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长江存储发布首款128层QLC闪存,已达全球领先水平

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4月13日,长江存储正式发布两款128层3D NAND闪存。其中型号X2-6070产品作为业内首款128层QLC(每个存储单元可存储4bit数据),可提供1.33Tb的单颗存储容量,具有当前全球已知型号的产品中最高存储密度、最高I/O传输速度和最高单颗NAND闪存芯片容量。

4月13日,长江存储正式发布两款128层3D NAND闪存。其中型号X2-6070产品作为业内首款128层QLC(每个存储单元可存储4bit数据),可提供1.33Tb的单颗存储容量,具有当前全球已知型号的产品中最高存储密度、最高I/O传输速度和最高单颗NAND闪存芯片容量;另一款型号为X2-9060的128层TLC(每个存储单元可存储3bit数据),亦拥有512Gb存储容量,存储阵列面积利用效率超过90%(存储阵列面积/芯片总面积),I/O传输速度实现1.6Gb/s 高性能。正如长江存储市场与销售高级副总裁龚翊在接受记者采访时所指出,此次产品发布表明,长江存储在3D NAND闪存领域已经基本追平国际先进水平,在某些领域甚至有所领先。

5年追平国际先进水平

2013年全球首款24层MLC(每个存储单元可存储2bit数据)投产,NAND闪存进入3D时代,依靠die堆叠可以使每颗芯片的储存容量显著增加,而不必增加芯片面积或者缩小单元,同时实现更大的结构和单元间隙,有利于增加产品的耐用性,以及降低成本。因为相对直观,在一般消费者眼中,3D堆叠的层数在一定意义上也代表着3D NAND产品的技术先进性。

长江存储X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

根据国际几家存储龙头大厂的技术路线图,三星于2019年6月推出128层TLC 3D NAND,存储容量256Gb,8月实现量产,11月将存储容量提高到单颗芯片512Gb水平。SK海力士2019年6月发布128层TLC 3D NAND,预计2020年进入投产阶段。美光2019年10月宣布128层3D NAND流片出样。铠侠今年1月31日发布112层TLC 3D NAND,量产时间预计将在2020 年下半年。可以看出,国际存储厂商发布与量产128层3D NAND量产的时间基本落在2019-2020年。长江存储自2016年投资建厂后,于2018年投产32层3D NAND闪存,2019 年9月开始生产基于Xtacking架构的64层3D NAND闪存,现在再次发布128层3D NAND闪存,基本与国际厂商保持了同步。在QLC、I/O速度等方面甚至走在了国际厂商的前面。

对此,龚翊表示:“32层开始量产的时候,长江存储与国际主要厂商之间还是存在一定的差距,大概落后了4~5年。64层产品推出时差距已经缩小到2年,而且因为我们的64层产品密度更高,接近于96层产品的水平,所以真正的差距只有1年。随着此次128层产品的发布,基本上已经和业界主流厂商站在同一个水平线上。128层QLC 3D NAND作为全球首发的产品应该说,还领先于业界主要对手。”长江存储联席首席技术官汤强也表示:“我们在短期内就能把128层的TLC和QLC验证成功,证明我们和合作伙伴已经具备国际领先的研发实力。”

在谈到量产计划时,龚翊表示:“128层产品的量产时间大约是在今年年底到明年上半年,公司会根据量产进程的展开逐步提升良率。”此前披露的信息,长江存储目前拥有一座12英寸晶圆厂,规划满载产能为10万片/月,业内预计2020年年底之前达到5万片/月,后续将会根据市场情况进一步扩大。因此,本次发布的128层产品大量的上市时间预计将在2021年。

由于此次长江存储是跳过了96层,直接进行128层的研发生产。未来长江存储是否还将跳过下一代产品比如144层,直接挑战2xx级别?汤强表示,目前还不便透露下一代产品的规划,要依据市场情况而定,进行策略上的调整。但是汤强也表示:“在研发上,我们一直秉承开放进取的态度,并不断努力、加快步伐以缩短与行业领先者差距。”

Xtacking2.0助力产品性能提升

长江存储此次发布的128层3D NAND闪存性能表现也十分亮眼。据悉,这两款产品的工程样品已经面世,并分别在国内、国际两家控制器大厂联芸和群联中进行了产品验证,其中QLC产品在SSD系统盘上进行测试验证,做到了开机速度12秒~15秒。这是一个非常好的成绩。

之所以能够取得这样的成绩,与Xtacking架构对3D NAND控制电路和存储单元的优化组合密不可分。2019年长江存储推出64层TLC产品,在存储密度、I/O性能及可靠性上就有着不俗的表现,上市之后广受好评。当时接受记者采访,联芸科技副总经理李国阳便表示:“经过大规模持续压力测试,长江存储64层3D NAND闪存可靠性、稳定性、性能均可与国际同类产品相媲美,充分证明了其技术水平及产品成熟度,完全达到国际主流NAND厂商水平。”

相比传统3D NAND闪存架构,Xtacking可带来更快的I/O传输速度、更高的存储密度和更短的产品上市周期。此次128层系列产品中采用的Xtacking已升级到2.0版本,进一步释放了3D NAND闪存的潜能。

汤强表示:“在这两款芯片中,我们充分利用了Xtacking带来的优势。在I/O读写性能方面,X2-6070与X2-9060均可以在1.2V VCCQ电压下实现1.6Gbps的数据传输速度,为当前业界最高。由于外围电路和存储单元采用独立的制造工艺,CMOS电路可选用更先进的制程,在芯片面积没有增加的前提下为3D NAND带来更佳的扩展性。我们还在这款芯片的CMOS电路内部设计了一些额外功能模块,能够帮助存储数据系统提升数据管理的性能,这样就可以跟控制器系统之间能实现更好的协同。”

长江存储通过对技术创新研发的持续投入,已逐步确立了在存储行业的技术创新领导力,此次通过128层QLC产品再次向业界证明了Xtacking架构的前瞻性和成熟度,为今后3D NAND行业发展探索出了一条切实可行的路径。

QLC有信心获得盈利

根据长江存储的市场规划,新推出的两款产品将率先应用在消费级SSD固态硬盘上,并逐步进入企业级服务器,数据中心数据存储市场,满足5G、AI时代多元化数据存储需求。

“从全球的半导体市场结构来看,计算机领域的市场份额占全球市场的1/3左右,消耗了全球45%左右的存储器。”赛迪顾问分析师吕芃浩表示。2020年,5G等先进技术将首次应用于数据中心,而机器学习及其他AI技术的应用也将创造新的学习和工作方式。这意味着,数据中心供应商将有更多的机会发展和增强其现有业务。长江存储的产品面向消费级市场、企业级服务器以及数据中心正是抓住了最大以及最具增长潜力的市场空间。

龚翊指出:“我们认为128层相对原来的64层和32层的产品,更具成本竞争力,我们也很期待产品发布以后,会有更好的市场表现。而且我们有信心在128层这代产品上可以实现盈利。”

在谈到市场是否会对QLC产品有所疑虑,未来或将面临推广阻力时,龚翊表示,随着市场需求的多元化,不同的产品将面对不同的市场需求。QLC刚刚推出时,它的性能特别是在写入性能和擦写次数方面与TLC相比确有一定差距。另外,当时3D NAND的堆叠层数还没有现在这么高,基本为64层或96层,因而成本优势也没有表现出来。但是,长江存储128层QLC有两点突破:一是存储储密度更高。未来,我们的QLC产品会与同世代TLC在成本上进一步拉开距离,价格优势将会表现出来。此外,我们对QLC的性能上进行了改善,特别是在读取能力方面,读取速度更快,延迟时间更短。目前的在线应用如在线会议、在线视频、在线教育等,更多表现为对存储器读取能力的需求上,一次性写入之后更多是从数据库进行数据的读取,而非频繁写入。因此,在这方面QLC存储器是有其应用优势的。

此外,长江存储QLC产品对于传统硬盘也具有替代潜力。目前,1Tb以下的硬盘正在逐渐被TLC所取代,但是1T以上的产品,传统硬盘还具有一定的价格优势。而随着长江存储把QLC型SSD的成本进一步压低,未来有望逐步取代传统硬盘的这一市场空间。

来源:中国电子报

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