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    長江存儲為破局而生?64層3D NADA閃存量產后,越階直上128層究竟是好是壞?

    來源: 芯扒客 2019/9/9 瀏覽量:4983 關鍵詞: 長江存儲 64層3D NADA 越階

    今天,長江存儲正式對外界宣布:公司已開始量產基于Xtacking架構的64層256 Gb TLC 3D NAND閃存,以滿足固態硬盤、嵌入式存儲等主流市場應用需求。

     

    作為中國首款64層3D NAND閃存,該產品將亮相IC China 2019紫光集團展臺。未來將推出集成64層3D NAND閃存的固態硬盤、UFS等產品,以滿足數據中心,以及企業級服務器、個人電腦和移動設備制造商的需求。

     

    長江存儲64層3D NAND閃存晶圓

     

    這意味著中國打破了多年由美企(英特爾等)、韓企(三星、SK海力士、美光等)主導的存儲芯片市場。

     

    長江存儲的Xtacking架構還在2018年的世界閃存峰會上獲得“Most Innovative Flash Memory Starup”獎,翻譯成中文的意思就是:最具創新閃存創始公司。

     

    創新在于Xtacking架構實現了比傳統3D NADA更高的存儲密度。傳統的3D NADA架構中,外圍電路約占芯片面積的20-30%,隨著3D NADA技術堆疊的越高,外圍電路占芯片整體面積的比例就越大,而Xtacking能夠將外圍電路置于存儲單元之上,大幅提升產品的存儲密度。

     

    當兩片晶圓各自完工后,創新的Xtacking®技術只需一個處理步驟就可通過數十億根垂直互聯通道(VIA)將兩片晶圓鍵合。帶來了更快的I/O傳輸速度、更高的存儲密度和更短的產品上市周期。其核心容量已經提升到256Gb,達到世界主流水平,可輕松制造512GB到1TB容量的固態硬盤。
    Xtacking®技術的研發成功和64層3D NAND閃存的批量生產也標志長江存儲成功走出了一條高端芯片設計制造的創新之路。
     
     
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    3年砸下780億美元,長江存儲為破局而生

     

    根據集邦咨詢半導體研究中心(DRAMeXchange)調查,2019年第二季NAND Flash(閃存)市場,三星電子繼續保持龍頭地位,其第二季營收達37.66億美元,市場占比34.9%;東芝存儲、西部數據、美光、SK海力士、英特爾分別以18.1%、14%、13.5%、10.3%、8.7%的市場占比位列二至六位。以上六家巨頭壟斷了全球的NAND FLASH市場供應,其他所有公司的市場份額僅占0.5%。
    圖源:集邦咨詢

     

    觀察六大供應商發展狀況,目前主流出貨多在64/72層產品,并已量產92/96層的產品。今年8月6日,三星電子宣布,已開始生產業內首批 100 層 V-NAND 閃存。

     

    圖源:中國內存市場

     

    根據長江存儲發展規劃,在推出64層產品后,相較于其他供應商先發展9x層的步調,但長江存儲的目標是直攻128層以縮減與其他供應商的差距。

     

     

    從圖中可看出長江存儲就像一只剛猛的黑馬,勢如破竹。與其他供應商的技術差距直接縮短2年左右。長江存儲64層 3D NAND閃存量產,標志著中國制造的閃存芯片打破壟斷,與六大供應商展開面對面的正面競爭。

     

    2014年11月,中國成立國家集成電路大基金,這個基金推動中國先進集成電路產業發展。

     

    2016年3月,在集成電路產業基金的支持下,武漢新芯宣布投資240億美元在武漢打造一個世界級的半導體存儲企業,集中精力研究生產NANDFLASH和DRAM。

     

    項目分三個階段部署,第一家工廠專注NAND閃存生產,第二家工廠專注DRAM芯片生產,第三個階段的設施將專為供應商服務。請注意,第一家工廠是做NAND FLASH的,長江存儲優先量產的是NAND FLASH產品。

    長江存儲核心廠區近況

     

    2016年7月,紫光集團參與進來,各方在武漢新芯公司的基礎上成立了長江存儲公司并控股武漢新芯。長江存儲由紫光集團子公司紫光國芯,集成電路基金、湖北國芯產業投資基金合伙企業和省科投共同出資。其中,紫光國芯出資197億元人民幣,占51.04%。

     

    2017年1月,紫光集團進一步宣布投資300億美元,在江蘇南京投資建設半導體存儲基地,一期投資100億美元,建成月產能10萬片,主要是生產3D NAND FLASH(閃存)、DRAM存儲芯片。

     

    2018年6月,紫光集團宣布投資240億美元,在西川成都建3D閃存工廠,2018年10月中旬動工,預計2020年12月主體完工,第一期建成之后,將月產10萬片,三期都完成后將擁有月產30萬片的一個生產能力。

     

    2019年9月,長江存儲宣布量產的64層256 Gb TLC 3D NAND閃存。

     

    武漢工廠240億美元+南京工廠300億美元+成都工廠240億美元,長江存儲項目中國砸了780億美元,NAND Flash便是長江存儲最先發力的方向。

     

    長江存儲越階挑戰,未來將直面各大老牌供應商。但筆者認為,凡事應該求精,國產技術趕超是好事,如果在保障質量的前提下價格貴點相信很多廠商都會接納。但如果只是技術進步,扔到市場上不被消費者接納,將是一個大問題。
     
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    閃存技術52年發展史
    起源于60年代末,80年代初提出的概念。
     
    1967年。貝爾實驗室江大原(Dawon Kahng,韓裔)和施敏博士(Simon Sze)共同發明了浮柵MOSFET,即所有閃存,EEPROM和EPROM的基礎。

     

    1970年。Dove Frohman發明了第一款成功的浮柵型器件——EPROM,通過照射紫外線光擦除,在存儲軟件中廣受歡迎,對英特爾成功推出微處理器非常重要。
     
    1979-81年。Eli Harari,美國閃存存儲開發商SanDisk(閃迪)創始人,當時受聘于英特爾,發明了世界上首個電可編程和可擦除存儲器——EEPROM,并展望了浮柵的未來愿景——取代磁盤,但提案被當時的英特爾CEO Andy grove否決。
     
    1984年。閃存之父Fujio Masuoka博士在東芝時,提交了一份關于浮柵新用途的行業白皮書,整個芯片的內容都可以在相機的閃光(flash)的瞬間被擦除。之后Masuoka博士在圣何塞舉行的IEEE 1984綜合電子設備大會上正式介紹了閃存(Flash Memory)。
     
    1986年,英特爾推出了閃存卡概念,并且成立了專注于SSD的部門。
     
    1987年,Masuoka博士又再接再厲發明了NAND閃存即2D NAND。
     
    1988年。英特爾看到了閃存的巨大潛力,推出了首款商用閃存芯片,成功取代了EPROM產品,主要用于存儲計算機軟件。同年3月1日,Eli創立Sundisk(后更名為SanDisk閃迪),致力于讓閃存更像一塊磁盤用來存儲數據。
     
    1989年。SunDisk提交了系統閃存專利。M-Systems成立,不久推出閃存磁盤概念,這是閃存SSD的先驅。同年,英特爾發售了512K和1MB NOR Flash。Psion推出了基于閃存的PC。微軟與英特爾合作推出了閃存文件系統。西部數據則與SunDisk完全模擬傳統的旋轉ATA硬盤,推出了基于NOR Flash的SSD。隨后三星和東芝各自推出NAND閃存,擦寫時間更快,密度更高,比NOR Flash成本更低,并且擁有高于十倍的耐用性。但其的I/O接口只允許順序訪問數據,適用于諸如PC卡和各種存儲卡類的大容量存儲設備。
     
    90年代初,閃存行業以前所未有的速度迅速擴張,1991年營收達到1.7億美元,1992年達到2.95億美元,1993年升至5.05億美元,1994年達到8.64億美元,1995年直接達到了18億美元。
     
    1991年。SunDisk推出首款基于閃存的ATA SSD,容量為20MB。當時10000臺IBM ThinkPad掌上筆記本電腦提供SSD取代磁盤的服務支持。東芝發布全球首個4 MB NAND閃存。柯達以13000美元的價格發售了第一臺專業數碼相機DSC100。Zenith Poqet和惠普在計算機展銷會上展示了使用閃存卡的掌上筆記本電腦。
    1992年。AMD和富士通推出了首款NOR產品。英特爾推出包括第二代FFS 2,8MB閃存芯片,4MB-20MB線性閃存卡和用于BIOS應用的1MB Boot Block NOR Flash,首次采用內部寫狀態機管理閃存寫算法。SunDisk則推出了PCMCIA閃存卡。自1992年開始,PC開始采用閃存進行BIOS存儲。
     
    1993年。英特爾推出了16MB和32MB NOR Flash。英特爾和康納聯合開發了5MB/10MB ATA閃存盤。蘋果在他們的Newton PDA中開始使用NOR Flash。
     
    1994年。SunDisk針對SSD應用推出Compact Flash卡和18MB串行NOR Flash芯片。
     
    1995年。SunDisk更名為SanDisk(閃迪)推出了34MB 串行NOR Flash,這是首款面向SSD應用的MLC閃存芯片。
    1996年。東芝推出了SmartMedia存儲卡,也稱為固態軟盤卡。三星開始發售NAND閃存。SanDisk推出了采用MLC串行NOR技術的第一張閃存卡。1997年。第一部手機開始配置閃存,消費級閃存市場就此打開。
     
    1999年。NOR Flash營收超過40億美元。東芝和SanDisk合作創建了閃存制造合資企業。美光宣布超過10億個閃存芯片已發售。
     
    2001年。東芝與SanDisk宣布推出1GB MLC NAND。SanDisk自己推出了首款NAND系統閃存產品。日立推出了AG-AND。三星開始批量生產512MB閃存設備。

     

    2004年。NAND的價格首次基于同等密度降至DRAM之下,成本效應將閃存代入計算領域。
     
    2005年。蘋果公司推出兩款基于閃存的iPod——iPod shuffle和iPod nano。微軟發布混合硬盤概念。MMCA(多媒體卡協會)推出MMCmicro卡。三星率先采用70nm制程量產NAND閃存。美光也推出了NAND產品。同年超過30億閃存芯片發售被發貨。NAND總發售容量超過DRAM。
     
    2006年。閃存營收超過200億美元。英特爾推出Robson Cache Memory,現在稱為Turbo Memory(迅盤)。微軟推出ReadyBoost。今年對SanDisk而言是重要的一年。公司宣布推出單元存儲4比特的NAND技術和microSDHC卡。與此同時,SanDisk還收購了Martix Semiconductor和M-Systems兩家公司。三星和希捷展示了首款混合硬盤。美光和英特爾正式合作組建IMFT,用于制造NAND閃存。Spansion推出ORNAND閃存,并宣布開始采用65nm制程工藝生產300mm晶圓。
     
    2007年。閃存營收突破220億美元(NAND 營收145億美元)。東芝推出eMMC NAND以及首款基于MLC SATA的固態硬盤。IMFT開始發售50nm NAND閃存。Apple正式推出了初代配置4GB或8GB閃存的iPhone。Fusion-io宣布推出基于 MLC NAND的640 GB ioDrive。BitMicro面向軍事應用推出3.5英寸SSD,容量為1.6TB。Spansion收購了Saifun。戴爾對自身筆記本電腦配置加入了SSD選項,售價低于200美元的上網本加入了閃存存儲。希捷推出了第一款混合硬盤——Momentus PSD。
     
    2008年。SanDisk推出ABL以實現加速MLC,TLC和X4 NAND。英特爾和美光宣布推出34nm MLC NAND。東芝首次推出了512GB的MLC SATA SSD。IBM首次展示了“百萬IOPS”的閃存陣列。EMC宣布將基于閃存的SSD用于企業SAN應用。蘋果推出了兩代MacBook Air,分別配備64GB和128GB SSD,沒有硬盤選項。美光,三星和Sun Microsystems宣布推出高耐用性閃存。Violin首次推出基于全閃存的存儲設備。三星宣布推出150GB 2.5英寸MLC SSD。美光推出首款串行NAND閃存。東芝開發了3D NAND結構BICS。
     
    2009年。英特爾和美光推出34nm TLC NAND。三星推出首款配置64GB SSD的全高清攝錄一體機。希捷進入SSD市場。SandForce推出了第一款基于數據壓縮的SSD控制器。Virident和Schooner針對數據中心推出了第一款基于閃存的應用設備。Plaint推出了首款SAS SSD。SanDisk發售每單元存儲4比特的SDHC和Memory Stick Pro卡。西部數據收購了SiliconSystems進入SSD市場。SanDisk推出了號稱數據可保存100年的閃存存儲庫。
     
    2010年。東芝推出基于16核堆棧的128GB SD卡。英特爾和美光公司推出25nm TLC和MLC NAND。同年,Numonyx被美光收購、SST被Microchip收購。三星開始生產64 GB MLC NAND。希捷宣布推出首款自管理混合硬盤——Momentus XT。
     
    2011年。是一個收購年。LSI收購SandForce;SanDisk收購IMFT,蘋果收購Anobit,Fusion-io收購IO Turbine。希捷推出了第二代Momentus XT混合硬盤,擁有8GB NAND閃存和750GB HDD存儲容量。
    2012年。三星創造了3D NAND,推出第一代3D NAND閃存芯片,也是第一款32層 SLC V-NAND SSD——850 PRO。SanDisk和東芝宣布推出支持128GB芯片的19nm閃存。希捷推出了結合閃存和HDD的SSHD。Elpida推出ReRAM。美光和英特爾推出20nm的128Gb NAND芯片。SK電信收購海力士半導體的控股權,SK海力士成立。Spansion推出了8Gb NOR芯片。SanDisk收購了FlashSoft。OCZ收購了Sanrad。三星收購了NVELO。英特爾收購了Nevex并推出CacheWorks。LSI推出了配置MegaRAID CacheCade緩存軟件的Nytro閃存。美光推出了2.5英寸企業級PCIe SSD。

     

    2013年。三星宣布推出24層3D V-NAND,并在2013年美國閃存峰會(FMS)上展示了1TB SSD。Diablo Technologies宣布推出內存通道存儲技術。SMART Storage Systems將Diablo的設計納入ULtraDIMM。西部數據和SanDisk采用iSSSD+HDD推出了SSHD。東芝推出了一系列SSHD。Everspin宣布發售STT MRAM。M.2 PCIe接口正式發布NVMe標準,以加速與閃存存儲的通信。西部數據先后收購了sTec,Virident和Velobit。SanDisk收購SMART Storage Systems。美光收購了破產的日本芯片制造商爾必達。英特爾推出了英特爾緩存加速軟件。
     
    2014年。三星,SanDisk和東芝宣布推出3D NAND生產設備。SanDisk推出了4TB企業級SSD,還發布了128GB microSD卡。IBM宣布其eXFlash DIMM采用了SanDisk ULLtraDIMM以及Diablo的內存通道存儲技術。三星還開始發售32層 MLC 3D V-NAND——850 EVO。
     
    2015年。SanDisk推出InfinitiFlash存儲系統。賽普拉斯半導體收購Spansion。東芝和SanDisk宣布推出48層3D NAND。英特爾和美光宣布推出384GB 3D NAND。三星推出首款NVMe m.2固態硬盤和48層 V-NAND。SanDisk推出 200GB microSDXC UHS-I卡。賽普拉斯推出4MB串行FRAM。英特爾和美光宣布推出3D XPoint Memory。英特爾還基于XPoint技術推出了Optane DIMM和SSD。
     
    2016年。東芝發售了用于iPhone 7的48層TLC NAND。同年,SK海力士基于36層堆疊技術發售了用于LG V20的UFS系列產品。武漢新芯集成電路制造有限公司(XMC)在中國開設第一家NAND閃存工廠。美光展示了768GB 3D NAND。西部數據以190億美元的價格收購SanDisk。Everspin在年底前宣布推出256MB MRAM芯片和1 GB芯片。IBM發布TLC PCM存儲芯片。英特爾著手向企業級市場發售3D NAND產品,而美光則改道消費級市場發售SSD。
     
    2017年,SK海力士發售72層3D NAND。東芝。英特爾發售Optane SSD。HPE(新華三)收購Nimble和Simplivity。三星與東芝/西部數據發售96層3D NAND。美光發售字符串堆棧3D NAND。Everspin發布1GB STT-MRAM芯片樣品。同年,2005年成立的閃存陣列老牌廠商Violin Memory破產后被私有化,目前已重回存儲舞臺。
     
    2018年,貝恩資本財團完成對東芝閃存業務的180億美元收購案。英特爾發布Optane DC(數據中心)持久性內存。三星發布告訴Z-SSD。國家集成電路產業投資基金一期針對國內半導體行業投資1387億元,共公開投資了23家國內半導體企業。紫光集團旗下長江存儲研發32層3D NAND芯片并在年底量產,更計劃在2020年跳過96層3D NAND,直接進入128層堆疊。同年,混合閃存初創公司Tintri申請破產,其資產被HPC存儲供應商DDN以6000萬美元購得。
     
    2019年。英特爾與美光正式結束在NAND Flash技術方面長達14年的合作關系,有業內人士認為英特爾可能會考慮與NAND供應商合作開發芯片與/或SSD,SK海力士赫然在列。同年,全球公有云巨頭AWS宣布收購基于NVMe over fabric(NVMe-oF)技術做全閃存陣列的存儲公司E8,不斷變化與發展的閃存市場還在前行中,無論如何,對閃存未來,我們無比期待。

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