半导体专题之NAND Flash芯片常识详解

来源:媒体公告    发布时间:2024-02-28 11:54:29

  写入和擦除的速度快,存储密度高,容量大,但不能直接运转NAND Flash上的代码,适用于高容量数据的存储。

  NOR Flash:优势是芯片内履行——无需体系RAM就可直接运转NOR Flash里边的代码,容量较小,一般为1Mb-2Gb。

  3D NAND存储单元向TLC、QLC等高密度存储演进。NAND Flash依据存储单元密度可分为SLC、MLC、TLC、QLC等,对应 1 个存储单元别离可寄存1、2、3 和 4bit的数据。存储单元密度越大,寿数越短、速度越慢,但容量越大、本钱越低。现在NAND Flash以TLC为主,QLC比重在逐渐进步。

  半导体存储器开展已有55年,其间DRAM开展已有55年,Flash开展已有40年,因为2DNAND和3DNAND技能不同巨大,实际上3DNAND开展前史只是十余年,技能成熟度远不如DRAM。

  3D NAND是一项革命性的新技能,首要从头构建了存储单元的结构,并将存储单元堆叠起来。3D NAND带来的改变有:(1)整体容量大幅度的进步;(2)单位面积容量进步。关于特定容量的芯片,3D NAND所需制程比2D NAND要低得多(更大线宽),因而能够轻松又有用按捺搅扰,保存更多的电量,稳定性增强,例如同为TLC的3D NAND寿数较2D NAND延伸。

  从2014年到2020年,各家厂商3DNAND堆叠层数从32层增加至128层,大致3年层数翻一倍,而工艺制程在2DNAND时期就到达19nm,转化成3DNAND工艺制程后退至20-40nm,而后又逐渐往更高制程演进,制程演进相对逻辑芯片较慢。从制程上看,干流厂商的3D NAND芯片运用20-19nm的制程,从技能上看,20nm左右的制程最适合3D NAND,制程节点小了之后,每个存储单元能包容的电子数量就会变少,开展到必定阶段之后,闪存就很简单因为电子丢掉而丢掉其间保存的数据。

  2022年,美光技能与产品履行副总裁ScottDeBoer与高管团队宣告美光下一代232层NAND闪存将于2022年末前完成量产。2023年三星电子宣告方案在下一年出产第9代V-NAND闪存,这款闪存将选用双层仓库架构,并超越300层。本年8月,SK海力士表明将加强完善321层NAND闪存,并方案于2025年上半期开端量产。

  堆叠层数仍有较大提高空间。依照SK海力士的猜测,3DNAND在开展到层数超越600层的阶段时才会遇到瓶颈,现在市场上干流产品低于200层,未来技能晋级空间较大。

  干流厂商根本完成从2D NAND到3D NAND的产品转化,三星电子抢先1-2年。从2014年3D NAND量产开端,到2018年首要NAND厂商根本完成从2D到3D的产品转化。2018年NAND Flash厂商三星电子、东芝/西部数据、美光、英特尔等原厂的3D NAND出产比重己超越80%,美光乃至到达90%。现在,各家厂家已完成128层(铠侠和西部数据是112层)的量产,176层正成为干流,2XX层以上的研制和量产正在推动,其间三星研制进展最为抢先,比其他厂商抢先1-2年。

  依据招商证券测算,AI服务器相较一般/高功能服务器对 NAND 容量大约有 2-4 倍的拉动。

  因为机械硬盘继续进行本钱优化,一般服务器仍然会装备较多的机械硬盘,而高功能服务器和AI服务器关于存储速度、准确性等提出更高要求,因而首要装备固态硬盘。

  从容量上看,传统服务器NP5570M5最多支撑16块2.5英寸SAS硬盘或4块3.5英寸SATA硬盘,SAS硬盘支撑300GB/600GB/1TB/1.2TB/1.8TB/2.4TB容量,SATA硬盘支撑1/2/4/6/8TB容量,依照中心容量测算,体系硬盘容量大约共8-16TB;高功能NF5280M6类型最大支撑20块3.5英寸硬盘,体系硬盘容量大约20TB;AI服务器选用的硬盘容量大约30TB,相较传统服务器NAND容量提高大约2-4倍。

  1)根底型服务器:依据IDC,根底型服务器中CPU、内存和硬盘的占比最高,依据英特尔,典型的x86服务器—E5高配服务器的本钱中硬盘、CPU和内存本钱占比别离为31%、28%和21%。例如浪潮NF5270M5价格大约39000元,选用2颗XeonSilver4214CPU,每颗价格大约1000美金,CPU本钱占比大约32%;装备16个32GBDDR4,按单GB本钱3美金核算,DRAM本钱占比大约26%;最大支撑25块2.5英寸硬盘,依照每块硬盘512GB、1TBSATA40美元核算,硬盘总价值量占比大约20%;

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