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3D NAND堆栈跨越100层大关!

时间:2019-08-16 作者:Rick Merritt 阅读:
NAND供货商及其合作伙伴竞相卡位Flash Memory Summit!三星和海力士宣布即将推出堆栈超过100层的3D芯片,东芝首度亮相低延迟NAND,还有PCIe Gen 4 SSD以及各种储存加速器都是这场活动的亮点...

NAND供货商及其合作伙伴们争相在第14届年度闪存高峰会(Flash Memory Summit)抢占最佳位置。三星(Samsung)和海力士(SK Hynix)表示将在今年推出堆栈超过100层的3D芯片,东芝(Toshiba)则首度亮相一款低延迟NAND,并期望以此蚕食DRAM市场。

在这场备受瞩目的年度活动中发布了几大亮点,但并非来自三星或美光(Micron)的主题演说。海力士与Western Digital (WD)都将软件定调为扩展储存的下一个利器,此外,今年的展场上还大量充斥着PCIe Gen 4固态硬盘(SSD)以及各种储存加速器。

NAND的价格正随着急剧下滑的内存市场一路探底。过去两年来,内存市场的需求和价格遽增,部份原因来自于「超大规模业者」(hyperscaler)的高资本支出,引发芯片制造商加码投资,从而导致目前的供过于求。

Objective Analysis首席分析师Jim Handy表示,「三星和其他业者仍然认为市场很快就会复苏,但他们完全不知道这一波降价何时才会结束。」

同时,供货商开始推出96层3D NAND芯片,并继续投入128层的产品。Handy说:「每个人都以为自己有能力做到堆栈500层的芯片。」

Forward Insights分析师Gregory Wong更看好内存市场前景。他看到了经销商的NAND价格已经开始上涨的征兆。Wong说:「情况开始好转了,因此,价格的最低点可能会落在Q3。」

三星日前宣布现正量产250GB SSD,采用每单元3位的全新250Gbit NAND,堆栈超过100层。它还采用双堆栈设计,分别支持低于450微秒的写入和低于45微秒的读取速度,比上一代产品的速度更快10%,而功耗更低15%。

该芯片采用6.7亿个硅穿孔(TSV),较上一代的9.3亿个大幅减少,同时还采用较少的制程步骤来制造更小型的芯片。该内存巨擘预计大约一年内将会推出采用3堆栈设计的512Gbit NAND芯片,支持300层以上。三星还承诺将在今年年底前于SSD中导入512Gbit芯片。

为了迎头赶上,海力士表示将在年底前出货1TB容量的3D NAND芯片。该芯片采用128层堆栈,并在NAND Flash单元之下封装外围电路。这款尺寸约11.5x13mm的1TB模块容纳8裸片,厚度仅为1毫米。

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海力士将于今年年底量产128层Tbit NAND芯片。(来源:SK Hynix)

东芝NAND加入低延迟竞赛

东芝(Toshiba)的单层式(SLC) XL-Flash将支持延迟低于5微秒的读取性能。单封装中容纳最多8个128-Gbit裸片,预计今年9月出样该芯片,并于明年量产供货。

XL-Flash分成16层,成本将会低于DRAM和英特尔的Optane内存,但速度则不如二者。随着东芝内存公司将自今年10月起更名为铠侠(Kioxia Corp.),届时这款产品预计也将同步上市。而在此高峰会上发表专题演说的东芝SSD应用工程技术总裁大岛成夫(Jeff, Shigeo Oshima)还打趣地说:「我个人比较想投Sushi Memory公司名称。」

如同英特尔的Optane和三星的Z-NAND一样,东芝XL-Flash也属于持久性内存,目标就在于填补DRAM和NAND Flash之间的性能差距。XL-Flash一开始将以SSD的形式销售,但东芝希望最终能够扩展到DRAM产品组合。

总部位于北京的忆恒创源科技(Memblaze)是14家XL-Flash合作伙伴之一,将率先推出搭载XL-Flash的SSD。该公司表示,其PBlaze5 X26 SSD将可支持低于20微秒延迟的混合读写,以及「分区名空间」(Zoned Name Spaces)技术,从而提升MySQL性能。

分析师表示,低延迟内存将形成一个相对较小的利基市场。Handy表示,XL-Flash和三星的Z-NAND将储存划分成更小的数组区块,以支持更多的平行性,从而加快了响应速度。

XL-Flash的裸片比NAND更大,价格也比较昂贵。Handy表示,它的速度比NAND更快,但不如Intel Optane。

迄今为止,英特尔已卖出将近千万台Optane SSD了,主要卖给超大规模客户。 Handy认为,短期内,英特尔可望在2023年出货达到35亿美元价值的Optane产品。根据该公司的报告预测,到2029年,所有新兴内存的可望达到200亿美元的市场规模。其中,Optane预计将占据约160亿美元,其余则主要是MRAM和ReRAM。

MRAM的目标是在28nm及更先进制程节点取代NOR flash。但这份报告并不包括对于NAND变化版本XL-Flash或Z-NAND的预测。

此外,东芝还推出一款14x18mm NAND封装的XFM Express,基本上是一种介于M.2和BGA封装尺寸之间的可插拔BGA,未来还将支持2-4个PCIe Gen3/4通道,用于笔记本电脑、游戏主机和汽车。

该新外形是许多NAND芯片采用的封装方式之一。东芝的一位SSD主管表示,服务器储存卡市场特别零散。

东芝和海力士均宣布其首款支持PCIe Gen 4 (最多4通道)的SSD。东芝估计,追求更高性能的服务器将自明年开始采用Gen 4 SSD,接着是在2021年导入笔记本电脑,以及在2023年落实于需要更严格验证的储存系统。

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XFM Express是介于M.2和BGA封装外形之间的可插拔NAND模块。(来源:Toshiba)

Startup Pliops推出一款执行于Xilinx FPGA卡的储存加速器,据称将在年底前出货。在此「表达式储存」(computational storage)成为热门「关键词」的活动上,它可说是众多加速器中最引人瞩目的一款。

Pliops加速器承诺可卸除一半的CPU储存周期,同时加快写入作业的速度,使MySQL的速度提高7倍。其目标在于取代像Facebook这一类超大规模客户大量使用的RocksDB等软件。

迄今为止,Pliops已经从英特尔、Mellanox、WD和Xilinx等支持者手中集资了4,500万美元。该公司的创办人中有两位曾经是三星位于以色列的SSD控制器设计团队工程经理。从该公司的资金和发展来看,不久将会推出ASIC产品。

来自WD和海力士的主管表示,透过所谓的「分区命名空间」(Zoned Name Spaces;ZNS),软件将成为加速NAND性能的下一个利器。WD数据中心和装置市场总经理Christopher Bergey表示,ZNS可以让SSD减少需要的DRAM达8倍之多,并减少10倍的储存「超额配置」(overprovisioning),同时实现虚拟化。

WD和海力士都在会中展示其原型ZNS产品。对于海力士而言,此举是其扩展到SSD、SSD控制器和软件计划的一部份,也是其竞争对手较早进入且有利可图的产品领域。海力士的一位主管表示,ZNS可以减少数据碎片化,让SSD的寿命延长至67%,并使混合工作负载的QoS提高25%。

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SSD外形尺寸非常零散分歧,特别是针对服务器应用。

有鉴于美中贸易战的紧张局势,中国NAND flash业者长江存储(Yangtze Memory Technology)并未在今年的活动中发表主题演讲。去年,该公司大张旗鼓地展示并讨论其计划,但迄今尚未取得成果。

据传长江存储将在其月产20,000片晶圆的产线出样其64层组件,但仍较市场领导业者落后两个世代。同样地,中国专家在此举行的专题讨论上表示,中国领先的DRAM业者长鑫储存技术(Changxin Memory Technologies;CXMT)正为明年初发布的8Gbit DDR4组件进行验证。

中国领先的NOR flash供货商之一北京兆易创新科技(Gigadevice)策略顾问Michael Wang预计,很快就会亮相新的NAND产品。

杭州华澜微科技(Sage Microelectronics)执行长骆建军(Jerome Jianjun Luo)并在专题讨论上邀请观众参加即将在杭州举行的NAND活动。「如果你想直接和长江储存洽谈,我强力推荐你在两周内前往。」

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体EETIndia,Flash Stacks Sloooowly Rise ,编译:Susan Hong)

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Rick Merritt
EE Times硅谷采访中心主任。Rick的工作地点位于圣何塞,他为EE Times撰写有关电子行业和工程专业的新闻和分析。 他关注Android,物联网,无线/网络和医疗设计行业。 他于1992年加入EE Times,担任香港记者,并担任EE Times和OEM Magazine的主编。
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