長江存儲突破128層QLC閃存：業(yè)界首次、1.33Tb容量創(chuàng)紀(jì)錄

2020年4月13日，長江存儲科技有限責(zé)任公司（以下簡稱“長江存儲”）宣布其128層QLC 3D NAND閃存（型號：X2-6070）研發(fā)成功，并已在多家控制器廠商SSD等終端存儲產(chǎn)品上通過驗證。

長江存儲X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

據(jù)介紹，長江存儲X2-6070是業(yè)內(nèi)首款128層QLC規(guī)格的3DNAND閃存，擁有業(yè)內(nèi)已知型號產(chǎn)品中最高單位面積存儲密度，最高I/O傳輸速度和最高單顆NAND 閃存芯片容量。

此次同時發(fā)布的還有128層512Gb TLC（3 bit/cell）規(guī)格閃存芯片（型號：X2-9060），單顆容量512Gb(64GB)，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

長江存儲市場與銷售高級副總裁龔翊（Grace）表示：“作為閃存行業(yè)的新人，長江存儲用短短3年時間實現(xiàn)了從32層到64層再到128層的跨越。這既是數(shù)千長存人汗水的凝聚，也是全球產(chǎn)業(yè)鏈上下游通力協(xié)作的成果。隨著Xtacking?2.0時代的到來，長江存儲有決心，有實力，有能力開創(chuàng)一個嶄新的商業(yè)生態(tài)，讓我們的合作伙伴可以充分發(fā)揮他們自身優(yōu)勢，達到互利共贏?！?/p>

Xtacking 2.0加持，性能再度提升

作為存儲行業(yè)的新入局者，早在2018年，長江存儲就推出了自研的Xtacking技術(shù)，不僅提高了I/O接口速度，而且還保證了3DNAND多層堆疊可達到更高容量以及減少上市周期。

據(jù)介紹，Xtacking是可以在一片晶圓上獨立加工負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)I/O及記憶單元操作的外圍電路。存儲單元同樣也將在另一片晶圓上被獨立加工。當(dāng)兩片晶圓各自完工后，Xtacking技術(shù)只需一個處理步驟就可通過數(shù)百萬根金屬VIA(VerticalInterconnect Accesses，垂直互聯(lián)通道)將二者鍵合接通電路，而且只增加了有限的成本。

在I/O速度方面，目前NAND閃存主要有兩種I/O接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是Intel/索尼/SK海力士/群聯(lián)/西數(shù)/美光主推的ONFi，目前ONFi4.1標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口速度最大為1.2Gbps。第二種標(biāo)準(zhǔn)是三星/東芝主推的ToggleDDR，I/O速度最高1.4Gbps。

不過，大多數(shù)NAND廠商只能提供1.0Gbps或更低的I/O速度。而長江存儲的Xtacking技術(shù)可以將I/O接口的速度大幅提升到3Gbps，實現(xiàn)與DRAM DDR4的I/O速度相當(dāng)。

另外，Xtacking技術(shù)還可使得產(chǎn)品開發(fā)時間縮短三個月，生產(chǎn)周期可縮短20%，從而大幅縮短3D NAND產(chǎn)品的從開發(fā)到上市周期。

得益于Xtacking架構(gòu)對3DNAND控制電路和存儲單元的優(yōu)化，長江存儲64層TLC產(chǎn)品在存儲密度、I/O性能及可靠性上都有不俗表現(xiàn)，去年上市之后廣受好評。

而在長江存儲此次發(fā)布的128層系列產(chǎn)品中，已全面升級到Xtacking 2.0，進一步提升NAND吞吐速率、提升系統(tǒng)級存儲的綜合性能，進一步釋放3DNAND閃存潛能。

首先，在I/O讀寫性能方面，此次發(fā)布的X2-6070及X2-9060均可在1.2V Vccq電壓下實現(xiàn)1.6Gbps（Gigabits/s千兆位/秒）的數(shù)據(jù)傳輸速率，為當(dāng)前業(yè)界最高。

其次，在單die容量方面，3D QLC單顆容量高達1.33Tb，是上一代64層的5.33倍。

另外，由于外圍電路和存儲單元分別采用獨立的制造工藝，CMOS電路可選用更先進的制程，同時在芯片面積沒有增加的前提下Xtacking 2.0還為3DNAND帶來更佳的擴展性。

長江存儲表示，通過對技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)投入，已成功研發(fā)128層兩款產(chǎn)品，并確立了在存儲行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)力。憑借1.6Gb/s高速讀寫性能和1.33Tb高容量，長江存儲通過X2-6070再次向業(yè)界證明了Xtacking架構(gòu)的前瞻性和成熟度，為今后3DNAND行業(yè)發(fā)展探索出一條切實可行的路徑。未來，長江存儲將與合作伙伴攜手，構(gòu)建定制化NAND商業(yè)生態(tài)，共同推動產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。

龔翊（Grace）強調(diào)：“我們相信，長江存儲128層系列產(chǎn)品將會為合作伙伴帶來更大的價值，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。其中，128層QLC版本將率先應(yīng)用于消費級SSD，并逐步進入企業(yè)級服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，以滿足未來5G、AI時代多元化數(shù)據(jù)存儲需求?！?/p>

最快今年年底量產(chǎn)

今年1月16日，長江存儲召開市場合作伙伴年會，在會上，長江存儲就曾宣布將跳過96層堆疊閃存技術(shù)，直接投入128層閃存的研發(fā)和量產(chǎn)工作。

隨后在上周，長江存儲CEO楊士寧在接受采訪時最新表示，受新冠疫情影響，128層閃存的研發(fā)進度在短期確實會有所波及，但長江存儲已實現(xiàn)全員復(fù)工，各項進度正在抓緊追趕，從中長期來看，這次疫情并不會影響總體進度。

楊士寧還特別強調(diào)，128層閃存技術(shù)會按計劃在2020年推出。也就是說此次發(fā)布的的128層QLC 3D NAND有望年底量產(chǎn)。

龔翊今天在接受媒體采訪時也表示：“長江存儲128層產(chǎn)品的量產(chǎn)時間大約是在今年年底到明年上半年，公司會根據(jù)量產(chǎn)進程的展開逐步提升良率?！?/p>

雖然在最初32層3D NAND量產(chǎn)時，長江存儲的產(chǎn)品與國際大廠相比落后了4-5年，但是隨著去年64層3DNAND的量產(chǎn)，差距已經(jīng)進一步縮小到了2年左右，并且得益于自研的Xtacking技術(shù)，使得長江存儲的64層產(chǎn)品的密度進一步提升，接近于國際廠商96層產(chǎn)品的水平。

而現(xiàn)在，由于直接跳過了96層，這也使得長江存儲的128層產(chǎn)品已經(jīng)與國際廠商開始處于同一水平線上。并且，這次全球首發(fā)的128層QLC 3DNAND產(chǎn)品，還領(lǐng)先于業(yè)界主要對手。

”長江存儲聯(lián)席首席技術(shù)官湯強也表示：“我們在短期內(nèi)就能把128層的TLC和QLC驗證成功，證明我們和合作伙伴已經(jīng)具備國際領(lǐng)先的研發(fā)實力?！?/p>

資料顯示，三星于2019年6月推出128層TLC 3DNAND，存儲容量256Gb，8月實現(xiàn)量產(chǎn)，11月將存儲容量提高到單顆芯片512Gb水平。SK海力士2019年6月發(fā)布128層TLC 3DNAND，預(yù)計2020年進入投產(chǎn)階段。美光2019年10月宣布128層3D NAND流片出樣。鎧俠今年1月31日發(fā)布112層TLC 3DNAND，量產(chǎn)時間預(yù)計將在2020 年下半年。

可以看出，國際存儲廠商發(fā)布與量產(chǎn)128層3DNAND量產(chǎn)的時間基本落在2019-2020年，但是在QLC、I/O速度等方面，長江存儲確實走在了國際廠商的前面。

QLC將成贏利點

QLC是繼TLC（3 bit/cell）后3D NAND新的技術(shù)形態(tài)，具有大容量、高密度等特點，適合于讀取密集型應(yīng)用。每顆X2-6070QLC閃存芯片擁有128層三維堆棧，共有超過3,665億個有效的電荷俘獲型（Charge-Trap）存儲單元，每個存儲單元可存儲4字位（bit）的數(shù)據(jù)，共提供1.33Tb的存儲容量。

如果將記錄數(shù)據(jù)的0或1比喻成數(shù)字世界的小“人”，一顆長江存儲128層QLC芯片相當(dāng)于提供3,665億個房間，每個房間住4“人”，共可容納約14,660億“人”居住，是上一代64層單顆芯片容量的5.33倍。

雖然QLC在寫入性能和擦寫次數(shù)方面與TLC相比確實有一定差距，但是可以通過技術(shù)手段在一定程度上進行彌補和優(yōu)化，同時，QLC所帶來的存儲密度和成本優(yōu)勢更加的突出的。

據(jù)長江存儲介紹，其對QLC的性能上進行了改善，特別是在讀取能力方面，讀取速度更快，延遲時間更短。目前的在線應(yīng)用如在線會議、在線視頻、在線教育等，更多表現(xiàn)為對存儲器讀取能力的需求上，一次性寫入之后更多是從數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的讀取，而非頻繁寫入。因此，在這方面QLC存儲器是有其應(yīng)用優(yōu)勢的。

此外，在成本方面，QLC產(chǎn)品會與同世代TLC也會進一步拉開距離，價格優(yōu)勢將會表現(xiàn)出來。

閃存和SSD領(lǐng)域知名市場研究公司Forward Insights創(chuàng)始人兼首席分析師GregoryWong認(rèn)為：“QLC降低了NAND閃存單位字節(jié)（Byte）的成本，更適合作為大容量存儲介質(zhì)。隨著主流消費類SSD容量邁入512GB及以上，QLCSSD未來市場增量將非?？捎^。”

Gregory同時表示：“與傳統(tǒng)HDD相比，QLC SSD更具性能優(yōu)勢。在企業(yè)級領(lǐng)域， QLCSSD將為服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心帶來更低的讀延遲，使其更適用于AI計算，機器學(xué)習(xí)，實時分析和大數(shù)據(jù)中的讀取密集型應(yīng)用。在消費類領(lǐng)域，QLC將率先在大容量U盤，閃存卡和SSD中普及?！?/p>

龔翊也指出：“我們認(rèn)為128層相對原來的64層和32層的產(chǎn)品，更具成本競爭力，我們也很期待產(chǎn)品發(fā)布以后，會有更好的市場表現(xiàn)。而且我們有信心在128層這代產(chǎn)品上可以實現(xiàn)盈利?！?/p>