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东芝存储器变身Kioxia,推出5 Bit PLC技术

时间:2019-09-28 作者:刘于苇 阅读:
存储市场复苏的这段时间,对于东芝存储器来说还有着另一层的意义。虽然已经改名,但因为需要一段时间从东芝电子中分立出来,所以从今年10月1日后,东芝存储器所有的产品线才会切换为Kioxia品牌。但他们在推出新技术上一点没停下,以太网SSD、XL-Flash到5 Bit的PLC NAND都在诠释这位闪存发明者的实力……
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市场竞争和技术的成熟,让过去一段时间内闪存价格走低,但市场已经开始从谷底爬坡,预计明年将恢复正常。对于东芝存储器来说,市场复苏的这段时间对他们还有着另一层的意义。FSUEETC-电子工程专辑

2018年,东芝存储器被贝恩资本收购,成为独立运作公司。2019年7月,东芝存储器宣布改名为Kioxia,这个名字结合了日语中“kioku”,意思是“内存”,以及希腊语中“axia”,意思是“价值”。FSUEETC-电子工程专辑

这是否意味着独立后,“去东芝品牌化”的第一步?在日前举办的中国闪存市场峰会(CFMS2019)上,东芝存储器株式会社SSD事业部总技师长 柳 茂知(Shigenori Yanagi)在接受《电子工程专辑》采访时表示,“虽然已经改名,但因为需要一段时间从东芝电子中分立出来,所以从今年10月1日后,东芝存储器所有的产品线才会切换为Kioxia品牌。” FSUEETC-电子工程专辑
微信图片_20190919205737.jpgFSUEETC-电子工程专辑
东芝存储器株式会社SSD事业部总技师长 柳 茂知(Shigenori Yanagi),负责所有SSD产品线的技术研发支持FSUEETC-电子工程专辑

特别是在中国市场,东芝电子已经进入中国20多年,在北京、上海、深圳、杭州等多个城市都有分布,人数约500人左右,这一部分原先是东芝电子和存储器业务共有的,需要一些时间完成切割。FSUEETC-电子工程专辑

比TLC还快的SLC

在会上,Shigenori Yanagi发表了主题为《迅速迭代的闪存技术,满足应用的不断创新》。他认为,现今的存储系统将无法支持5G带来的数据爆发式增长,无论从存储容量、密度还是带宽上都需要创新,“未来存储设备需要比目前提升100X的速度,最高传输速度将达到10Gbit/s。”FSUEETC-电子工程专辑

在这样的应用需求背景下,东芝先是与Marvell联合推出了一款能上网的SSD,解决了传统局域网络数据传输的时延问题,还降低了成本和能耗。(参考阅读FSUEETC-电子工程专辑

此外在2018年,东芝业界首家推出96层3D NAND Flash存储器芯片及SSD产品,如今他们在第四代96层BiCS Flash堆叠技术基础上,对SLC技术进行升级,提升闪存密度、带宽的同时保留低延时的特性。FSUEETC-电子工程专辑
20190928-toshiba-1.jpgFSUEETC-电子工程专辑
这就是全新的XL-Flash,它在DRAM内存和当前3D TLC之间寻找新的技术层。XL-FLASH比普通闪存快,在具备较低读写延迟的同时,还具备DRAM所没有的断电数据保持能力,就像DRAM与NAND的结合体。业内人士分析,XL-Flash是对标三星低延迟的Z-NAND和英特尔Optane存储的方案,由于Optane存储太贵,而三星Z-NAND仅用于自家产品,这是摆在东芝面前的机会。FSUEETC-电子工程专辑
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XL-FLASH与普通3D NAND有什么不同? Shigenori Yanagi介绍道,首先是采用4KB作为Page大小。SSD会针对4KB读写进行优化,但实际上3D TLC的一个Page页有16KB容量。对于采用16KB Page的BiCS闪存,主机每读取4KB数据,实际通过闪存接口传输到主控的是16KB,增加了读取延迟。同样的,当主机请求写入4KB数据时,主控可能需要在SRAM缓冲区内等待凑齐16KB内容再行写入,同样影响效率。FSUEETC-电子工程专辑

其次是128Gb单die容量,相比当代主流3D TLC只降低1/2左右,但是性能和耐久度表现会有质的提升。最后是16-Plane架构,与当前3D TLC普遍采用2-Plane结构相比,东芝在XL-FLASH中将这一数值大幅提升至16-Plane,瞄准DRAM内存级带宽,提升了每个闪存die之内的并发性能。FSUEETC-电子工程专辑
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XL-Flash目前已有的客户FSUEETC-电子工程专辑

5 Bit的PLC NAND

Shigenori Yanagi还提到了未来的BiCS闪存,以及PLC的NAND开发。FSUEETC-电子工程专辑
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东芝计划在其第五代到第七代BiCS闪存的研发中,每一代新产品都将与新一代的PCIe标准相一致,BiCS 5将很快与PCIe 4.0同步上市,但还没有提供具体的时间表。BiCS5将具有更高的带宽1200 MT/s,而BiCS6将达到1600 MT/s, BiCS7将达到2000 MT/s。FSUEETC-电子工程专辑

“此外我们还在研究5bit PLC的NAND闪存,新的闪存提供了更高的密度,每个单元可以存储5位,而目前的QLC只能存储4位。”Shigenori Yanagi表示,“不过要做到这点,每个单元需要存储32个不同的电压级别,而且固态硬盘主控需要能够准确读取他们。如此多的电压水平和纳米规模,令这项新技术非常具有挑战性。”FSUEETC-电子工程专辑
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QLC本身的运行速度已经较慢,且耐用性低,而PLC则更甚。不过新的NVMe协议功能(如《电子工程专辑》此前报道的ZNS分区存储技术)能缓解某些问题。 ZNS本身旨在减少写入放大,减少对存储媒介过度配置和内部控制器DRAM使用的需求,还可以提高吞吐量和降低延迟。FSUEETC-电子工程专辑

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实力强悍,无惧竞争

会后,东芝存储器株式会社SSD事业部总技师长 柳 茂知Shigenori Yanagi与东芝存储器株式会社SSD事业部统括部长 高桥 俊和(Toshikazu Takahashi)接受了《电子工程专辑》的采访。FSUEETC-电子工程专辑
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Shigenori Yanagi(右)与Toshikazu TakahashiFSUEETC-电子工程专辑

Toshikazu Takahashi负责东芝存储器在全球SSD产品市场策略规划,在SSD对HDD的替换趋势上,他认为,由于闪存价格的持续走低,基于性价比的考量,当前60-70%的PC新品已经完成从HDD到SSD的切换。而在企业级PC市场,这一进度更快,因为对于大企业对于存储设备采购的考虑,用途和性能的考虑很多时候优先于价格。FSUEETC-电子工程专辑

“从地区上来看,美国市场已经是一个较为成熟的市场,SSD的年增长率在20% YoY左右,与此相比中国市场则更具潜力,增速也更快。” Toshikazu Takahashi说到。FSUEETC-电子工程专辑

不过目前中国市场上,很多OEM选择SSD的第一标准还是价格,东芝日前收购了光宝科技,让人不禁联想到,未来是否会借光宝品牌推出平价SSD?对此Toshikazu Takahashi表示,收购对于东芝SSD业务有很大帮助,不过“Kioxia品牌目前暂未考虑进入中低端市场,但会积极与合作伙伴的品牌策略配合,做好NAND Flash的供应。而针对不同地区,东芝其实有分不同策略在做,比如美国地区的OCC品牌,中国地区的东芝品牌。”FSUEETC-电子工程专辑

近些年来,中国本土厂商在存储器自研上发力,目前已经量产64层3D NAND,并称明年要直接做出128层产品。东芝作为闪存技术的发明者,会有压力吗?FSUEETC-电子工程专辑

Shigenori Yanagi表示:“我们在存储器领域有着30多年的技术积累,无论厂房规模、设备数量以及客户资源上都有着显著优势。虽然中国厂商进步很快,但NAND层数或者单品价格不能代表一切的竞争力,客户还会综合考虑生产周期、产品的良率、性能和可靠性等因素。”FSUEETC-电子工程专辑
20190928-toshiba-kioxia-1.jpgFSUEETC-电子工程专辑
随着技术的进一步发展,3D NAND的生产复杂程度逐渐提高,层数多也会将生产周期拉长,良率随之下降,这些将成为日后所有存储器厂商面临的瓶颈。这就要求厂家加大研发投入,保持技术和设备的进化,扩大无尘厂房面积来应对。而东芝的竞争力会在这一阶段更加凸显。FSUEETC-电子工程专辑

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刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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