零的突破！中國(guó)閃存芯片正式步入國(guó)際主流水平

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道長(zhǎng)江存儲(chǔ)4月13日重磅發(fā)布兩款128層3D NAND產(chǎn)品引起業(yè)界高度關(guān)注，其中128層QLC產(chǎn)品為目前業(yè)內(nèi)發(fā)布的首款單顆Die容量達(dá)1.33Tb的NAND閃存，容量、性能均優(yōu)于主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，并且兩款產(chǎn)品均已獲得主流控制器廠商驗(yàn)證。

長(zhǎng)江存儲(chǔ)X2-6070 128L QLC 1.33Tb NAND Flash，來源：長(zhǎng)江存儲(chǔ)

據(jù)報(bào)道，長(zhǎng)江存儲(chǔ)128層NAND閃存將于最晚明年上半年開始量產(chǎn)，未來將在滿產(chǎn)時(shí)配合10萬(wàn)片月產(chǎn)能，將在平衡全球供應(yīng)上發(fā)揮關(guān)鍵作用。

目前128層3DNAND是國(guó)際主流水平，三星、東芝、美光等都在2019年發(fā)布了128層3DNAND產(chǎn)品，而長(zhǎng)江存儲(chǔ)用短短3年時(shí)間便實(shí)現(xiàn)了從32層到64層再到128層的跨越。長(zhǎng)江存儲(chǔ)此次重點(diǎn)推出的128層QLC更直接參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。

都有哪些廠商已經(jīng)推出QLC 3DNAND產(chǎn)品？

在各大原廠中，英特爾對(duì)QLC技術(shù)的推廣最為積極，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在660P系列、665P系列和傲騰MemoryH10存儲(chǔ)解決方案中。據(jù)報(bào)道，其計(jì)劃推出的下一代144層3DNAND也將先推QLC架構(gòu)。美光也于近日宣布首款基于QLC的5210 SATA SSD，已獲得大多數(shù)主要服務(wù)器OEM的認(rèn)證。

此外，鎧俠/西部數(shù)據(jù)也計(jì)劃推出112層1.33Tb QLC產(chǎn)品，三星也構(gòu)建了從Z-SSD到QLC SSD的全方位產(chǎn)品線。

英特爾

早在2018年英特爾就推動(dòng)64層QLC NAND在SSD中的應(yīng)用，再結(jié)合3D Xpoint技術(shù)的傲騰SSD產(chǎn)品，為百度、阿里、華為等企業(yè)提供解決方案。2020年2月12日消息，宣布于2018年底開始在大連工廠生產(chǎn)的基于QLC 3D NAND SSD已經(jīng)累計(jì)生產(chǎn)1000萬(wàn)個(gè)，標(biāo)志著QLC朝著成為大容量存儲(chǔ)的主流技術(shù)又近了一步。

英特爾客戶SSD戰(zhàn)略規(guī)劃和產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Dave Lundell表示，“許多公司都在談?wù)換LC技術(shù)，但英特爾已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模交付，我們已經(jīng)看到了市場(chǎng)對(duì)具有成本優(yōu)勢(shì)的大容量QLC存儲(chǔ)技術(shù)以及英特爾QLC存儲(chǔ)解決方案的強(qiáng)烈需求。”

目前，英特爾QLC 3D NAND主要應(yīng)用于660P系列、665P系列和傲騰Memory H10存儲(chǔ)解決方案中。英特爾方面有媒體報(bào)道計(jì)劃將在今年推出144層3DQLCNAND技術(shù)。

據(jù)英特爾介紹，在過去的十年中，英特爾一直在開發(fā)QLC相關(guān)技術(shù)。2016年，英特爾研發(fā)團(tuán)隊(duì)將浮動(dòng)?xùn)艠O技術(shù)的方向改為垂直，并包覆在柵極中。此項(xiàng)改進(jìn)使3DTLC技術(shù)的存儲(chǔ)密度提升至384Gb/die。到2018年64層3DQLC閃存芯片成為現(xiàn)實(shí)，存儲(chǔ)密度達(dá)1,024Gb/die。

身處以需求為導(dǎo)向的存儲(chǔ)市場(chǎng)中，加上行業(yè)內(nèi)企業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)激烈，定會(huì)催生更多先進(jìn)技術(shù)。無論是100+層堆疊的3D NAND還是QLC甚至PLC技術(shù)都是為更好的滿足日益增長(zhǎng)的存儲(chǔ)需求。而隨著5G部署推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、人工智能將會(huì)釋放出更多的市場(chǎng)需求，存儲(chǔ)市場(chǎng)也將會(huì)迭代出性能更優(yōu)，容量更大的存儲(chǔ)產(chǎn)品。

美光

2020年4月12日，美光科技發(fā)布全新容量和功能的美光5210 ION 企業(yè)級(jí)SATA固態(tài)硬盤（SSD），使用了美光64層堆疊3D QLC閃存，鞏固了其在QLC技術(shù)量產(chǎn)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。美光5210基于公司先進(jìn)的QLC NAND技術(shù)，正迅速取代傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(HDD)。

美光存儲(chǔ)產(chǎn)品事業(yè)部市場(chǎng)副總裁Roger Peene表示：“美光5210 SSD自兩年前推出以來，獲得了強(qiáng)勁的市場(chǎng)反饋，這印證了QLC技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的崛起。我們自豪于推動(dòng)了新興的QLC數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，讓客戶在諸多層面獲益，包括更快的速度、更低的延遲、可觀的節(jié)能性及具備競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格?！?/p>

聯(lián)想數(shù)據(jù)中心集團(tuán)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)總監(jiān)JohnDonovan表示：“美光的SSD基于創(chuàng)新且擁有更佳耐用度的QLC技術(shù)，使客戶能夠安全地處理眾多工作負(fù)載，滿足了日益增長(zhǎng)的性能和容量需求。聯(lián)想ThinkSystem解決方案現(xiàn)已搭載美光5210 QLC SSD?！?/p>

據(jù)悉官方介紹，美光5210 ION SSD現(xiàn)已量產(chǎn)，能通過幾乎所有主流服務(wù)器OEM廠商、全球領(lǐng)先的經(jīng)銷商、分銷商和系統(tǒng)供應(yīng)商購(gòu)買，其單價(jià)與10K企業(yè)級(jí)HDD相近。

三星

2018年11月28日，三星電子正式發(fā)布新一代860QVO系列固態(tài)硬盤，這是三星首款面向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的QLC閃存硬盤。

三星860 QVO SSD采用傳統(tǒng)的2.5寸盤規(guī)格，內(nèi)部為三星自主MJX主控、三星自產(chǎn)V-NAND QLC閃存顆粒，容量直接1TB起步，另有2TB、4TB，分別配備1GB、2GB、4GB LPDDR4緩存。

性能方面受SATA 6Gbps的限制只能算是標(biāo)準(zhǔn)水平，持續(xù)讀寫最高550MB/s、520MB/s，隨機(jī)讀寫最高97000IOPS、89000IOPS。

根據(jù)三星公開的消息，旗下QLC閃存SSD還有980QVO系列，采用M.2規(guī)格并支持NVMe。

西部數(shù)據(jù)/鎧俠

2020年2月1日消息，西部數(shù)據(jù)正式宣布了新一代閃存技術(shù)BiCS5，這是西數(shù)與鎧俠聯(lián)合開發(fā)而成的，在原有96層堆棧BiCS4基礎(chǔ)上做到了112層堆棧，有TLC及QLC閃存兩種類型，最高核心密度1.33Tb，是目前存儲(chǔ)密度最高的產(chǎn)品。

西部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片技術(shù)和制造高級(jí)副總裁Steve Paak博士表示，“在進(jìn)入下一個(gè)十年的時(shí)候，一種新型的3D閃存對(duì)持續(xù)滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)容量及速率的需求至關(guān)重要，而BiCS 5的成功研發(fā)體現(xiàn)了西數(shù)在閃存技術(shù)上的領(lǐng)導(dǎo)地位及路線圖的強(qiáng)大執(zhí)行力。”

西部數(shù)據(jù)最早于2017年7月25日宣布成功開發(fā)了四比特單元的閃存顆粒（Four-Bits-Per-Cell，BiCS3X4），也就是QLC，用于旗下的64層3D閃存產(chǎn)品。2018年7月20日，公司發(fā)布公告稱，公司第二代QLC閃存已經(jīng)出樣，年內(nèi)出貨，使用的是96層堆棧的BiCS4技術(shù)，核心容量1.33Tb。

2019年11月3日消息西部數(shù)據(jù)宣布，其首批基于3D QLC NAND內(nèi)存的產(chǎn)品已經(jīng)開始發(fā)貨。西部數(shù)據(jù)總裁兼首席運(yùn)營(yíng)官邁克卡達(dá)諾表示，在2019年第三季度(2020年第一財(cái)季)，該公司“開始推出96層基于3DQLC的零售產(chǎn)品和移動(dòng)便攜固態(tài)硬盤”。

為何存儲(chǔ)大廠都在積極推廣QLC技術(shù)？

首先對(duì)比來看，NAND可以分為SLC（單層次存儲(chǔ)單元）、MLC（雙層存儲(chǔ)單元）、TLC(三層存儲(chǔ)單元)以及QLC（四層存儲(chǔ)單元）。固態(tài)硬盤依靠閃存芯片來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，里面存放數(shù)據(jù)最小單位叫作“Cell”，SLC每個(gè)cell可以存放1bit數(shù)據(jù)，MLC每個(gè)cell可以存放2bit數(shù)據(jù)，TLC每個(gè)cell可以存放3bit數(shù)據(jù)，而QLC可以存放4bit數(shù)據(jù)。

QLC、SLC、MLC、TLC顆粒對(duì)比

為了小白更好的理解其中的意義，舉個(gè)例子，我們將芯片可以看做一張畫滿格子的紙張，cell相當(dāng)于紙張上的一個(gè)個(gè)的格子，數(shù)據(jù)看做是一個(gè)黃豆。也就是說，SLC方案每個(gè)格子中只能放入一顆黃豆，所以存儲(chǔ)空間較小，MLC方案每個(gè)格子可以放入兩顆黃豆，TCL方案每個(gè)格子可以放入三顆黃豆，而QLC方案每個(gè)格子可以存放四個(gè)黃豆，成本不變的情況下，存儲(chǔ)空間較大。要知道這個(gè)紙張（芯片晶圓）價(jià)格也十分昂貴的，也就是說同樣的晶圓如果做成SLC只有128G，做成MLC就有256G了，做成TLC的話變成512G，而做成QLC我們可以做成更大容量，而成本是相同的。

每一個(gè)Cell單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)越多，單位面積容量就越高，但是同時(shí)會(huì)導(dǎo)致不同電壓狀態(tài)越多，并且越難控制，所以采用QLC顆粒的固態(tài)，雖然容量更大價(jià)格更便宜，但是穩(wěn)定性較差，并且P/E壽命較低，速度最慢。

也就是說，QLC技術(shù)雖然能帶來更大的存儲(chǔ)容量以及更低廉的單位成本，但是因?yàn)槠浞€(wěn)定性較差以及P/E壽命僅為SLC的百分之一而備受質(zhì)疑，這也是阻礙其大規(guī)模普及的重要原因。

隨著對(duì)NANDFlash研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)NANDFlash顆粒僅在寫入時(shí)會(huì)產(chǎn)生磨損，而讀取應(yīng)用產(chǎn)生的磨損微不足道。因此，QLC閃存產(chǎn)品可充分利用NANDFlash這一特性，結(jié)合其高密度，成本經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，在讀取密集型應(yīng)用上發(fā)揮天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。此外，主控及糾錯(cuò)技術(shù)的發(fā)展也可以幫助彌補(bǔ)QLC的先天缺陷。

長(zhǎng)江存儲(chǔ)緊跟業(yè)內(nèi)主流步伐，率先推出單顆Die容量達(dá)1.33TbQLC閃存產(chǎn)品，也是看重QLC技術(shù)憑借更高的存儲(chǔ)密度及更經(jīng)濟(jì)的成本優(yōu)勢(shì)在讀密集型為主的應(yīng)用中巨大的市場(chǎng)潛力。

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