mit zig laufenden Prozessen kommt oft dem “Random-Read-Write” durchaus nahe, und sorgte so – gepaart mit rapide schneller werdenden Prozessoren – für ein neues Nadelöhr in der Computerei: Die Festplatte.
Hier konnten die Solid State Disks schon früh punkten, und ein vielfaches der Random-Performance der klassischen Festplatten vorweisen. Doch die SSDs waren noch lange nicht ausoptimiert, und konnten in den letzten Jahren nicht nur ihre Kapazitäten jährlich erhöhen, sondern vor allem mit Performancezuwächsen weiteren Boden gut machen.
Ein Ende in Sicht
Die rasante Entwicklung der Solid State Disks schien aufgrund phsyikalischer Gegebenheiten gefährdet: Die aktuell übliche Leiterbahnbreite von 16 Nanometer ist fast das Ende der Fahnenstange – im “mittleren 10-Nanometer-Bereich” ist die Kosteneffektivität geringerer Größen nicht mehr sichergestellt [3]. In diesen größen wird alleine aufgrund der geringen Anzahl Elektronen eine physikalische Hürde sichtbar, die sich nicht mehr mit reiner Ingenieurskunst nehmen lässt.
3D-NAND verspricht wieder stärkeres Wachstum
Nun haben 2014 und 2015 mehrere Hersteller von Solid State Disks die Markteinführung sogenannter 3D-NANDs angekündigt, bei welcher die Chips nicht mehr nur in zwei Dimensionen gebaut werden, sondern auch vertikal gestapelt werden.
Aus Gründen, die ohne tiefgreifende Kenntnisse der Halbleiter-Technik nicht verständlich sind, ist hier die Elektronenmenge wieder deutlich höher, und es sind wieder große Sprünge sowohl in Kapazität als auch Geschwindigkeit zu erwarten.
Die Ankündigung, der wir aufgrund bisheriger Erfahrungen – und aufgrund der Größe beider Namen – am meisten Beachtung schenken ist die von Chipherstellern Intel und Micron: Diese entwicklen gemeinsam ebenfalls 3D NAND Chips, wollen aber bei der Anbindung der Chips im Gegensatz zur Konkurrenz auf eine bewährtere Technologie namens “floating gate” zurückgreifen. Die Produktion soll in Q3-Q4 2015 beginnen, ab 2016 sollen erste Produkte im Handel erhältlich sein.
Intel spricht momentan von bis zu 10 TByte in 2.5″ SSDs und 3,5 TB in M.2 Modulen [4].
Konsequenzen
Für uns als Hoster und Endkunden der Solid State Disks kann diese Entwicklung durchaus relevant sein. In letzter Zeit fielen bei uns mindestens 50 % der Anschaffungskosten eines neuen Servers ausschließlich auf die darin verbauten SSDs – teils haben wir dabei einen ordentlichen “early adopter” Aufschlag bezahlt – so wurde die Intel P3600 1.2 TB PCIe, welche wir im April 2015 in unseren neuen Server einbauten innerhalb wengier Wochen nach unserem Kauf um rund 30 % günstiger.
Es ist damit zu rechnen, dass Intel im Laufe des Jahres 2016 neue, 3D-NAND-basierte SSDs in seine “DataCenter”-Reihe aufnimmt. Selbst ein hoher Einführungspreis wird dabei vermutlich nicht vermeiden, dass die Preise für die teils seit Jahren existierenden DataCenter-SSDs auf Planar-NAND-Basis dann stark sinken. Unabhängig davon, ob man also early adopter der 3D-NAND-Technologie werden will oder nicht, scheinen größere Investitionen in neue Solid State Disks momentan fehl am Platz.
Referenzen:
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Mark_Kryder
[3] http://www.cnet.com/news/micron-customers-wont-have-to-wait-long-for-3d-flash-memory/
[4] http://www.heise.de/newsticker/meldung/3D-Flash-fuer-SSDs-mit-bis-zu-10-TByte-2586589.html
