長江存儲突破128層QLC閃存：業(yè)界首次、1.33Tb容量創(chuàng)紀(jì)錄

2020年4月13日,長江存儲科技有限責(zé)任公司(以下簡稱“長江存儲”)宣布其128層QLC 3D NAND 閃存(型號:X2-6070)研發(fā)成功,并已在多家控制器廠商SSD等終端存儲產(chǎn)品上通過驗證。

長江存儲X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

據(jù)介紹,長江存儲X2-6070是業(yè)內(nèi)首款128層QLC規(guī)格的3D NAND閃存,擁有業(yè)內(nèi)已知型號產(chǎn)品中最高單位面積存儲密度,最高I/O傳輸速度和最高單顆NAND 閃存芯片容量。

此次同時發(fā)布的還有128層512Gb TLC(3 bit/cell)規(guī)格閃存芯片(型號:X2-9060),單顆容量512Gb(64GB),以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

長江存儲市場與銷售高級副總裁龔翊(Grace)表示:“作為閃存行業(yè)的新人,長江存儲用短短3年時間實現(xiàn)了從32層到64層再到128層的跨越。這既是數(shù)千長存人汗水的凝聚,也是全球產(chǎn)業(yè)鏈上下游通力協(xié)作的成果。隨著Xtacking? 2.0時代的到來,長江存儲有決心,有實力,有能力開創(chuàng)一個嶄新的商業(yè)生態(tài),讓我們的合作伙伴可以充分發(fā)揮他們自身優(yōu)勢,達(dá)到互利共贏?！?/p>

Xtacking 2.0加持,性能再度提升

作為存儲行業(yè)的新入局者,早在2018年,長江存儲就推出了自研的Xtacking技術(shù),不僅提高了I/O接口速度,而且還保證了3D NAND多層堆疊可達(dá)到更高容量以及減少上市周期。

據(jù)介紹,Xtacking是可以在一片晶圓上獨立加工負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)I/O及記憶單元操作的外圍電路。存儲單元同樣也將在另一片晶圓上被獨立加工。當(dāng)兩片晶圓各自完工后,Xtacking技術(shù)只需一個處理步驟就可通過數(shù)百萬根金屬VIA(Vertical Interconnect Accesses,垂直互聯(lián)通道)將二者鍵合接通電路,而且只增加了有限的成本。

在I/O速度方面,目前NAND閃存主要有兩種I/O接口標(biāo)準(zhǔn),分別是Intel/索尼/SK海力士/群聯(lián)/西數(shù)/美光主推的ONFi,目前ONFi 4.1標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口速度最大為1.2Gbps。第二種標(biāo)準(zhǔn)是三星/東芝主推的ToggleDDR,I/O速度最高1.4Gbps。

不過,大多數(shù)NAND廠商只能提供1.0 Gbps或更低的I/O速度。而長江存儲的Xtacking技術(shù)可以將I/O接口的速度大幅提升到3Gbps,實現(xiàn)與DRAM DDR4的I/O速度相當(dāng)。

另外,Xtacking技術(shù)還可使得產(chǎn)品開發(fā)時間縮短三個月,生產(chǎn)周期可縮短20%,從而大幅縮短3D NAND產(chǎn)品的從開發(fā)到上市周期。

得益于Xtacking架構(gòu)對3D NAND控制電路和存儲單元的優(yōu)化,長江存儲64層TLC產(chǎn)品在存儲密度、I/O性能及可靠性上都有不俗表現(xiàn),去年上市之后廣受好評。

而在長江存儲此次發(fā)布的128層系列產(chǎn)品中,已全面升級到Xtacking 2.0,進(jìn)一步提升NAND吞吐速率、提升系統(tǒng)級存儲的綜合性能,進(jìn)一步釋放3D NAND閃存潛能。

首先,在I/O讀寫性能方面,此次發(fā)布的X2-6070及X2-9060均可在1.2V Vccq電壓下實現(xiàn)1.6Gbps(Gigabits/s 千兆位/秒)的數(shù)據(jù)傳輸速率,為當(dāng)前業(yè)界最高。

其次,在單die容量方面,3D QLC單顆容量高達(dá)1.33Tb,是上一代64層的5.33倍。

另外,由于外圍電路和存儲單元分別采用獨立的制造工藝,CMOS電路可選用更先進(jìn)的制程,同時在芯片面積沒有增加的前提下Xtacking 2.0還為3D NAND帶來更佳的擴(kuò)展性。

長江存儲表示,通過對技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)投入,已成功研發(fā)128層兩款產(chǎn)品,并確立了在存儲行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)力。憑借1.6Gb/s高速讀寫性能和1.33Tb高容量,長江存儲通過X2-6070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)展探索出一條切實可行的路徑。未來,長江存儲將與合作伙伴攜手,構(gòu)建定制化NAND商業(yè)生態(tài),共同推動產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。

龔翊(Grace)強(qiáng)調(diào):“我們相信,長江存儲128層系列產(chǎn)品將會為合作伙伴帶來更大的價值,具有廣闊的市場應(yīng)用前景。其中,128層QLC 版本將率先應(yīng)用于消費(fèi)級SSD,并逐步進(jìn)入企業(yè)級服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域,以滿足未來5G、AI時代多元化數(shù)據(jù)存儲需求?！?/p>

最快今年年底量產(chǎn)

今年1月16日,長江存儲召開市場合作伙伴年會,在會上,長江存儲就曾宣布將跳過96層堆疊閃存技術(shù),直接投入128層閃存的研發(fā)和量產(chǎn)工作。

隨后在上周,長江存儲CEO楊士寧在接受采訪時最新表示,受新冠疫情影響,128層閃存的研發(fā)進(jìn)度在短期確實會有所波及,但長江存儲已實現(xiàn)全員復(fù)工,各項進(jìn)度正在抓緊追趕,從中長期來看,這次疫情并不會影響總體進(jìn)度。

楊士寧還特別強(qiáng)調(diào),128層閃存技術(shù)會按計劃在2020年推出。也就是說此次發(fā)布的的128層QLC 3D NAND有望年底量產(chǎn)。

龔翊今天在接受媒體采訪時也表示:“長江存儲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(jìn)程的展開逐步提升良率。”

雖然在最初32層3D NAND量產(chǎn)時,長江存儲的產(chǎn)品與國際大廠相比落后了4-5年,但是隨著去年64層3D NAND的量產(chǎn),差距已經(jīng)進(jìn)一步縮小到了2年左右,并且得益于自研的Xtacking技術(shù),使得長江存儲的64層產(chǎn)品的密度進(jìn)一步提升,接近于國際廠商96層產(chǎn)品的水平。

而現(xiàn)在,由于直接跳過了96層,這也使得長江存儲的128層產(chǎn)品已經(jīng)與國際廠商開始處于同一水平線上。并且,這次全球首發(fā)的128層QLC 3D NAND產(chǎn)品,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(qiáng)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。”

資料顯示,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(jìn)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。

可以看出,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,但是在QLC、I/O速度等方面,長江存儲確實走在了國際廠商的前面。

QLC將成贏利點

QLC是繼TLC(3 bit/cell)后3D NAND新的技術(shù)形態(tài),具有大容量、高密度等特點,適合于讀取密集型應(yīng)用。每顆X2-6070 QLC閃存芯片擁有128層三維堆棧,共有超過3,665億個有效的電荷俘獲型(Charge-Trap)存儲單元 ,每個存儲單元可存儲4字位(bit)的數(shù)據(jù),共提供1.33Tb的存儲容量。

如果將記錄數(shù)據(jù)的0或1比喻成數(shù)字世界的小“人”,一顆長江存儲128層QLC芯片相當(dāng)于提供3,665億個房間,每個房間住4“人”,共可容納約14,660億“人”居住,是上一代64層單顆芯片容量的5.33倍。

雖然QLC在寫入性能和擦寫次數(shù)方面與TLC相比確實有一定差距,但是可以通過技術(shù)手段在一定程度上進(jìn)行彌補(bǔ)和優(yōu)化,同時,QLC所帶來的存儲密度和成本優(yōu)勢更加的突出的。

據(jù)長江存儲介紹,其對QLC的性能上進(jìn)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(jìn)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,在成本方面,QLC產(chǎn)品會與同世代TLC也會進(jìn)一步拉開距離,價格優(yōu)勢將會表現(xiàn)出來。

閃存和SSD領(lǐng)域知名市場研究公司Forward Insights創(chuàng)始人兼首席分析師Gregory Wong認(rèn)為:“QLC降低了NAND閃存單位字節(jié)(Byte)的成本,更適合作為大容量存儲介質(zhì)。隨著主流消費(fèi)類SSD容量邁入512GB及以上,QLC SSD未來市場增量將非常可觀?！?/p>

Gregory同時表示:“與傳統(tǒng)HDD相比,QLC SSD更具性能優(yōu)勢。在企業(yè)級領(lǐng)域, QLC SSD將為服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心帶來更低的讀延遲,使其更適用于AI計算,機(jī)器學(xué)習(xí),實時分析和大數(shù)據(jù)中的讀取密集型應(yīng)用。在消費(fèi)類領(lǐng)域,QLC將率先在大容量U盤,閃存卡和SSD中普及?！?/p>

龔翊也指出:“我們認(rèn)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?！?/p>