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为了电脑存储市场半壁江山,NAND厂商都拼了

时间:2018-08-10 作者:Rick Merritt 阅读:
根据市场预测,NAND flash将在2025年占据市场的半壁江山。全球主要的内存制造商看好3D NAND flash的未来发展,积极布局下一代产品…

在本周于美国加州举行的闪存高峰会(Flash Memory Summit)上,全球几家主要的内存制造商纷纷表示看好3D NAND闪存(flash)的未来发展,并透露了一部份的开发蓝图。而其最近的竞争对手——长江存储科技公司(Yangtze Memory Technology Corp.;YMTC)更积极接触媒体,深入介绍其最新3D NAND技术架构与发展前景。

海力士(SK Hynix)也十分乐于提供其96层(96-layer)组件的详细信息。东芝(Toshiba)宣布推出一款低延迟芯片,正面挑战三星(Samsung)的Z-NAND和英特尔(Intel)的Optane。美光(Micron)仅简要介绍其下一代计划,而Western Digital (WD)则推出了全新软件,作为其数据中心策略的一部份。

事实上,这些消息的发布,正值机械硬盘仍主导目前的计算机储存之际。然而,根据一些市场预测,NAND flash正在市场上刮起一阵旋风,预计到2025年将占据市场的半壁江山。

海力士Tbit级芯片明年出样

海力士宣布将在今年年底前针对移动系统出样其512-Gbit 96层芯片,采用11.3 x 13-mm2封装。明年6月之前,该公司还将出样一款以16 x 20-mm2封装的Tbit级版本,即所谓的V5系列。这两款芯片均采用电荷储存架构,支持高达1.2-Gbits/s/pin的数据速率。

V5系列组件的尺寸比其现有72层NAND芯片更小30%,但读取速度提高了25%,写入性能也提升了30%。相较于现有的产品,整体功率效率大幅提高150%。

海力士目前已经开始研发128层的下一代产品了。该公司NAND开发和业务策略资深副总裁Hyun Ahn表示,该公司预计最终将提供堆栈高达500多层并在单一封装中支持高达8 Tbits的芯片。

而近来才刚完成改革的东芝内存公司(Toshiba Memory Corp.)表示,明年初将会开始生产1.33-Tbit芯片。该芯片将会是采用其BiCS架构的Gen 4版本,支持96层和每单元4位(4-bits/cell)架构。

另外,东芝并发布XL-Flash芯片,可支持较其现有3-bits/cell组件的随机读取延迟更低1/10。这款组件采用更短的字线以及更多平面层,但也利用了现有的BiCS工艺与接口。

该公司声称拥有主要的SATA市场,但也预期这种接口将在大约两年内消失,取而代之的是SAS和NVMe界面。今年的闪存高峰会现场上就展示了多款采用PCI Express Gen 4的NVMe接口。

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XL-Flash将与三星的Z-NAND和英特尔的Optane展开竞争(来源:Toshiba)

美光、WD的芯片蓝图

美光看好NAND成长态势,但并未透露太多的发展蓝图。美光与英特尔最近才宣布将于2019年结束双方在3D XPoint内存的合作。

相较于其现有的96层组件,美光下一代NAND的写入带宽将增加30%,成本/位将降低40%。该公司指出,这些进展一部份来自于专有的替代闸极和低电阻金属。

该公司先前曾经表示计划将4-bits/cell技术应用于其现有的3D NAND组件,以提供Tbit级芯片。美光非挥发内存整合部门副总裁Russ Meyer表示,该公司预计其设计将可扩展到200层以上,并顺利进展至下一个十年。

Western Digital则推出新的硬盘和固态数组与管理软件,期望在蓬勃发展的数据中心储存市场占据更大份额。WD数据中心部门总经理Phil Bullinger表示,这两种系统的机械设计和新的虚拟化API都将开放。

WD的OpenFlex E3000将采用NVMe在3U系统中封装高达610TB的NAND储存。D3000将在搭载25-Gbit/s以太网络的1U机箱中承载高达168TB的硬盘储存空间。

该公司预计一些大型数据中心将设计各种不同的硬件以满足其需求。他们还预计第三方公司将会在WD新的虚拟化API之上编写自己的管理软件。

Objective Analysis资深储存分析师Jim Handy说:“储存技术变得越来越复杂,因此,供货商不能再只是提供简单的储存组件,而将剩余的系统设计留给OEM。”。

东芝和其他几家公司也分别推出了软件,通常都采用NVMe协议,透过以太网络和其他结构管理储存网络。

长江存储积极抢进NAND市场

本土存储产业新秀——长江存储则希望在明年7月开始生产64层256-Gbit NAND,其上并采用晶圆键合外围装置I/O电路。如果一切顺利,一年之后,就可能在中国武汉总部的新厂第一阶段,以月产10万片的速度量产约100-mm2的芯片。

新厂的第二阶段则将使64层组件达到300,000片的月产能。然而,目前开发中的下一代128层组件的尺寸将会更小。

支持4-bits/cell架构的128层芯片可望在18个月内准备就绪,提供512-Gbit或甚至是Tbit级的芯片,实际取决于长江存储所使用的芯片尺寸。内存产业资深专家和紫光集团(Unigroup)代表高启全表示,如果成功了,这种设计就能够推动该公司在全球NAND市场占据10~20%的占有率,并得以在起伏不定的市场中生存下来。

长江存储首席执行官杨士宁说:“我们并不会亏本追逐规模。”他强调该公司选择不在此时出货第一代64-Gbit组件。

虽然产量和可靠度可以接受,“但从成本的角度来看,它并没有竞争力。”他并补充说64层组件应该达到三星最新组件位密度的10~20%,并可望为长江存储带来10%~20%的利润。

Xtacking架构的技术基础来自前XMC于武汉厂为CMOS成像器开发5年多的晶圆键合技术。长江存储并将其“几微米的间距”缩小到仅约100nm,以用于3D NAND。

为了校准单独的NAND和I/O晶圆——这项工作中最棘手的部份,晶圆厂使用位于晶圆上方和下方的摄影机与诊断工具。透过等离子体活化被挤压在一起的芯片表面,并以低温退火处理。然后,在I/O晶圆的背面进行加工,以便在芯片背面形成焊垫。

杨士宁说,这种方法并不至于影响产能,也将会用于64层芯片上。可靠性数据“看起来还不错”,而且内存单元尺寸和耐久性也都与竞争产品差不多。

尽管如此,杨士宁说:“走上这条道路需要一些勇气,因为要让这项技术发挥作用并不容易……高启全和我来来回回多次后才做了这个决定。”

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Xtacking 3D NAND芯片仿真图(来源:YMTC)

长江存储凭借其1,500多名工程师和500项中国和国际专利,自行开发出Xtacking技术。同时,它还获得了Arm、IBM、Spansion和研究机构的授权技术。因此,尽管受到目前的出口管制,杨士宁仍表示,相信长江存储仍然能够取得所需的设备和材料——这是该公司从美国采购的最大部份。

编译:Susan Hong

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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