存儲亮劍！NAND技術(shù)多點(diǎn)突破

人工智能（AI）市場持續(xù)火熱，新興應(yīng)用對存儲芯片DRAM和NAND需求飆升的同時(shí)，也提出了新的要求。

近日恰逢全球存儲會議FMS 2024（the Future of Memory and Storage）舉行，諸多存儲領(lǐng)域議題與前沿技術(shù)悉數(shù)亮相。其中TrendForce集邦咨詢四位資深分析師針對HBM、NAND、服務(wù)器等議題展開了深度討論，廓清存儲行業(yè)未來發(fā)展方向。

此外，大會現(xiàn)場，NVM Express組織在會中發(fā)布了 NVMe 2.1 規(guī)范，進(jìn)一步統(tǒng)一存儲架構(gòu)、簡化開發(fā)流程。另外包括Kioxia、美光、SK海力士及子公司Solidigm、西部數(shù)據(jù)、慧榮科技、群聯(lián)電子、Microchip微芯多款大容量、高性能NAND新品發(fā)布引起業(yè)界關(guān)注。此外近期韓國半導(dǎo)體測量設(shè)備廠商Oros Technology以及Lam Research泛林集團(tuán)推出了用于NAND疊層技術(shù)升級的設(shè)備，給存儲行業(yè)從上游設(shè)備端提供助力。

行業(yè)聚焦：NVMe 2.1規(guī)范發(fā)布

在FMS 2024存儲峰會上，NVM Express正式發(fā)布了NVMe 2.1規(guī)范，包括3個(gè)新規(guī)范，并更新修訂了現(xiàn)有的8個(gè)規(guī)范，該機(jī)構(gòu)希望新規(guī)范能更好地統(tǒng)一AI、云、客戶端和企業(yè)領(lǐng)域的存儲。此次更新的NVMe技術(shù)以之前的NVMe規(guī)范為基礎(chǔ)，為現(xiàn)代計(jì)算環(huán)境引入了重要的新功能，同時(shí)還簡化了開發(fā)流程，縮短了上市時(shí)間。

本次發(fā)布的三個(gè)新規(guī)格分別是：NVMe Boot規(guī)范、子系統(tǒng)本地內(nèi)存命令集和計(jì)算程序命令集。

更新修訂的八個(gè)規(guī)范如下：NVMe 2.1基礎(chǔ)規(guī)范、命令集規(guī)范（NVM命令集、ZNS命令集、鍵值命令集）、傳輸規(guī)范（PCIe傳輸、FC傳輸、RDMA傳輸和TCP傳輸）以及NVMe管理接口規(guī)范。

本次更新主要帶來的NVMe新功能如下：
·支持在NVM子系統(tǒng)之間實(shí)時(shí)遷移PCIe NVMe控制器。
·為固態(tài)硬盤提供新的主機(jī)定向數(shù)據(jù)放置功能，可簡化生態(tài)系統(tǒng)集成，并向后兼容以前的NVMe規(guī)范。
·支持將部分主機(jī)處理offloading到NVMe存儲設(shè)備。
·用于NVMe over Fabrics(NVMe-oF)的網(wǎng)絡(luò)啟動機(jī)制。
·支持NVMe over Fabrics分區(qū)。
·提供主機(jī)管理加密密鑰的功能，并通過“每I/O密鑰”（Key Per I/O）實(shí)現(xiàn)高度細(xì)粒度加密。
·安全增強(qiáng)功能，如支持TLS 1.3、DH-HMAC-CHAP的集中式身份驗(yàn)證驗(yàn)證實(shí)體和隱蔽處理后的介質(zhì)驗(yàn)證。
·管理增強(qiáng)功能，包括支持高可用性帶外管理、通過I3C進(jìn)行管理、帶外管理異步事件以及從底層NVM子系統(tǒng)物理資源動態(tài)創(chuàng)建導(dǎo)出NVM子系統(tǒng)。

閃存新技術(shù)層出不窮

Kioxia展出最新光學(xué)接口SSD

在FMS 2024峰會上，Kioxia展示了一款采用光接口的固態(tài)硬盤SSD，通過集成光學(xué)接口，新的SSD技術(shù)在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中提供了更大的物理靈活性和可擴(kuò)展性，有助于提高能源效率和信號完整性。

據(jù)悉，Kioxia新款SSD允許計(jì)算和存儲設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的物理分離。這種設(shè)計(jì)靈活性降低了傳統(tǒng)布線的復(fù)雜性和體積，并支持針對特定工作負(fù)載量身定制的增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過分解SSD和CPU等組件，數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需求更有效地分配資源。這種優(yōu)化提高了各種應(yīng)用程序（包括HPC環(huán)境、超級計(jì)算機(jī)和基于云的HPC系統(tǒng)）的性能。

根據(jù)其演示ppt資料顯示，支持該芯片支持短距離（約40米）的光學(xué)連接，未來計(jì)劃擴(kuò)展到100米的距離。因此，該SSD可以被放置在遠(yuǎn)離CPU和GPU的環(huán)境中，從而避免了這些熱源產(chǎn)生的高溫，確保SSD在最佳溫度下運(yùn)行。該項(xiàng)技術(shù)還可以通過光信號進(jìn)行切換，意味著可以通過光交換機(jī)來聚合帶寬、共享設(shè)備，并延長SSD與主機(jī)服務(wù)器之間的距離。

據(jù)悉，Kioxia光學(xué)接口SSD的開發(fā)是多家行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者共同努力的結(jié)果，包括富士通、NEC Corporation、AIO Core、富士通光學(xué)元件和京瓷公司。目前Kioxia還正在開發(fā)用于PCIe Gen8或更高版本的光學(xué)互連SSD。

在更早的8月1日，Kioxia宣布，其位于日本巖手縣北上市工廠Fab 2（K2）已于7月完工。據(jù)悉，K2是日本巖手縣北上市的第二家NAND閃存制造工廠，計(jì)劃于2025年秋季在K2開始運(yùn)營。

據(jù)韓媒報(bào)道，韓國半導(dǎo)體測量設(shè)備廠商Oros Technology已于7月開始向鎧俠北上工廠供應(yīng)疊層測量設(shè)備OL-1000n。這是該司發(fā)布的第六代重疊測量設(shè)備，與第五代設(shè)備相比，性能提升10-15%，主要用于NAND層測量。

美光發(fā)布最新款PCIe 6.0 SSD和第九代NAND閃存技術(shù)的SSD固態(tài)硬盤

美光近日宣布成功開發(fā)業(yè)界首款用于生態(tài)支持的PCIe 6.0數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤，并在FMS 2024峰會上展示了該新品。

據(jù)悉，美光科技此次發(fā)布的PCIe 6.0 SSD屬于其9550 NVMe SSD系列。顆粒和主控未知，順序讀取速率達(dá)26GB/s，比7月23日發(fā)布的擁有14GB/s順序讀取速率的9550系列PCIe 5.0數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤提升了85.7%。是市場普遍產(chǎn)品讀取速度的兩倍。

另外7月31日，美光宣布，其采用第九代NAND閃存技術(shù)的SSD固態(tài)硬盤產(chǎn)品已開始出貨。性能上，美光G9 NAND技術(shù)具備高達(dá)3.6 GB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，提供卓越的數(shù)據(jù)讀寫帶寬。該項(xiàng)NAND新技術(shù)適用于個(gè)人設(shè)備、邊緣服務(wù)器、企業(yè)和云數(shù)據(jù)中心。與前一代NAND產(chǎn)品相同，美光第九代NAND采用11.5mmx13.5mm的緊湊封裝，比同類產(chǎn)品節(jié)省28%的空間。

SK海力士或明年量產(chǎn)400層NAND Flash

SK海力士在今年的FMS 2024中展示了包括預(yù)計(jì)將在第三季度量產(chǎn)的12層HBM3E以及計(jì)劃從明年上半年開始出貨的321層NAND下一代AI存儲產(chǎn)品的樣品。在2023年舉行的FMS上，SK海力士表示，321層產(chǎn)品的生產(chǎn)率比其238層前代產(chǎn)品高出59%，計(jì)劃于2025上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

據(jù)韓媒etnews報(bào)道，業(yè)內(nèi)人士透露，SK海力士正在著手研發(fā)400層NAND Flash，正在與中小型合作伙伴共同開發(fā)相關(guān)工藝技術(shù)和設(shè)備，計(jì)劃2025年末實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，2026年上半年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模投產(chǎn)。報(bào)道中還提到，SK海力士新的400+層堆疊NAND閃存將采用不同于現(xiàn)有“4D NAND”的整體結(jié)構(gòu)。

2D NAND到4D NAND的發(fā)展概念圖
來源：SK海力士

公開資料顯示，SK海力士目前的4D NAND采用了PUC（PeriUnder Cell，單元下外圍）技術(shù)，將外圍控制電路放置在存儲單元的下方，較更傳統(tǒng)的外圍電路側(cè)置設(shè)計(jì)可減少芯片占用空間。而SK海力士未來的NAND將在兩塊晶圓上分別制造外圍電路和存儲單元，此后采用W2W（晶圓對晶圓）形式的混合鍵合技術(shù)，將這兩部分整合為完整的閃存。

對于此消息，SK海力士表示，公司對技術(shù)研發(fā)或量產(chǎn)時(shí)期的具體計(jì)劃無法評論。

Solidigm推出PCIe 5.0數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤D7-PS1010/1030

8月6日，Solidigm宣布推出新一代D7級別數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤D7-PS1010、D7-PS1030。這兩個(gè)固態(tài)硬盤系列均支持PCIe 5.0，基于SK海力士176層3D TLC NAND閃存。

據(jù)悉，D7-PS1010屬于標(biāo)準(zhǔn)耐久（1DWPD）級別的型號，提供1.92TB、3.84TB、7.68TB、15.36TB四個(gè)容量版本。而D7-PS1030為3DWPD級別的中耐久性（Mid-endurance）型號，提供1.6TB、3.2TB、6.4TB和12.8TB四個(gè)容量版本。其中最大容量的12.8TB累計(jì)寫入量可達(dá)約70TB。

性能方面，D7-PS1010/1030全系順序讀取可達(dá)14500 MB/s，6.4TB及以上容量順序?qū)懭肟蛇_(dá)9300MB/s，最大的3100K IOPS隨機(jī)讀取出現(xiàn)在3.84TB版D7-PS1010和3.2TB版D7-PS1030上。D7-PS10X0的隨機(jī)寫入能力同產(chǎn)品線密切相關(guān)：6.4TB、12.8TB的D7-PS1030可實(shí)現(xiàn)800K IOPS的隨機(jī)寫入；D7-PS1010 7.68TB的隨機(jī)寫入則能達(dá)到400K IOPS。

PCIe 6.0作為較新的總線接口標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速度相比前一代有了顯著的提升。但很遺憾的是，這款基于消費(fèi)級PCIe Gen 6固態(tài)硬盤還需要一些時(shí)間才可以面試。近期，負(fù)責(zé)制定PCI Express規(guī)范的組織PCI-SIG在2024年開發(fā)者大會上提供了PCIe 6.0最新進(jìn)展，表示PCIe 6.0的初步一致性測試原定于今年3月開始，但被推遲到第二季度。目前，并沒有消費(fèi)平臺課支持PCIe Gen 6，如英特爾和AMD的最新主板只能使用PCIe Gen 5固態(tài)硬盤。

另外，行業(yè)消息顯示，SK海力士正考慮推動NAND閃存與固態(tài)硬盤子公司Solidigm在美IPO。據(jù)悉，SK海力士于2020年10月宣布收購英特爾NAND與SSD業(yè)務(wù)，而Solidigm則是SK海力士于2021年底完成收購第一階段后成立的獨(dú)立美國子公司。對此SK海力士回應(yīng)稱：“Solidigm正在研究各種發(fā)展規(guī)劃，但目前尚未做出決定?！?/p>

西部數(shù)據(jù)宣布完成128TB超大容量的SSD

西部數(shù)據(jù)Western Digital在FMS 2024存儲峰會上宣布完成128TB超大容量的SSD，確切地說是eSSD，面向企業(yè)級的AI數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用。預(yù)計(jì)會在2025年以后發(fā)布，西數(shù)透露了預(yù)計(jì)2027年可以做到256TB，多年后的未來將達(dá)成1PB。目前官方還未披露型號、性能等相關(guān)細(xì)節(jié)。

另外，西部數(shù)據(jù)在現(xiàn)場演示了基于西數(shù)和東芝聯(lián)合研發(fā)的第八代BiCS8NAND閃存以及適用于人工智能電腦、游戲設(shè)備、筆記本電腦以及其他移動客戶端電腦的主流PCIe Gen5 NVMeTM SSD產(chǎn)品。

針對汽車領(lǐng)域，西部數(shù)據(jù)全新推出了車規(guī)級存儲解決方案AT EN610，專為滿足下一代高性能中央計(jì)算(High-PerformanceCentralizedComputing,HPCC)架構(gòu)的嚴(yán)苛需求而設(shè)計(jì)。AT EN610采用了大容量TLC閃存，并為用戶提供了將全部或部分存儲空間配置為高耐久性的SLC模式的靈活選擇。AT EN610使用M.2 1620 BGA封裝，并擁有高達(dá)1TB的存儲容量。西部數(shù)據(jù)AT EN610產(chǎn)品現(xiàn)已開始提供樣品。

西部數(shù)據(jù)AT EN610 NVMeTM SSD

Microchip微芯推出PCIe Gen5 SSD控制器

8月5日，Microchip微芯推出了Flashtec NVMe 5016 SSD數(shù)據(jù)中心級固態(tài)硬盤主控，該主控支持PCIe 5.0，可配置為單x4端口或雙x2端口模式。

圖片來源：Microchip

Flashtec NVMe 5016配備16條獨(dú)立閃存通道，兼容從SLC到QLC的各種NAND閃存，支持至高3200MT/s閃存接口速率，外置緩存方面則支持到4 Ranks的DDR5-5200。該主控可實(shí)現(xiàn)14GB/s的順序讀取速率，隨機(jī)讀取也高達(dá)3500K IOPS，同時(shí)僅需1W功率即可支持超過2.5GB/s的傳輸速率，能以更低能耗提供更高帶寬。

另外，該款新主控還符合NVMe 2.0+協(xié)議，支持ZNS（分區(qū)命名空間）、FDP（靈活數(shù)據(jù)放置）等先進(jìn)特性，能進(jìn)一步減少寫入放大系數(shù)WAF。

慧榮科技推出PCIe Gen5 SSD主控

8月7日，慧榮科技（SIMO）宣布推出業(yè)界首款使用臺積電6納米EUV工藝的PCIe Gen 5 SSD控制器SM2508，并在FMS 2024大會上展出。該主控芯片專為AI PC和游戲主機(jī)設(shè)計(jì)，提供比12納米工藝競爭對手產(chǎn)品高達(dá)50%的能效降低。

圖片來源：慧榮科技

官方資料顯示，SM2508 SSD控制器支持八條NAND通道，每通道速率高達(dá)3600MT/s，提供高達(dá)14.5 GB/s的順序讀寫速度和2.5M IOPS的隨機(jī)性能。據(jù)悉相較于PCIe Gen 4產(chǎn)品，其性能提升達(dá)2倍，同時(shí)功耗控制在7W以內(nèi)，預(yù)計(jì)將于今年第四季度開始量產(chǎn)。

群聯(lián)推出E29T消費(fèi)級主控和Pascari企業(yè)級固態(tài)硬盤產(chǎn)品線

群聯(lián)在FMS 2024峰會上首度展示了全新消費(fèi)級PCIe 4.0主控PS5029-E29T，以及其Pascari企業(yè)級固態(tài)硬盤產(chǎn)品線，該產(chǎn)品線覆蓋聚焦高性能的X系列、面向數(shù)據(jù)中心的D系列、針對系統(tǒng)開機(jī)驅(qū)動的B系列、面向傳統(tǒng)服務(wù)器存儲升級的S系列以及AI系列。

群聯(lián)表示PS5029-E29T是一款針對最新NAND閃存技術(shù)優(yōu)化的PCIe 4.0×4 SSD主控，E29T采用DRAM-less設(shè)計(jì)，基于臺積電12nm工藝，搭載ARM Cortex R5 CPU核心，擁有4條閃存通道，支持16CE，兼容3600MT/s閃存接口速率，最大容量可達(dá)8TB。性能方面，基于E29T主控的固態(tài)硬盤順序讀寫分別可達(dá)7400MB/s和6800MB/s，隨機(jī)讀寫性能也均可達(dá)到1200K IOPS。

群聯(lián)PS5029-E29T

Pascari企業(yè)級固態(tài)硬盤產(chǎn)品線中的X系列中的X200家族較早面世，在此峰會中，群聯(lián)還推出了X100P、X100E兩款PCIe 4.0產(chǎn)品，分別為1DWPD和3DWPD，最大容量均達(dá)32TB量級。X100P與X100E順序讀寫均可達(dá)7400/6900 MB/s，隨機(jī)讀取均可達(dá)1750K IOPS；X100P的隨機(jī)寫入速率可達(dá)190K IOPS，X100E的更高，可達(dá)470K IOPS。

D系列固態(tài)硬盤包含可選U.2、M.2、E1.S外形規(guī)格的PCIe 4.0接口1DWPD型號D100P和PCIe 5.0的D200家族。D200家族在D200V外的兩款產(chǎn)品D200P和D200E均采用E1.S外形規(guī)格，容量至高4TB，標(biāo)稱性能低于X200家族產(chǎn)品。

B系列主打可靠性和I/O穩(wěn)定性。兩款產(chǎn)品BA50P和B100P分別采用SATA III和PCIe 4.0×4接口，容量最大僅為960GB，耐用性方面則均為1DWPD。

S系列群聯(lián)推出了三款SA50家族SATA接口固態(tài)硬盤，均僅提供2.5英寸盤體版本。SA50V的最大容量大于SA50P，SA50P最大容量又大于SA50E；不過耐久水平就是反過來的SA50E＞SA50P＞SA50A，其中SA50A的寫入耐久僅有0.4DWPD。

群聯(lián)AI100E

AI系列僅提供了AI100E這一款產(chǎn)品。該產(chǎn)品的特色在于100DWPD的超高寫入耐久。該固態(tài)硬盤采用PCIe 4.0×4接口，可選M.2 2280和U.2 15mm兩種外形規(guī)格，容量方面可選1TB、2TB；群聯(lián)AI100E順序讀寫可達(dá)7200/6500 MB/s，隨機(jī)讀寫均可達(dá)1000K IOPS。

Lam Research推出低溫蝕刻新技術(shù)，為1000層3D NAND鋪平道路

除了上述存儲廠商外，國際知名設(shè)備大廠Lam Research近期推出Lam CryoTM 3.0，這是Lam Research經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證的第三代低溫電介質(zhì)蝕刻技術(shù)，為其客戶邁向1,000層3D NAND鋪平道路。隨著生成人工智能的普及繼續(xù)推動對具有更高容量和性能的存儲需求，Lam Cryo 3.0提供了制造未來尖端3D NAND的關(guān)鍵蝕刻能力。利用超低溫度、高功率受限等離子反應(yīng)器技術(shù)和表面化學(xué)創(chuàng)新，Lam Cryo 3.0以業(yè)界領(lǐng)先的精度和輪廓控制進(jìn)行蝕刻。

據(jù)Lam Research介紹，目前已經(jīng)有500萬片晶圓使用Lam低溫蝕刻技術(shù)制造，是3D NAND生產(chǎn)領(lǐng)域的一次突破。新技術(shù)能夠以埃級精度創(chuàng)建高縱橫比(HAR)特征，同時(shí)降低對環(huán)境的影響，蝕刻速率是傳統(tǒng)介電工藝的兩倍以上。Lam Cryo 3.0已面向領(lǐng)先的存儲制造商推出。

到目前為止，3D NAND主要通過堆疊垂直存儲單元層來取得進(jìn)展，這可以通過蝕刻深而窄的HAR存儲通道來實(shí)現(xiàn)。這些特征與目標(biāo)輪廓的輕微原子級偏差會對芯片的電氣性能產(chǎn)生負(fù)面影響，并可能影響產(chǎn)量。Lam Cryo 3.0經(jīng)過優(yōu)化，可解決這些缺陷和其他蝕刻挑戰(zhàn)。