4月13日,長江存儲正式發(fā)布兩款128層3D NAND閃存。其中型號X2-6070產(chǎn)品作為業(yè)內(nèi)首款128層QLC(每個存儲單元可存儲4bit數(shù)據(jù)),可提供1.33Tb的單顆存儲容量,具有當(dāng)前全球已知型號的產(chǎn)品中最高存儲密度、最高I/O傳輸速度和最高單顆NAND閃存芯片容量;另一款型號為X2-9060的128層TLC(每個存儲單元可存儲3bit數(shù)據(jù)),亦擁有512Gb存儲容量,存儲陣列面積利用效率超過90%(存儲陣列面積/芯片總面積),I/O傳輸速度實現(xiàn)1.6Gb/s 高性能。正如長江存儲市場與銷售高級副總裁龔翊在接受記者采訪時所指出,此次產(chǎn)品發(fā)布表明,長江存儲在3D NAND閃存領(lǐng)域已經(jīng)基本追平國際先進水平,在某些領(lǐng)域甚至有所領(lǐng)先。

5年追平國際先進水平

2013年全球首款24層MLC(每個存儲單元可存儲2bit數(shù)據(jù))投產(chǎn),NAND閃存進入3D時代,依靠die堆疊可以使每顆芯片的儲存容量顯著增加,而不必增加芯片面積或者縮小單元,同時實現(xiàn)更大的結(jié)構(gòu)和單元間隙,有利于增加產(chǎn)品的耐用性,以及降低成本。因為相對直觀,在一般消費者眼中,3D堆疊的層數(shù)在一定意義上也代表著3D NAND產(chǎn)品的技術(shù)先進性。

根據(jù)國際幾家存儲龍頭大廠的技術(shù)路線圖,三星于2019年6月推出128層TLC 3D NAND,存儲容量256Gb,8月實現(xiàn)量產(chǎn),11月將存儲容量提高到單顆芯片512Gb水平。SK海力士2019年6月發(fā)布128層TLC 3D NAND,預(yù)計2020年進入投產(chǎn)階段。美光2019年10月宣布128層3D NAND流片出樣。鎧俠今年1月31日發(fā)布112層TLC 3D NAND,量產(chǎn)時間預(yù)計將在2020 年下半年?？梢钥闯?國際存儲廠商發(fā)布與量產(chǎn)128層3D NAND量產(chǎn)的時間基本落在2019-2020年。長江存儲自2016年投資建廠后,于2018年投產(chǎn)32層3D NAND閃存,2019 年9月開始生產(chǎn)基于Xtacking架構(gòu)的64層3D NAND閃存,現(xiàn)在再次發(fā)布128層3D NAND閃存,基本與國際廠商保持了同步。在QLC、I/O速度等方面甚至走在了國際廠商的前面。

對此,龔翊表示:“32層開始量產(chǎn)的時候,長江存儲與國際主要廠商之間還是存在一定的差距,大概落后了4～5年。64層產(chǎn)品推出時差距已經(jīng)縮小到2年,而且因為我們的64層產(chǎn)品密度更高,接近于96層產(chǎn)品的水平,所以真正的差距只有1年。隨著此次128層產(chǎn)品的發(fā)布,基本上已經(jīng)和業(yè)界主流廠商站在同一個水平線上。128層QLC 3D NAND作為全球首發(fā)的產(chǎn)品應(yīng)該說,還領(lǐng)先于業(yè)界主要對手。”長江存儲聯(lián)席首席技術(shù)官湯強也表示:“我們在短期內(nèi)就能把128層的TLC和QLC驗證成功,證明我們和合作伙伴已經(jīng)具備國際領(lǐng)先的研發(fā)實力?！?/span>

在談到量產(chǎn)計劃時,龔翊表示:“128層產(chǎn)品的量產(chǎn)時間大約是在今年年底到明年上半年,公司會根據(jù)量產(chǎn)進程的展開逐步提升良率?！贝饲芭兜男畔?長江存儲目前擁有一座12英寸晶圓廠,規(guī)劃滿載產(chǎn)能為10萬片/月,業(yè)內(nèi)預(yù)計2020年年底之前達到5萬片/月,后續(xù)將會根據(jù)市場情況進一步擴大。因此,本次發(fā)布的128層產(chǎn)品大量的上市時間預(yù)計將在2021年。

由于此次長江存儲是跳過了96層,直接進行128層的研發(fā)生產(chǎn)。未來長江存儲是否還將跳過下一代產(chǎn)品比如144層,直接挑戰(zhàn)2xx級別?湯強表示,目前還不便透露下一代產(chǎn)品的規(guī)劃,要依據(jù)市場情況而定,進行策略上的調(diào)整。但是湯強也表示:“在研發(fā)上,我們一直秉承開放進取的態(tài)度,并不斷努力、加快步伐以縮短與行業(yè)領(lǐng)先者差距?！?/span>

Xtacking2.0助力產(chǎn)品性能提升

長江存儲此次發(fā)布的128層3D NAND閃存性能表現(xiàn)也十分亮眼。據(jù)悉,這兩款產(chǎn)品的工程樣品已經(jīng)面世,并分別在國內(nèi)、國際兩家控制器大廠聯(lián)蕓和群聯(lián)中進行了產(chǎn)品驗證,其中QLC產(chǎn)品在SSD系統(tǒng)盤上進行測試驗證,做到了開機速度12秒~15秒。這是一個非常好的成績。

之所以能夠取得這樣的成績,與Xtacking架構(gòu)對3D NAND控制電路和存儲單元的優(yōu)化組合密不可分。2019年長江存儲推出64層TLC產(chǎn)品,在存儲密度、I/O性能及可靠性上就有著不俗的表現(xiàn),上市之后廣受好評。當(dāng)時接受記者采訪,聯(lián)蕓科技副總經(jīng)理李國陽便表示:“經(jīng)過大規(guī)模持續(xù)壓力測試,長江存儲64層3D NAND閃存可靠性、穩(wěn)定性、性能均可與國際同類產(chǎn)品相媲美,充分證明了其技術(shù)水平及產(chǎn)品成熟度,完全達到國際主流NAND廠商水平。”

相比傳統(tǒng)3D NAND閃存架構(gòu),Xtacking可帶來更快的I/O傳輸速度、更高的存儲密度和更短的產(chǎn)品上市周期。此次128層系列產(chǎn)品中采用的Xtacking已升級到2.0版本,進一步釋放了3D NAND閃存的潛能。

湯強表示:“在這兩款芯片中,我們充分利用了Xtacking帶來的優(yōu)勢。在I/O讀寫性能方面,X2-6070與X2-9060均可以在1.2V VCCQ電壓下實現(xiàn)1.6Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度,為當(dāng)前業(yè)界最高。由于外圍電路和存儲單元采用獨立的制造工藝,CMOS電路可選用更先進的制程,在芯片面積沒有增加的前提下為3D NAND帶來更佳的擴展性。我們還在這款芯片的CMOS電路內(nèi)部設(shè)計了一些額外功能模塊,能夠幫助存儲數(shù)據(jù)系統(tǒng)提升數(shù)據(jù)管理的性能,這樣就可以跟控制器系統(tǒng)之間能實現(xiàn)更好的協(xié)同。”

長江存儲通過對技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)的持續(xù)投入,已逐步確立了在存儲行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)力,此次通過128層QLC產(chǎn)品再次向業(yè)界證明了Xtacking架構(gòu)的前瞻性和成熟度,為今后3D NAND行業(yè)發(fā)展探索出了一條切實可行的路徑。

QLC有信心獲得盈利

根據(jù)長江存儲的市場規(guī)劃,新推出的兩款產(chǎn)品將率先應(yīng)用在消費級SSD固態(tài)硬盤上,并逐步進入企業(yè)級服務(wù)器,數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)存儲市場,滿足5G、AI時代多元化數(shù)據(jù)存儲需求。

“從全球的半導(dǎo)體市場結(jié)構(gòu)來看,計算機領(lǐng)域的市場份額占全球市場的1/3左右,消耗了全球45%左右的存儲器。”賽迪顧問分析師呂芃浩表示。2020年,5G等先進技術(shù)將首次應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心,而機器學(xué)習(xí)及其他AI技術(shù)的應(yīng)用也將創(chuàng)造新的學(xué)習(xí)和工作方式。這意味著,數(shù)據(jù)中心供應(yīng)商將有更多的機會發(fā)展和增強其現(xiàn)有業(yè)務(wù)。長江存儲的產(chǎn)品面向消費級市場、企業(yè)級服務(wù)器以及數(shù)據(jù)中心正是抓住了最大以及最具增長潛力的市場空間。

龔翊指出:“我們認為128層相對原來的64層和32層的產(chǎn)品,更具成本競爭力,我們也很期待產(chǎn)品發(fā)布以后,會有更好的市場表現(xiàn)。而且我們有信心在128層這代產(chǎn)品上可以實現(xiàn)盈利?！?/span>

在談到市場是否會對QLC產(chǎn)品有所疑慮,未來或?qū)⒚媾R推廣阻力時,龔翊表示,隨著市場需求的多元化,不同的產(chǎn)品將面對不同的市場需求。QLC剛剛推出時,它的性能特別是在寫入性能和擦寫次數(shù)方面與TLC相比確有一定差距。另外,當(dāng)時3D NAND的堆疊層數(shù)還沒有現(xiàn)在這么高,基本為64層或96層,因而成本優(yōu)勢也沒有表現(xiàn)出來。但是,長江存儲128層QLC有兩點突破:一是存儲儲密度更高。未來,我們的QLC產(chǎn)品會與同世代TLC在成本上進一步拉開距離,價格優(yōu)勢將會表現(xiàn)出來。此外,我們對QLC的性能上進行了改善,特別是在讀取能力方面,讀取速度更快,延遲時間更短。目前的在線應(yīng)用如在線會議、在線視頻、在線教育等,更多表現(xiàn)為對存儲器讀取能力的需求上,一次性寫入之后更多是從數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的讀取,而非頻繁寫入。因此,在這方面QLC存儲器是有其應(yīng)用優(yōu)勢的。

此外,長江存儲QLC產(chǎn)品對于傳統(tǒng)硬盤也具有替代潛力。目前,1Tb以下的硬盤正在逐漸被TLC所取代,但是1T以上的產(chǎn)品,傳統(tǒng)硬盤還具有一定的價格優(yōu)勢。而隨著長江存儲把QLC型SSD的成本進一步壓低,未來有望逐步取代傳統(tǒng)硬盤的這一市場空間。