英特爾144層3D NAND已有實質性進展:QLC時代對市場將意味著什麼?

2020-12-14 騰訊網

據業內人士表示,英特爾已完成了144層NAND的開發,目前正在測試當中。之前就有消息稱,英特爾將在2020下半年量產144層QLC NAND,單顆Die容量1Tb,並會推出基於該新技術的消費類和企業級SSD。同時,英特爾也在規劃PLC(5bit/cell),持續提高每個單元可存儲的bit數據,以提供更大的存儲容量和更低成本的產品。

來源:英特爾

自研發出64層QLC NAND之後,英特爾就大規模將QLC應用到SSD中,而隨著更先進的144層QLC 3D NAND推出,英特爾將進一步擴大QLC SSD在市面上的應用,同時配合傲騰產品,將更好的滿足消費類和數據中心、企業等領域大數據存儲需求的增加,同時也開啟了QLC時代新的市場格局。

英特爾144層QLC NAND吸睛,其他原廠目前進展如何?

當前100層+3D NAND和QLC是最新的技術,除了英特爾,其他原廠三星、威騰電子、鎧俠、美光、SK海力士、長江存儲在已推出了100層+3D NAND,且大部分原廠進入送樣或量產階段,而QLC SSD產品則主要採用的是96層堆疊的3D NAND,後續將會進一步升級到100層+3D NAND,QLC依然成為NAND Flash市場新力軍。

原廠最新3D NAND技術發展

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各家原廠進展詳情:

三星在2019年8月就開始量產第六代(1xx層)TLC V-NAND,2020下半年將推出第七代V-NAND,預計2021下半年在新建的平澤NAND新產線投產,以滿足不斷增長的數據中心和智慧型手機存儲需求。

在QLC方面,三星基於第二代QLC推出的最新870 QVO SATA SSD,最高容量高達8TB,採用的是主流量產的9x層1Tb QLC V-NAND,滿足專業PC用戶對速度、容量和可靠性等綜合性能的要求,隨著三星1xx層3D NAND擴大生產,也會推出QLC產品,並導入到SSD中應用。

鎧俠和威騰電子在2019年基於96層QLC單顆Die容量已實現了1.33Tb容量,2020年初推出的第五代3D NAND技術,採用的是112層堆疊BiCS5,初步量產的是512Gb TLC產品,已經面向消費類的產品發售,預計2020下半年將推出基於TLC、QLC產品,QLC 單顆Die容量亦達1.33Tb。

美光在2019年送樣128層3D NAND,2020上半年向客戶出貨128層第一代RG節點3D NAND,而最新推出的兩款Client SSD 2300系列和2210系列QLC SSD採用的是96層QLC 3D NAND,正在持續提高在PC OEM市場中導入,企業級5210 QLC SSD採用的是64層3D NAND。

SK海力士2019年5月送樣96層QLC 4D NAND,單顆Die容量1Tb,同年次月又推出了128層4D TLC NAND,2020年下半年送樣該新技術的企業級PE8111系列SSD,容量高達16TB,並計劃在未來開發32TB容量企業級SSD。

長江存儲在2020年也發布了128層QLC 3D NAND(型號:X2-6070),具有1.6Gb/s高速讀寫性能和1.33Tb單顆Die容量,並在多家控制器廠商SSD等終端存儲產品上通過驗證。同時,長江存儲也發布了128層512Gb TLC 3D NAND(型號:X2-9060),以滿足不同應用場景的需求。

原廠100層+3D NAND技術參數

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SSD主控廠商全面支持QLC,品牌廠QLC SSD開拓新商機

早在2018年,英特爾和美光率先推出業界首款64層3D QLC,讓QLC SSD進入大眾視野。目前的原廠SSD品牌中,英特爾和美光也是對QLC導入SSD中最為積極,英特爾在今年年初聲稱從2018年底開始在大連工廠生產的QLC SSD已經累計生產1000萬個,美光QLC bit量也已佔到總體NAND Flash bit生產的10%以上。同時,三星、美光、威騰電子等QLC SSD用的3D NAND也正在加快從64層堆疊向96層提升。

NAND Flash由最初的SLC發展到QLC,單個存儲單元存儲的bit數據從1bit提高到了4bit,未來的PLC將進一步提高到5bit,而NAND Flash技術發展對主控晶片和ECC糾錯提出了更高要求,控制晶片糾錯技術也從BCH過渡到了LDPC。

主控廠商SSD主控晶片產品參數

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目前主控廠商美滿電子、慧榮、群聯等推出的SSD控制晶片基本全面支持3D TLC/QLC,而慧榮SM2264和SM2267 SSD控制晶片已支持原廠最新1xx層TLC/QLC 3D NAND,也有不少主控廠商開始規劃對長江存儲最新的128層QLC與TLC顆粒進行適配測試。在主控廠商加大QLC的支持下,金士頓、江波龍、威剛等QLC SSD也陸續上市,且搭載的3D NAND已經或計劃向96層QLC升級。

QLC魅力何在?

QLC使SSD容量提升和價格下滑,更在大數據存儲中扮演重要角色

第一,單顆Die容量更大,SSD容量更高

隨著3D NAND技術的發展,以及QLC每個單元存儲4bit數據,原廠96層或128層量產的單顆Die容量向1Tb(1024Gb)或以上提升,遠遠超過當初2D NAND製程128Gb容量瓶頸。未來PLC的到來,相比QLC容量可再提升25%,再加上144層相比96層堆疊層數提升50%,容量可翻倍,單位容量的增加也代表著品牌廠可生產更大容量的SSD,目前消費類SSD容量可達到8TB。

第二,加速單位成本降低,更大SSD容量的價格下滑

2020年雖然原廠已推出1xx+層3D TLC/QLC,但是三星、鎧俠、威騰電子、美光、SK海力士等依然以96層3D NAND生產比重為主,與上一代64層3D NAND相比,堆疊層數增加了50%,如果量產相同的單顆Die容量,每片Wafer晶圓所產出的GB總量大約可提高近60%;若採用相同96層堆疊,QLC較TLC在每片Wafer晶圓所產出的GB總量大約可提高30%以上,在Wafer成本不變的情況下,單位GB量的成本將明顯下滑,SSD整體售價也會更低,尤其是驅動TB級以上容量價格下滑。

3D NAND和QLC技術提高帶來容量提升

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今年以來,「疫情」嚴重衝擊消費類市場需求,而且展望後半年,隨著PC、數據中心市場需求力度減緩,存儲廠商大部分將面臨出貨壓力,也包括部分原廠在內。自2020年3月底開始,NAND Flash相關產品就一直呈現跌勢,近期市場更是普遍採取「以價換量」的操作方式,刺激出貨,從而導致SSD價格進一步下調。在目前的市況環境下,QLC SSD更大的容量和更低成本,可使品牌廠商在市場價格競爭中,保持核心競爭力,獲得更多的市場機會。

第三,QLC SSD擴容空間,改善系統性能,可解數據中心存儲壓力

受「疫情」影響,在線會議、在線視頻、在線教育等線上服務使數據中心存儲系統在數據處理方面面臨壓力,近期A股股市大熱,券商APP線上系統也曾出現短暫的宕機,截至2020年第二季度末,全球超大規模數據中心的數量已增至541個,而大數據存儲空間擴容和提高處理速度需求迫切,同時PC OEM廠商對SSD需求持續增加,尤其高端商務電腦、二合一電腦、遊戲筆記本等。

來源:公開信息

QLC雖然帶來了更大的存儲容量以及更低廉的單位成本,但因為其穩定性較差以及P/E壽命不及SLC、MLC、TLC而備受質疑。不過,在不同的I/O模式下,SSD和HDD的磨損不同, NAND Flash在寫入時會產生磨損,而讀取應用產生的磨損微不足道,這使得QLC SSD在讀取密集型數據存儲應用上有著優勢。

來源:美光。註:圖中「DxPD」表示DWPD和DRWPD,當HDD引用DxPD時為DRWPD;當SSD引用為DWPD。

在SSD耐久性方面,美光企業級5210 QLC SSD和5200 ECO TLC SSD對比盤寫入量DWPD數據表明,如果4K隨機128K連續寫入率90%時,5210 QLC SSD和5200 ECO企業級SSD具有同等的DxPD,當寫入率達到100%時,5210具有更高的DxPD,再加上QLC固件改善耐久性和工作負載限制等,市場對QLC SSD的熱度持續攀升。

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