有哪些應用領域推動了3D NAND/SSD的需求增長？

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展導致無論消費性電子、企業(yè)、工業(yè)、汽車市場對SSD的需求都急速攀升，為NAND Flash內存、控制芯片、SSD模塊等供應鏈業(yè)者帶來絕佳的成長機會，本活動邀集SSD領域重要廠商， 前瞻未來技術規(guī)格的演進與市場應用趨勢。

以NAND Flash為基礎的固態(tài)儲存（SSD）勢力版圖全面擴張。 在4K影音、虛擬現(xiàn)實（VR）與擴增實境（AR），以及日益蓬勃的物聯(lián)網(wǎng)智能感測等應用趨勢驅動下，無論消費性電子、企業(yè)、工業(yè)、汽車市場對SSD的需求都急速攀升，為NAND Flash內存、控制芯片、 SSD模塊等供應鏈業(yè)者帶來絕佳的成長機會，相關廠商無不卯足全力開發(fā)更高規(guī)格的新一代解決方案。

整體而言，2017年SSD最大的變化在于技術規(guī)格的升級，如多信道PCIe SSD的快速崛起，以及讀寫效能、擴充性和省電方面的突破。 展望2018年，隨著3D NAND內存良率與產(chǎn)能提升，與控制器、模塊商技術精進，SSD產(chǎn)品效能勢將再寫新頁，市場滲透率亦將更形擴大。 本活動邀集SSD領域重要廠商，前瞻未來技術規(guī)格的演進與市場應用趨勢。

物聯(lián)網(wǎng)自2014年臺積電董事長張忠謀的演講中為業(yè)界所矚目，但IoT這個名詞最早可以追溯到1999年，大心電子副總經(jīng)理陳志青表示，截至2017年廣義的物聯(lián)網(wǎng)裝置達到100億個， 不過預計2020年還將成長五倍達500億個。 其中裝置不斷產(chǎn)生數(shù)據(jù)，而大量數(shù)據(jù)也帶動儲存需求，2017年人類產(chǎn)生的數(shù)字數(shù)據(jù)約25皆字節(jié)（Zettabytes， ZB），「皆」代表10的21次方，2025年更將產(chǎn)生163ZB的數(shù)據(jù)量。

IoT驅動固態(tài)儲存需求成長

在IoT的應用上，SSD與傳統(tǒng)的磁式儲存相較，有效能佳（High Performance）、可靠度高（Reliability）、低耗電（Low Power）、彈性構裝設計（Flexible Form Factor）等特點。 陳志青說明，在效能部分，SSD的傳輸接口從1990年代采用PATA，傳輸速度約133MB/s，到2006年以后演進到SATA/SAS接口，傳輸速率提升為6~12Gbps，2013年以后再進化到PCIe接口加NVMe協(xié)議， Gen3版本四信道架構可以提供32Gbps的速率，傳輸效能也較SATA/SAS翻倍。

在可靠度部分，F(xiàn)lash為了維持數(shù)據(jù)完整性，建立了許多數(shù)據(jù)保護機制，如瞬間斷電回復（SPOR）、錯誤檢查及校正（Error Checking and Correcting， ECC）等，一般而言SSD的年故障率（AFR）在1% 以下，磁式硬盤則約3%。 運作可靠性部分，SSD因為機械結構少，在抗震度、噪音甚至操作溫度區(qū)間都有不錯的表現(xiàn)。 另外，SSD也透過監(jiān)控軟件監(jiān)測儲存單元的健康狀況，降低非預期的當機狀況。

控制器為Flash效能把關

而閃存Flash近幾年效能不斷提升，包括制程、儲存單元、堆棧層數(shù)、立體結構、傳輸接口等全面性的進步。 不過也因為高速的發(fā)展，事實上，F(xiàn)lash顆粒會出現(xiàn)越來越多瑕疵，必須靠更多管理機制的協(xié)助，維持其效能，群聯(lián)電子創(chuàng)新技術研發(fā)事業(yè)群資深經(jīng)理許江漢（圖2）說，這也是Flash需要搭載控制器（Controller）的主要原因。

Flash控制芯片負責數(shù)據(jù)保護，許江漢解釋，ECC技術因應Flash容量的提升，并走向3D立體化半導體結構，也從過去的BCH（Bose Chaudhuri Hochquenghem）發(fā)展到低密度奇偶修正碼（Low Density Parity Check， LDPC）。 比起B(yǎng)CH算法，LDPC擁有更高的解錯效能，如（圖3）所示。 透過LDPC新一代錯誤修正技術，將能為3D TLC NAND帶來更高的錯誤校驗能力，進一步提升數(shù)據(jù)穩(wěn)定性及P/E Cycle，并搭配RAID ECC強化除錯率。

未來SSD的發(fā)展朝向M型化的兩端發(fā)展，許江漢進一步說明，高階的SSD很多是應用在游戲上，制程采用非常先進的1x奈米（nm），控制器內建多核處理器，并采用可靠性較高的MLC內存顆粒，導入OPAL 2.0機密技術， 并搭載超級電容降低數(shù)據(jù)損失率。 低階的SSD則以成本為重點，可能不搭載DRAM，并分享系統(tǒng)的內存HMB（Host Memory Buffer），同時也不搭載AES加密，只跑兩信道、采用數(shù)據(jù)壓縮技術節(jié)省空間，支持較低階的內存，并使用更多Cell的顆粒。

工業(yè)應用高度客制化發(fā)展

工業(yè)應用在物聯(lián)網(wǎng)時代也是有高度潛力與市場的應用領域，與一般消費性的應用相較，英柏得科技總經(jīng)理林傳生指出，工業(yè)應用SSD客戶是企業(yè)，并有高度客制化的需求，產(chǎn)品生命周期要求較長，約是五~二十年，質量要求也較高， 要求長期技術服務支持，設計導入周期相對較長，應用領域則非常特定，作業(yè)環(huán)境也相當多元，并可能于嚴苛環(huán)境高溫、低溫、高震動與高塵環(huán)境下操作。

實際應用在如智能量表（Smart Meter）、測量儀器、售票機、工廠自動化、工業(yè)計算機/筆電、POS系統(tǒng)、健康照護裝置、安控產(chǎn)品、自駕車與服務器等。 汽車導入智能化與發(fā)展自架系統(tǒng)是近年非常熱門的領域，操作環(huán)境也與工業(yè)應用類似，包括車用影音、導航系統(tǒng)，資通訊系統(tǒng)、先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、行車紀錄器、數(shù)字儀表與自駕車（Autonomous Driving System） 等，都具備高度潛力。

整體而言，工業(yè)與汽車應用未來將持續(xù)發(fā)展，同時也帶動SSD在這些領域的應用與成長。 林傳生認為，SSD有各種不同的規(guī)格、接口、容量、制程、操作需求等，工業(yè)與汽車應用在每個層次都要仔細定義，依照應用需求選定規(guī)格，并仔細調教，讓整個系統(tǒng)的效能與穩(wěn)定性都達到標準，須注意的細節(jié)比消費性應用來的瑣碎與嚴謹。

利基型應用關鍵在滿足特殊需求

工業(yè)應用除了市場需求大，對于技術、穩(wěn)定性的要求也較高，宜鼎國際工控Flash事業(yè)處副理林晨歡（圖4）說，相較于消費性應用，工業(yè)應用的Flash導入新產(chǎn)品的技術會慢一點，工控的內存顆粒預計在2018年才會采用3D TLC的產(chǎn)品，至于四cell的QLC可能還要晚于消費性應用導入的2020年，大概一到二年的時間。

在工業(yè)應用的模塊類型上， M.2相較于標準的SATA的SSD構裝類型，林晨歡認為，M.2模塊可以設計成較小的模塊，對于物聯(lián)網(wǎng)的應用非常便利，同時其透過PCIe接口，可以提供高帶寬傳輸，另外也支持多重接口與應用，設計上非常彈性與便利，相信是未來工業(yè)應用的趨勢之一。

在各式不同應用的需求上，林晨歡舉例，服務器的應用需要長時間運作，因為有大量數(shù)據(jù)需求，所以通常需要小體積與高容量的解決方案，同時智能數(shù)據(jù)保留（Excellent Data Retention） 技術與更長的產(chǎn)品壽命是這類應用的需求重點。 在比較特別的航天與軍事應用上，首要重點就是安全（Security），包括數(shù)據(jù)的安全抹寫（Secure Erase），也就是將數(shù)據(jù)完全消除，終極的方式就是用高電壓將數(shù)據(jù)徹底燒毀完全無法回復。 另外如保護涂層（Conformal Coating）與100%數(shù)據(jù)完整性（Data Integrity）等，都是其特別的需求。