存儲技術(shù)進(jìn)入爆發(fā)期，SK海力士321層NAND，HBM3e，LPDDR5T紛至沓來

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）我們?nèi)缃裾幱?a target="_blank">信息時代，而存儲作為信息的載體，對當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。通常存儲芯片是以半導(dǎo)體電路作為存儲媒介的存儲器，用于保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的記憶設(shè)備，也是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分。

伴隨著AI服務(wù)器、車載等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對存儲需求也在快速提升，促使存儲技術(shù)的加速迭代。近期，許多新型存儲產(chǎn)品相繼問世，也預(yù)示著存儲技術(shù)已然進(jìn)入到了爆發(fā)期。

首個300層以上4D NAND被披露

近日，SK海力士美國公開了其321層4D閃存開發(fā)的進(jìn)展，并展示了現(xiàn)階段開發(fā)的樣品，也成為當(dāng)下全球首家研發(fā)300層以上NAND的企業(yè)，并表示將在2025年上半年實現(xiàn)量產(chǎn)。

通常NAND閃存會根據(jù)在1個單位中儲存多少個信息來區(qū)分規(guī)格SLC為1個，MLC為2個，TLC為3個，QLC為4個，PLC為5個等。隨著信息存儲量的增加，在同一晶圓面積上可儲存更多的數(shù)據(jù)。

據(jù)了解，這款321層1Tb TLC NAND的效率比上一代238層512Gb提高了59%，主要得益于數(shù)據(jù)存儲單元可以以更多的單片數(shù)量堆棧至更高，從而在相同芯片上實現(xiàn)更大的存儲容量，進(jìn)一步提高了單位晶圓上芯片的產(chǎn)出數(shù)量。

值得注意的是，此次SK海力士公布的兩個亮點(diǎn)一個是321層堆疊，另一個則是4D NAND。先說4D NAND，想要知道什么是4D NAND，先要了解2D NAND，這些都是閃存的類型。

所謂2D NAND，便是將用于存儲數(shù)據(jù)的單元水平并排地放置，但放置單元的空間量有限，如果試圖縮小單元則會降低閃存的可靠性。隨著人們需求的不斷增加，2D NAND已經(jīng)很難在SSD容量上繼續(xù)增加，因此3D NAND開始誕生。

3D NAND主要指閃存芯片的存儲單元為3D的，也就是除了平放外，還可以在縱向上疊放單元，從而獲得更高存儲密度來實現(xiàn)更高的存儲容量，還可獲得更高的耐久度和更低的功耗。

但3D NAND也有其劣勢，盡管隨著先進(jìn)的工藝帶來更大的容量，但3D NAND的可靠性和穩(wěn)定性以及性能方面都在下降，因為工藝越先進(jìn)，NAND的氧化層越薄，其可靠性也就越差，廠商就需要采取額外手段彌補(bǔ)這一問題，這必然會提高成本。

這就引入到了4D NAND，其實4D NAND可以被看做是一種特殊的3D NAND，只不過單芯片采用了4層架構(gòu)設(shè)計，結(jié)合了3D CTF（電荷捕獲閃存）設(shè)計、PUC（制造NAND Flash時先形成周邊區(qū)域再堆棧晶體）技術(shù)。這樣可以提高NAND閃存的存儲密度和容量，同時降低制造成本，取名為4D，不過是為了更好的營銷。

而層數(shù)的堆疊也是在3D或4D的基礎(chǔ)上進(jìn)行，就好像建造高層樓房一樣將存儲單元垂直堆疊，對企業(yè)而言增加堆疊層數(shù)并減少閃存單元高度是提升成本競爭力的關(guān)鍵。

由于NAND主要用于制造SSD存儲數(shù)據(jù)，隨著3D NAND和4D NAND的普及，目前市場上消費(fèi)級SSD容量已經(jīng)可以達(dá)到4TB以上，企業(yè)級SSD更是達(dá)到了128TB以上。

今年3月份三星電子對外表示，預(yù)計在未來十年單顆SSD的容量可達(dá)1PB，業(yè)界預(yù)計QLC/PLC閃存架構(gòu)與1000層堆疊技術(shù)有望助力SSD邁入PB級。

AI助力HBM3e，LPDDR5T通過聯(lián)發(fā)科性能驗證

由于近年來AI技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是生成式AI的爆發(fā)，促使對存儲芯片的快速迭代。這時GDDR和HBM都被推向了市場，此前電子發(fā)燒友網(wǎng)也對這些技術(shù)做過詳細(xì)的報道。

GDDR起初是作為高性能DDR存儲器規(guī)格而設(shè)計的，后續(xù)逐漸發(fā)展到一些數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng)，如汽車、AI、深度學(xué)習(xí)等。

而HBM則是作為GDDR的替代品，主要用于GPU和加速器。GDDR旨在以較窄的通道提供更高的數(shù)據(jù)速率，進(jìn)而實現(xiàn)必要的吞吐量，而HBM2e通過8條獨(dú)立通道解決這一問題，其中每條通道都使用更寬的數(shù)據(jù)路徑（每通道128位），并以3.6Gbps左右的較低速度運(yùn)行，HBM3標(biāo)準(zhǔn)則使用16條獨(dú)立通道（每通道64位），速度翻倍。因此，HBM存儲器能夠以更低的功耗提供高吞吐量，而規(guī)格上比GDDR存儲器更小。

最新的HBM3e是HBM3的下一代產(chǎn)品，SK海力士也是當(dāng)前全球唯一一家在量產(chǎn)HBM3的企業(yè)，預(yù)計將在2024年上半年實現(xiàn)量產(chǎn)HBM3e。也正是因為HBM的優(yōu)異性能，包括英偉達(dá)、AMD、微軟、亞馬遜等在內(nèi)的科技巨頭都已經(jīng)向SK海力士下單預(yù)購HBM3e。

英偉達(dá)最新發(fā)布專為生成式AI打造的 GH200 Grace Hopper平臺，便采用了HBM3e。由于需求暴增，SK海力士方面已經(jīng)決定明年擴(kuò)大生產(chǎn)，并采用最先進(jìn)的10nm等級的第五代技術(shù)，這些新增產(chǎn)能將大部分用來生產(chǎn)HBM3e。

在移動DRAM上，SK海力士也有了不小的進(jìn)展。今年初SK海力士便宣布，已成功開發(fā)出當(dāng)前速度最快的移動DRAM產(chǎn)品LPDDR5T（Low Power Double Data Rate 5 Turbo），并已向客戶提供了樣品。

相比LPDDR5X每秒8.5Gb的速度，LPDDR5T速度再次提升了13%，達(dá)到9.6Gbps，甚至為了體現(xiàn)其強(qiáng)勁的速度，還在其名稱后加上了“Turbo”作為后綴。

值得注意的是，LPDDR5T仍然運(yùn)行在JEDEC組織規(guī)定的1.01-1.12V超低電壓范圍內(nèi)，采用1αnm（第四代10nm級別）工藝制造，可以在達(dá)到高性能的同時實現(xiàn)低功耗。

此外，SK海力士還向客戶提供了LPDDR5T芯片組合為16GB的封裝樣品，該樣品的數(shù)據(jù)處理速度可以達(dá)到每秒77GB，相當(dāng)于每秒處理15部全高清電影。LPDDR5T的應(yīng)用范圍也不只局限于智能手機(jī)，還將擴(kuò)展到AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、AR/VR等領(lǐng)域。

而在近期，SK海力士宣布，已經(jīng)與聯(lián)發(fā)科下一代天璣旗艦移動平臺完成LPDDR5T內(nèi)存的性能驗證，預(yù)計聯(lián)發(fā)科的天璣9300將支持LPDDR5T。最快的話，在今年下半年就有望能夠看到搭載天璣9300的智能手機(jī)上市，屆時也可以體驗LPDDR5T對其性能到底帶來多少提升。

總結(jié)

在生成式AI、機(jī)器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)的帶動下，存儲技術(shù)要求越來越高，不僅需要實現(xiàn)更大的存儲空間、更低的功耗、更快的讀寫速度，同時在成本上也做了一定的要求。為了應(yīng)對這些需求，越來越高堆疊層數(shù)的NAND被推出，而針對不同的應(yīng)用場景，還推出了如HBM3e，LPDDR5T等相關(guān)存儲器，存儲技術(shù)正在快速向前推進(jìn)。

值得注意的是，目前這些最先進(jìn)的存儲器產(chǎn)品幾乎都是由SK海力士領(lǐng)頭生產(chǎn)。從市場來看，當(dāng)前SK海力士為全球第二大存儲芯片廠商，市場份額約為24%，第一為三星，市場份額約為39%。隨著這些最新的存儲器產(chǎn)品推出，SK海力士有望向三星發(fā)起挑戰(zhàn)。