NAND供應商及其合作夥伴們爭相在第14屆年度快閃記憶體高峰會(Flash Memory Summit)搶佔最佳位置。三星(Samsung)和海力士(SK Hynix)表示將在今年推出堆疊超過100層的3D晶片,東芝(Toshiba)則首度亮相一款低延遲NAND,並期望以此蠶食DRAM市場。

在這場備受矚目的年度活動中發佈了幾大亮點,但並非來自三星或美光(Micron)的主題演說。海力士與Western Digital (WD)都將軟體定調為擴展儲存的下一個利器,此外,今年的展場上還大量充斥著PCIe Gen 4固態硬碟(SSD)以及各種儲存加速器。

NAND的價格正隨著急劇下滑的記憶體市場一路探底。過去兩年來,記憶體市場的需求和價格遽增,部份原因來自於「超大規模業者」(hyperscaler)的高資本支出,引發晶片製造商加碼投資,從而導致目前的供過於求。

Objective Analysis首席分析師Jim Handy表示,「三星和其他業者仍然認為市場很快就會復甦,但他們完全不知道這一波降價何時才會結束。」

同時,供應商開始推出96層3D NAND晶片,並繼續投入128層的產品。Handy說:「每個人都以為自己有能力做到堆疊500層的晶片。」

Forward Insights分析師Gregory Wong更看好記憶體市場前景。他看到了經銷商的NAND價格已經開始上漲的徵兆。Wong說:「情況開始好轉了,因此,價格的最低點可能會落在Q3。」

三星日前宣佈現正量產250GB SSD,採用每單元3位元的全新250Gbit NAND,堆疊超過100層。它還採用雙堆疊設計,分別支援低於450微秒的寫入和低於45微秒的讀取速度,比上一代產品的速度更快10%,而功耗更低15%。

該晶片採用6.7億個矽穿孔(TSV),較上一代的9.3億個大幅減少,同時還採用較少的製程步驟來製造更小型的晶片。該記憶體巨擘預計大約一年內將會推出採用3堆疊設計的512Gbit NAND晶片,支援300層以上。三星還承諾將在今年年底前於SSD中導入512Gbit晶片。

為了迎頭趕上,海力士表示將在年底前出貨1TB容量的3D NAND晶片。該晶片採用128層堆疊,並在NAND Flash單元之下封裝週邊電路。這款尺寸約11.5x13mm的1TB模組容納8裸片,厚度僅為1毫米。

SK HynixTbit

海力士將於今年年底量產128層Tbit NAND晶片。(來源:SK Hynix)

東芝NAND加入低延遲競賽

東芝(Toshiba)的單層式(SLC) XL-Flash將支援延遲低於5微秒的讀取性能。單封裝中容納最多8個128-Gbit裸片,預計今年9月出樣該晶片,並於明年量產供貨。

XL-Flash分成16層,成本將會低於DRAM和英特爾的Optane記憶體,但速度則不如二者。隨著東芝記憶體公司將自今年10月起更名為鎧俠(Kioxia Corp.),屆時這款產品預計也將同步上市。而在此高峰會上發表專題演說的東芝SSD應用工程技術總裁大島成夫(Jeff, Shigeo Oshima)還打趣地說:「我個人比較想投Sushi Memory公司名稱。」

如同英特爾的Optane和三星的Z-NAND一樣,東芝XL-Flash也屬於持久性記憶體,目標就在於填補DRAM和NAND Flash之間的性能差距。XL-Flash一開始將以SSD的形式銷售,但東芝希望最終能夠擴展到DRAM產品組合。

總部位於北京的憶恆創源科技(Memblaze)是14家XL-Flash合作夥伴之一,將率先推出搭載XL-Flash的SSD。該公司表示,其PBlaze5 X26 SSD將可支援低於20微秒延遲的混合讀寫,以及「分區名空間」(Zoned Name Spaces)技術,從而提升MySQL性能。

分析師表示,低延遲記憶體將形成一個相對較小的利基市場。Handy表示,XL-Flash和三星的Z-NAND將儲存劃分成更小的陣列區塊,以支援更多的平行性,從而加快了響應速度。

XL-Flash的裸片比NAND更大,價格也比較昂貴。Handy表示,它的速度比NAND更快,但不如Intel Optane。

迄今為止,英特爾已賣出將近千萬台Optane SSD了,主要賣給超大規模客戶。 Handy認為,短期內,英特爾可望在2023年出貨達到35億美元價值的Optane產品。根據該公司的報告預測,到2029年,所有新興記憶體的可望達到200億美元的市場規模。其中,Optane預計將佔據約160億美元,其餘則主要是MRAM和ReRAM。

MRAM的目標是在28nm及更先進製程節點取代NOR flash。但這份報告並不包括對於NAND變化版本XL-Flash或Z-NAND的預測。

此外,東芝還推出一款14x18mm NAND封裝的XFM Express,基本上是一種介於M.2和BGA封裝尺寸之間的可插拔BGA,未來還將支援2-4個PCIe Gen3/4通道,用於筆記型電腦、遊戲主機和汽車。

該新外形是許多NAND晶片採用的封裝方式之一。東芝的一位SSD主管表示,伺服器儲存卡市場特別零散。

東芝和海力士均宣佈其首款支援PCIe Gen 4 (最多4通道)的SSD。東芝估計,追求更高性能的伺服器將自明年開始採用Gen 4 SSD,接著是在2021年導入筆記型電腦,以及在2023年落實於需要更嚴格驗證的儲存系統。

XFMExpress

XFM Express是介於M.2和BGA封裝外形之間的可插拔NAND模組。(來源:Toshiba)

Startup Pliops推出一款執行於Xilinx FPGA卡的儲存加速器,據稱將在年底前出貨。在此「運算式儲存」(computational storage)成為熱門「關鍵字」的活動上,它可說是眾多加速器中最引人矚目的一款。

Pliops加速器承諾可卸載一半的CPU儲存周期,同時加快寫入作業的速度,使MySQL的速度提高7倍。其目標在於取代像Facebook這一類超大規模客戶大量使用的RocksDB等軟體。

迄今為止,Pliops已經從英特爾、Mellanox、WD和Xilinx等支持者手中集資了4,500萬美元。該公司的創辦人中有兩位曾經是三星位於以色列的SSD控制器設計團隊工程經理。從該公司的資金和發展來看,不久將會推出ASIC產品。

來自WD和海力士的主管表示,透過所謂的「分區命名空間」(Zoned Name Spaces;ZNS),軟體將成為加速NAND性能的下一個利器。WD資料中心和裝置市場總經理Christopher Bergey表示,ZNS可以讓SSD減少需要的DRAM達8倍之多,並減少10倍的儲存「超額配置」(overprovisioning),同時實現虛擬化。

WD和海力士都在會中展示其原型ZNS產品。對於海力士而言,此舉是其擴展到SSD、SSD控制器和軟體計劃的一部份,也是其競爭對手較早進入且有利可圖的產品領域。海力士的一位主管表示,ZNS可以減少資料碎片化,讓SSD的壽命延長至67%,並使混合工作負載的QoS提高25%。

SSD

SSD外形尺寸非常零散分歧,特別是針對伺服器應用。

有鑑於美中貿易戰的緊張局勢,中國NAND flash業者長江存儲(Yangtze Memory Technology)並未在今年的活動中發表主題演講。去年,該公司大張旗鼓地展示並討論其計劃,但迄今尚未取得成果。

據傳長江存儲將在其月產20,000片晶圓的產線出樣其64層元件,但仍較市場領導業者落後兩個世代。同樣地,中國專家在此舉行的專題討論上表示,中國領先的DRAM業者長鑫儲存技術(Changxin Memory Technologies;CXMT)正為明年初發佈的8Gbit DDR4元件進行驗證。

中國領先的NOR flash供應商之一北京兆易創新科技(Gigadevice)策略顧問Michael Wang預計,很快就會亮相新的NAND產品。

杭州華瀾微科技(Sage Microelectronics)執行長駱建軍(Jerome Jianjun Luo)並在專題討論上邀請觀眾參加即將在杭州舉行的NAND活動。「如果你想直接和長江儲存洽談,我強力推薦你在兩週內前往。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Flash Stacks Sloooowly Rise ,by Rick Merritt)