存儲亮劍！NAND技術多點突破

人工智能（AI）市場持續(xù)火熱，新興應用對存儲芯片DRAM和NAND需求飆升的同時，也提出了新的要求。

近日恰逢全球存儲會議FMS 2024（the Future of Memory and Storage）舉行，諸多存儲領域議題與前沿技術悉數亮相。其中TrendForce集邦咨詢四位資深分析師針對HBM、NAND、服務器等議題展開了深度討論，廓清存儲行業(yè)未來發(fā)展方向。

此外，大會現場，NVM Express組織在會中發(fā)布了 NVMe 2.1 規(guī)范，進一步統(tǒng)一存儲架構、簡化開發(fā)流程。另外包括Kioxia、美光、SK海力士及子公司Solidigm、西部數據、慧榮科技、群聯電子、Microchip微芯多款大容量、高性能NAND新品發(fā)布引起業(yè)界關注。此外近期韓國半導體測量設備廠商Oros Technology以及Lam Research泛林集團推出了用于NAND疊層技術升級的設備，給存儲行業(yè)從上游設備端提供助力。

行業(yè)聚焦：NVMe 2.1規(guī)范發(fā)布

在FMS 2024存儲峰會上，NVM Express正式發(fā)布了NVMe 2.1規(guī)范，包括3個新規(guī)范，并更新修訂了現有的8個規(guī)范，該機構希望新規(guī)范能更好地統(tǒng)一AI、云、客戶端和企業(yè)領域的存儲。此次更新的NVMe技術以之前的NVMe規(guī)范為基礎，為現代計算環(huán)境引入了重要的新功能，同時還簡化了開發(fā)流程，縮短了上市時間。

本次發(fā)布的三個新規(guī)格分別是：NVMe Boot規(guī)范、子系統(tǒng)本地內存命令集和計算程序命令集。

更新修訂的八個規(guī)范如下：NVMe 2.1基礎規(guī)范、命令集規(guī)范（NVM命令集、ZNS命令集、鍵值命令集）、傳輸規(guī)范（PCIe傳輸、FC傳輸、RDMA傳輸和TCP傳輸）以及NVMe管理接口規(guī)范。

本次更新主要帶來的NVMe新功能如下：
·支持在NVM子系統(tǒng)之間實時遷移PCIe NVMe控制器。
·為固態(tài)硬盤提供新的主機定向數據放置功能，可簡化生態(tài)系統(tǒng)集成，并向后兼容以前的NVMe規(guī)范。
·支持將部分主機處理offloading到NVMe存儲設備。
·用于NVMe over Fabrics(NVMe-oF)的網絡啟動機制。
·支持NVMe over Fabrics分區(qū)。
·提供主機管理加密密鑰的功能，并通過“每I/O密鑰”（Key Per I/O）實現高度細粒度加密。
·安全增強功能，如支持TLS 1.3、DH-HMAC-CHAP的集中式身份驗證驗證實體和隱蔽處理后的介質驗證。
·管理增強功能，包括支持高可用性帶外管理、通過I3C進行管理、帶外管理異步事件以及從底層NVM子系統(tǒng)物理資源動態(tài)創(chuàng)建導出NVM子系統(tǒng)。

閃存新技術層出不窮

Kioxia展出最新光學接口SSD

在FMS 2024峰會上，Kioxia展示了一款采用光接口的固態(tài)硬盤SSD，通過集成光學接口，新的SSD技術在數據中心設計中提供了更大的物理靈活性和可擴展性，有助于提高能源效率和信號完整性。

據悉，Kioxia新款SSD允許計算和存儲設備之間實現實質性的物理分離。這種設計靈活性降低了傳統(tǒng)布線的復雜性和體積，并支持針對特定工作負載量身定制的增強系統(tǒng)設計。通過分解SSD和CPU等組件，數據中心可以根據需求更有效地分配資源。這種優(yōu)化提高了各種應用程序（包括HPC環(huán)境、超級計算機和基于云的HPC系統(tǒng)）的性能。

根據其演示ppt資料顯示，支持該芯片支持短距離（約40米）的光學連接，未來計劃擴展到100米的距離。因此，該SSD可以被放置在遠離CPU和GPU的環(huán)境中，從而避免了這些熱源產生的高溫，確保SSD在最佳溫度下運行。該項技術還可以通過光信號進行切換，意味著可以通過光交換機來聚合帶寬、共享設備，并延長SSD與主機服務器之間的距離。

據悉，Kioxia光學接口SSD的開發(fā)是多家行業(yè)領導者共同努力的結果，包括富士通、NEC Corporation、AIO Core、富士通光學元件和京瓷公司。目前Kioxia還正在開發(fā)用于PCIe Gen8或更高版本的光學互連SSD。

在更早的8月1日，Kioxia宣布，其位于日本巖手縣北上市工廠Fab 2（K2）已于7月完工。據悉，K2是日本巖手縣北上市的第二家NAND閃存制造工廠，計劃于2025年秋季在K2開始運營。

據韓媒報道，韓國半導體測量設備廠商Oros Technology已于7月開始向鎧俠北上工廠供應疊層測量設備OL-1000n。這是該司發(fā)布的第六代重疊測量設備，與第五代設備相比，性能提升10-15%，主要用于NAND層測量。

美光發(fā)布最新款PCIe 6.0 SSD和第九代NAND閃存技術的SSD固態(tài)硬盤

美光近日宣布成功開發(fā)業(yè)界首款用于生態(tài)支持的PCIe 6.0數據中心固態(tài)硬盤，并在FMS 2024峰會上展示了該新品。

據悉，美光科技此次發(fā)布的PCIe 6.0 SSD屬于其9550 NVMe SSD系列。顆粒和主控未知，順序讀取速率達26GB/s，比7月23日發(fā)布的擁有14GB/s順序讀取速率的9550系列PCIe 5.0數據中心固態(tài)硬盤提升了85.7%。是市場普遍產品讀取速度的兩倍。

另外7月31日，美光宣布，其采用第九代NAND閃存技術的SSD固態(tài)硬盤產品已開始出貨。性能上，美光G9 NAND技術具備高達3.6 GB/s的數據傳輸速率，提供卓越的數據讀寫帶寬。該項NAND新技術適用于個人設備、邊緣服務器、企業(yè)和云數據中心。與前一代NAND產品相同，美光第九代NAND采用11.5mmx13.5mm的緊湊封裝，比同類產品節(jié)省28%的空間。

SK海力士或明年量產400層NAND Flash

SK海力士在今年的FMS 2024中展示了包括預計將在第三季度量產的12層HBM3E以及計劃從明年上半年開始出貨的321層NAND下一代AI存儲產品的樣品。在2023年舉行的FMS上，SK海力士表示，321層產品的生產率比其238層前代產品高出59%，計劃于2025上半年實現量產。

據韓媒etnews報道，業(yè)內人士透露，SK海力士正在著手研發(fā)400層NAND Flash，正在與中小型合作伙伴共同開發(fā)相關工藝技術和設備，計劃2025年末實現量產，2026年上半年實現大規(guī)模投產。報道中還提到，SK海力士新的400+層堆疊NAND閃存將采用不同于現有“4D NAND”的整體結構。

2D NAND到4D NAND的發(fā)展概念圖
來源：SK海力士

公開資料顯示，SK海力士目前的4D NAND采用了PUC（PeriUnder Cell，單元下外圍）技術，將外圍控制電路放置在存儲單元的下方，較更傳統(tǒng)的外圍電路側置設計可減少芯片占用空間。而SK海力士未來的NAND將在兩塊晶圓上分別制造外圍電路和存儲單元，此后采用W2W（晶圓對晶圓）形式的混合鍵合技術，將這兩部分整合為完整的閃存。

對于此消息，SK海力士表示，公司對技術研發(fā)或量產時期的具體計劃無法評論。

Solidigm推出PCIe 5.0數據中心固態(tài)硬盤D7-PS1010/1030

8月6日，Solidigm宣布推出新一代D7級別數據中心固態(tài)硬盤D7-PS1010、D7-PS1030。這兩個固態(tài)硬盤系列均支持PCIe 5.0，基于SK海力士176層3D TLC NAND閃存。

據悉，D7-PS1010屬于標準耐久（1DWPD）級別的型號，提供1.92TB、3.84TB、7.68TB、15.36TB四個容量版本。而D7-PS1030為3DWPD級別的中耐久性（Mid-endurance）型號，提供1.6TB、3.2TB、6.4TB和12.8TB四個容量版本。其中最大容量的12.8TB累計寫入量可達約70TB。

性能方面，D7-PS1010/1030全系順序讀取可達14500 MB/s，6.4TB及以上容量順序寫入可達9300MB/s，最大的3100K IOPS隨機讀取出現在3.84TB版D7-PS1010和3.2TB版D7-PS1030上。D7-PS10X0的隨機寫入能力同產品線密切相關：6.4TB、12.8TB的D7-PS1030可實現800K IOPS的隨機寫入；D7-PS1010 7.68TB的隨機寫入則能達到400K IOPS。

PCIe 6.0作為較新的總線接口標準，其傳輸速度相比前一代有了顯著的提升。但很遺憾的是，這款基于消費級PCIe Gen 6固態(tài)硬盤還需要一些時間才可以面試。近期，負責制定PCI Express規(guī)范的組織PCI-SIG在2024年開發(fā)者大會上提供了PCIe 6.0最新進展，表示PCIe 6.0的初步一致性測試原定于今年3月開始，但被推遲到第二季度。目前，并沒有消費平臺課支持PCIe Gen 6，如英特爾和AMD的最新主板只能使用PCIe Gen 5固態(tài)硬盤。

另外，行業(yè)消息顯示，SK海力士正考慮推動NAND閃存與固態(tài)硬盤子公司Solidigm在美IPO。據悉，SK海力士于2020年10月宣布收購英特爾NAND與SSD業(yè)務，而Solidigm則是SK海力士于2021年底完成收購第一階段后成立的獨立美國子公司。對此SK海力士回應稱：“Solidigm正在研究各種發(fā)展規(guī)劃，但目前尚未做出決定?！?/p>

西部數據宣布完成128TB超大容量的SSD

西部數據Western Digital在FMS 2024存儲峰會上宣布完成128TB超大容量的SSD，確切地說是eSSD，面向企業(yè)級的AI數據存儲應用。預計會在2025年以后發(fā)布，西數透露了預計2027年可以做到256TB，多年后的未來將達成1PB。目前官方還未披露型號、性能等相關細節(jié)。

另外，西部數據在現場演示了基于西數和東芝聯合研發(fā)的第八代BiCS8NAND閃存以及適用于人工智能電腦、游戲設備、筆記本電腦以及其他移動客戶端電腦的主流PCIe Gen5 NVMeTM SSD產品。

針對汽車領域，西部數據全新推出了車規(guī)級存儲解決方案AT EN610，專為滿足下一代高性能中央計算(High-PerformanceCentralizedComputing,HPCC)架構的嚴苛需求而設計。AT EN610采用了大容量TLC閃存，并為用戶提供了將全部或部分存儲空間配置為高耐久性的SLC模式的靈活選擇。AT EN610使用M.2 1620 BGA封裝，并擁有高達1TB的存儲容量。西部數據AT EN610產品現已開始提供樣品。

西部數據AT EN610 NVMeTM SSD

Microchip微芯推出PCIe Gen5 SSD控制器

8月5日，Microchip微芯推出了Flashtec NVMe 5016 SSD數據中心級固態(tài)硬盤主控，該主控支持PCIe 5.0，可配置為單x4端口或雙x2端口模式。

圖片來源：Microchip

Flashtec NVMe 5016配備16條獨立閃存通道，兼容從SLC到QLC的各種NAND閃存，支持至高3200MT/s閃存接口速率，外置緩存方面則支持到4 Ranks的DDR5-5200。該主控可實現14GB/s的順序讀取速率，隨機讀取也高達3500K IOPS，同時僅需1W功率即可支持超過2.5GB/s的傳輸速率，能以更低能耗提供更高帶寬。

另外，該款新主控還符合NVMe 2.0+協(xié)議，支持ZNS（分區(qū)命名空間）、FDP（靈活數據放置）等先進特性，能進一步減少寫入放大系數WAF。

慧榮科技推出PCIe Gen5 SSD主控

8月7日，慧榮科技（SIMO）宣布推出業(yè)界首款使用臺積電6納米EUV工藝的PCIe Gen 5 SSD控制器SM2508，并在FMS 2024大會上展出。該主控芯片專為AI PC和游戲主機設計，提供比12納米工藝競爭對手產品高達50%的能效降低。

圖片來源：慧榮科技

官方資料顯示，SM2508 SSD控制器支持八條NAND通道，每通道速率高達3600MT/s，提供高達14.5 GB/s的順序讀寫速度和2.5M IOPS的隨機性能。據悉相較于PCIe Gen 4產品，其性能提升達2倍，同時功耗控制在7W以內，預計將于今年第四季度開始量產。

群聯推出E29T消費級主控和Pascari企業(yè)級固態(tài)硬盤產品線

群聯在FMS 2024峰會上首度展示了全新消費級PCIe 4.0主控PS5029-E29T，以及其Pascari企業(yè)級固態(tài)硬盤產品線，該產品線覆蓋聚焦高性能的X系列、面向數據中心的D系列、針對系統(tǒng)開機驅動的B系列、面向傳統(tǒng)服務器存儲升級的S系列以及AI系列。

群聯表示PS5029-E29T是一款針對最新NAND閃存技術優(yōu)化的PCIe 4.0×4 SSD主控，E29T采用DRAM-less設計，基于臺積電12nm工藝，搭載ARM Cortex R5 CPU核心，擁有4條閃存通道，支持16CE，兼容3600MT/s閃存接口速率，最大容量可達8TB。性能方面，基于E29T主控的固態(tài)硬盤順序讀寫分別可達7400MB/s和6800MB/s，隨機讀寫性能也均可達到1200K IOPS。

群聯PS5029-E29T

Pascari企業(yè)級固態(tài)硬盤產品線中的X系列中的X200家族較早面世，在此峰會中，群聯還推出了X100P、X100E兩款PCIe 4.0產品，分別為1DWPD和3DWPD，最大容量均達32TB量級。X100P與X100E順序讀寫均可達7400/6900 MB/s，隨機讀取均可達1750K IOPS；X100P的隨機寫入速率可達190K IOPS，X100E的更高，可達470K IOPS。

D系列固態(tài)硬盤包含可選U.2、M.2、E1.S外形規(guī)格的PCIe 4.0接口1DWPD型號D100P和PCIe 5.0的D200家族。D200家族在D200V外的兩款產品D200P和D200E均采用E1.S外形規(guī)格，容量至高4TB，標稱性能低于X200家族產品。

B系列主打可靠性和I/O穩(wěn)定性。兩款產品BA50P和B100P分別采用SATA III和PCIe 4.0×4接口，容量最大僅為960GB，耐用性方面則均為1DWPD。

S系列群聯推出了三款SA50家族SATA接口固態(tài)硬盤，均僅提供2.5英寸盤體版本。SA50V的最大容量大于SA50P，SA50P最大容量又大于SA50E；不過耐久水平就是反過來的SA50E＞SA50P＞SA50A，其中SA50A的寫入耐久僅有0.4DWPD。

群聯AI100E

AI系列僅提供了AI100E這一款產品。該產品的特色在于100DWPD的超高寫入耐久。該固態(tài)硬盤采用PCIe 4.0×4接口，可選M.2 2280和U.2 15mm兩種外形規(guī)格，容量方面可選1TB、2TB；群聯AI100E順序讀寫可達7200/6500 MB/s，隨機讀寫均可達1000K IOPS。

Lam Research推出低溫蝕刻新技術，為1000層3D NAND鋪平道路

除了上述存儲廠商外，國際知名設備大廠Lam Research近期推出Lam CryoTM 3.0，這是Lam Research經過生產驗證的第三代低溫電介質蝕刻技術，為其客戶邁向1,000層3D NAND鋪平道路。隨著生成人工智能的普及繼續(xù)推動對具有更高容量和性能的存儲需求，Lam Cryo 3.0提供了制造未來尖端3D NAND的關鍵蝕刻能力。利用超低溫度、高功率受限等離子反應器技術和表面化學創(chuàng)新，Lam Cryo 3.0以業(yè)界領先的精度和輪廓控制進行蝕刻。

據Lam Research介紹，目前已經有500萬片晶圓使用Lam低溫蝕刻技術制造，是3D NAND生產領域的一次突破。新技術能夠以埃級精度創(chuàng)建高縱橫比(HAR)特征，同時降低對環(huán)境的影響，蝕刻速率是傳統(tǒng)介電工藝的兩倍以上。Lam Cryo 3.0已面向領先的存儲制造商推出。

到目前為止，3D NAND主要通過堆疊垂直存儲單元層來取得進展，這可以通過蝕刻深而窄的HAR存儲通道來實現。這些特征與目標輪廓的輕微原子級偏差會對芯片的電氣性能產生負面影響，并可能影響產量。Lam Cryo 3.0經過優(yōu)化，可解決這些缺陷和其他蝕刻挑戰(zhàn)。