浮栅技术不靠谱?Intel和美光因为NAND架构闹翻!

2018-01-10 10:15:51 来源: MoneyDJ和超能网
      英特尔(Intel)和美光(Micron)合作研发NAND flash多年,8日宣布准备拆伙,将在完成第三代3D NAND研发之后,正式分道扬镳。

 

Anandtech、巴伦报导,英特尔和美光12年前成立合资公司IM Flash Technologies,发展NAND。英特尔资助研发成本,并可分享NAND销售收益。不过两家公司NAND策略迥异,英特尔的NAND几乎全用于企业市场的固态硬盘(SSD)。美光除了贩售SSD、也供应NAND flash芯片。

 

目前两家公司的3D NAND制程,进入第二代,可堆叠64层,正在研发第三代,预料可堆叠96层,预计在2018年底、2019年初问世。此一制程之后,英特尔和美光将各走各的路。

 

Anandtech猜测,也许是NAND堆叠层数破百之后,需要调整String Stacking的堆叠方式,两家公司对此看法不同,因而分手。另一个可能是,目前3D NAND的生产主流是电荷储存式(Charge trap) ,三星电子等都采用此一方式,英特尔/美光是唯一采用浮栅 (floating gate)架构的业者。也许是两家公司中有一家想改采电荷储存式架构,但是此举等于坦承失败,代表从2D NAND转换成3D NAND后,续用浮栅是错误决定,因而闹翻。

 

值得注意的是,两家公司仍会继续共同研发3D XPoint存储,此一技术被誉为打破摩尔定律的革命技术。

 

英特尔、美光(Micron Technology)开发出新世代存储芯片「3D Xpoint」,分析师相当看好此一新科技,有人称这是革命性技术,可打破摩尔定律的束缚,显示美光和英特尔的研发能力不逊于韩厂。

 

巴伦2015年报导,瑞信的John Pitzer为美光大多头,他高度赞赏3D Xpoint,认为未来3~5年商机为每年90~120亿美元,美光/英特尔或许能拿下50%市占。他估计伺服器DRAM市场将从当前的80亿美元,成长到130~170亿美元,企业/数据中心NAND也会从当前的60亿美元,成长到90~100亿美元;新技术可分别吃下两大市场的30%市值。

 

MKM Partners的Ian Ing则称,过去50年来,存储设计都以电晶体为基础,3D Xpoint或许会打破限制。


几大阵型的NAND Flash区别

      在主要的NAND厂商中,三星最早量产了3D NAND,其他几家公司在3D NAND闪存量产上要落后三星至少2年时间,Intel、美光前年才推出3D NAND闪存,Intel去年才发布了首款3D NAND闪存的SSD,不过主要是面向企业级市场的。

 

这四大豪门的3D NAND闪存所用的技术不同,堆栈的层数也不一样,而Intel在常规3D NAND闪存之外还开发了新型的3D XPoint闪存,它跟目前的3D闪存有很大不同,属于杀手锏级产品,值得关注。

1)三星:最早量产的V-NAND闪存

 

三星是NAND闪存市场最强大的厂商,在3D NAND闪存上也是一路领先,他们最早在2013年就开始量产3D NAND闪存了。在3D NAND路线上,三星也研究过多种方案,最终量产的是VG垂直栅极结构的V-NAND闪存,目前已经发展了三代V-NAND技术,堆栈层数从之前的24层提高到了48层,TLC类型的3D NAND核心容量可达到256Gb容量,在自家的840、850及950系列SSD上都有使用。

 

值得一提的是,三星在3D NAND闪存上领先不光是技术、资金的优势,他们首先选择了CTF电荷撷取闪存(charge trap flash,简称CTF)路线,相比传统的FG(Floating Gate,浮栅极)技术难度要小一些,这多少也帮助三星占了时间优势。

 

三星3D NAND产品一路从堆叠24层、32层到48层等,目前堆叠64层3D NAND已是整体产能中的主流。过去堆叠24层、32层及48层产品,其单位容量生产成本也许仅较2D NAND贵一些或相同,但是从堆叠64层3D NAND开始,其生产成本与功能优势皆大幅超过2D NAND。

 

三星内部人士表示,2018年将努力让堆叠64层3D NAND生产比重过半,至于堆叠96层3D NAND产品,计划将于2018年上半开始正式投产,未来堆叠64层及96层产品,将是三星3D NAND的两大主力,而且到了2018年下半,3D NAND生产比重也计划进一步拉高至90%以上。

 

据Digitimes消息,三星3D NAND比重已在2017年第4季突破80%,三星计划除了部分车用产品外,2018年将进一步提升3D NAND生产比重至90%以上,全面进入3D NAND时代。

 

2)东芝/闪迪:独辟蹊径的BiCS技术

 

东芝是闪存技术的发明人,虽然现在的份额和产能被三星超越,不过东芝在NAND及技术领域依然非常强大,很早就投入3D NAND研发了,2007年他们独辟蹊径推出了BiCS技术的3D NAND——之前我们也提到了,2D NAND闪存简单堆栈是可以作出3D NAND闪存的,但制造工艺复杂,要求很高,而东芝的BiCS闪存是Bit Cost Scaling,强调的就是随NAND规模而降低成本,号称在所有3D NAND闪存中BiCS技术的闪存核心面积最低,也意味着成本更低。

 

东芝和闪迪是战略合作伙伴,双方在NAND领域是共享技术的,他们的BiCS闪存前年开始量产。去年6月,东芝联合西部数据(Western Digital)旗下闪迪(SanDisk)宣布,研发出全球首款采用堆栈96层工艺技术的3D NAND Flash产品,且已完成试作、确认基本动作。

 

该款堆栈96层的3D NAND试作品为256Gb(32GB) ,相比目前64层堆栈的闪存使用的BiCS 3技术,96层3D NAND闪存使用的是BiCS 4技术(3bit/cell,TLC),BiCS 4技术最大的意义不只是堆栈层数更多,西数提到96层3D NAND闪存不仅会有TLC类型的,还会支持QLC,也就是4bit MLC闪存。

 

3)SK Hynix:闷声发财的3D NAND

 

在这几家NAND厂商中,SK Hynix的3D NAND最为低调,相关报道很少,以致于找不到多少SK Hynix的3D NAND闪存资料,不过从官网公布的信息来看,SK Hynix的3D NAND于 2014年Q4推出的第一代,2015年Q3季度推出的第二代,前年Q4推出的则是第三代3D NAND闪存,只不过前面三代产品主要面向eMCC 5.0/5.1、UFS 2.0等移动市场,去年推出的第四代3D NAND闪存则会针对UFS 2.1、SATA及PCI-E产品市场。

 

SK Hynix的3D NAND闪存堆栈层数从36层起步,不过真正量产的是48层堆栈的3D NAND闪存,MLC类型的容量128Gb,TLC类型的也可以做到256Gb容量。

 

去年四月,SK海力士宣布研发出全球首款,容量 256Gb 的第 4 代 72 层堆叠 3D NAND Flash,预计 2017 年下半年量产。而该产品量产后,将超越当时由日本半导体大厂东芝(Toshiba)所推出的容量 256Gb 的 64 层 3D NAND Flash 的储存密度。

 

4)Intel/美光:容量最高的3D NAND闪存

 

这几家厂商中,Intel、美光的3D NAND闪存来的最晚,前年才算正式亮相,不过好菜不怕晚,虽然进度上落后了点,但IMFT的3D NAND有很多独特之处,首先是他们的3D NAND第一款采用FG浮栅极技术量产的,所以在成本及容量上更有优势,其MLC类型闪存核心容量就有256Gb,而TLC闪存则可以做到384Gb,是目前TLC类型3D NAND闪存中容量最大的。

 

值得一提的是,美光、Intel的3D NAND容量密度是最高的。

 

前年的ISSCC大会上美光还公布了容量高达768Gb的3D NAND闪存论文,虽然短时间可能不会量产,但已经给人带来了希望。

 

不过Intel的杀手锏在于3D XPoint闪存。

 

IMFT在3D NAND闪存上进展缓慢已经引起了Intel的不满,虽然双方表面上还很和谐,但不论是16nm闪存还是3D闪存,Intel跟美光似乎都有分歧,最明显的例子就是Intel都开始采纳友商的闪存供应了,之前发布的540s系列硬盘就用了SK Hynix的16nm TLC闪存,没有用IMFT的。

 

Intel、美光不合的证据还有最明显的例子——那就是Intel甩开美光在中国大连投资55亿升级晶圆厂,准备量产新一代闪存,很可能就是3D XPoint闪存,这可是Intel的杀手锏。

 

这个3D XPoint闪存我们之前也报道过很多了,根据Intel官方说法,3D XPoint闪存各方面都超越了目前的内存及闪存,性能是普通显存的1000倍,可靠性也是普通闪存的1000倍,容量密度是内存的10倍,而且是非易失性的,断电也不会损失数据。

 

由于还没有上市,而且Intel对3D XPoint闪存口风很严,所以我们无法确定3D XPpoint闪存背后到底是什么,不过比较靠谱的说法是基于PCM相变存储技术,Intel本来就是做存储技术起家的,虽然现在的主业是处理器,但存储技术从来没放松,在PCM相变技术上也研究了20多年了,现在率先取得突破也不是没可能。

 

相比目前的3D NAND闪存,3D XPoint闪存有可能革掉NAND及DRAM内存的命,因为它同时具备这两方面的优势,所以除了做各种规格的SSD硬盘之外,Intel还准备推出DIMM插槽的3D XPoint硬盘,现在还不能取代DDR内存,但未来一切皆有可能。

 

据了解,未来两代XPoint正在开发中。这可能会将XPoint芯片内部的分层从2层增加到4层,然后再到8层,每次增加层数芯片容量都会翻番。另外,也可以通过堆叠芯片来达到同样的目的。

 

还有另外一种说法和猜测是,这两种增加容量的方法都面临困难。

责任编辑:MoneyDJ
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