东芝不看好 3D Xpiont 未来:成本制约

2020-01-02 17:07:01    东方头条

作为闪存的发明者,铠侠(原东芝存储)在国际电子设备会议(IEDM)上公布BiCS闪存系列和即将推出的XL-Flash技术,并且附上了一份展现未来愿景的幻灯片。尽管各个厂家的技术侧重点不尽相同,但铠侠并不看好3DXPoint类型的堆叠类存储方案的前景。

存储市场在未来十年仍将继续追求存储的密度、速度和需求的平衡点,动态随机存储器(DRAM)、闪存(Flash)和"存储级内存"(SCM)是当前三大发展方向,铠侠对英特尔和美光的3DXPoint长期愿景进行展望。

在过去数十年中,闪存的浮栅和电荷陷阱技术已经历多次变化,新开发的存储器状态,取决于单元中介质的电阻或自旋,而不是电压。传统上很容易将每个单元视作不同值的"0"或"1",但随着材料类型的发展,每个单元已能够容纳更多的状态(SLC、MLC、TLC、QLC等),此举能够获得倍增的容量,但同时对检测电路的精准度提出更高的要求,通常可增加单元大小或降低总体密度来实现。

铠侠目前的BiCS闪存技术依赖在塔中堆叠多层浮栅单元,然后在xy方向重复该设计以增加容量,铠侠已大量推出TLC和QLC产品,并希望打造面向特殊应用的每单元5比特位(PLC)产品。另外,BiCs系列产品的设计层数也在不断增加,从最初的32层增加到48层、再到64层和96层,最新一代的128层产品也已经开始出货。通过堆叠更多层的方式,能够让产品的单芯片容量的到大幅度提升。

铠侠正在开发一种名为XL-Flash的新型闪存。区别于传统闪存以"页面"和"块"的方式工作,内存以"比特位"的方式工作,意味着DRAM可访问每个比特位并对其进行修改;但闪存则意味着任何写操作都需要一次写入整个页面,写入的损耗也成倍更大。

3D堆叠式存储单元的工作方式与闪存有所不同,以3DXPoint为例,其使用相变材料来改变存储单元的电阻,并可以通过电子选择器开关进行访问。通过交替改变字线和位线的方向来构建存储器,保留SCM的比特位可寻址特性。要堆叠更多的层数也只需添加额外的字线和位线,以及其间的单元。

但铠侠仍不看好3DXPoint的前景,其主要原因是相对于层数的每比特位成本,层数的增加会带来更高的复杂性,控制电路会损失一部分面积,产能损失的影响也更大;更成熟的3DNAND技术在面积上损失几乎为零、产量的损失也极低;3DNAND在制造过程中,某些蚀刻和填充步骤可一次覆盖很多层,但3D堆叠SCM技术,仍未充分扩展到单层设备之外的市场。

铠侠数据显示,尽管其BiCS闪存在经过10层时会降低到每比特成本的渐近值,但与单层方案相比,3D堆栈SCM最多只能将4-5位比特的存储成本降低到60%(之后就开始飙升),原因是后者未能受益于数十年改进的复杂工艺,导致每层的成本增加、面积的损失以及产量下跌。构建3D堆栈存储器每多一步骤,良率也会更低。

如上方公式所示:其中n为层数,Cf为公共层的成本,Cv是每增加一层的成本,A是添加一层造成的面积损失,Y是单层的产量损失。有鉴于此,铠侠在会议上指出,12层左右的3DSCM每比特位成本相当不错。但若层数增加到NAND闪存一样多(以64层SCM为例),单层每比特位成本就暴增到50倍。

即便未来推动3D堆叠式SCM的支持,但4层以上的堆叠预测成本已经过高,同时还没有考虑到潜在发展这项技术存在变数。所以SCM确实可在内存领域提供超大的数据池,每GB成本较DRAM低很多,但未来很长一段时间,闪存仍将在行业内占主导地位。

题外话:从11月底开始,存储市场又开始火热起来,无论是固态硬盘及NAND-Flash,还是内存和DRAM都开始进入涨价模式。事实上,存储产品周期性波动已经是行业常态,固态硬盘在经历连续两年的下跌之后,终于开始回暖;内存的降价周期虽然没有NAND存储长,但是也相当之大。

至于现在是否可以购买新的存储产品,笔者认为看需求,多数用户在经历着两年的大跌之后,已经完成了产品的更新迭代,用户的需求也没有想象之中大。虽然PLC之类的产品开始出现在大众视野,但是这类型产品在5年时间里依然无法替代现有的TLC颗粒和QLC颗粒,毕竟QLC颗粒的问题还是被大多数用户吐槽。内存方面,随着DDR5标准的制定,DDR4内存的出货在短时间内不会受到影响,但是用户可能会处于观望阶段,毕竟DDR5将在两到三年来开始投向开放市场,DDR4内存未来的涨幅不会太大。

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