這幾天，F(xiàn)lash Memory Summit正在美國舉行。昨天，關(guān)于此次峰會，行業(yè)主要關(guān)注的焦點就是我國的長江存儲在會上正式發(fā)布了全新的3D NAND架構(gòu)：Xtacking。
今天，SK海力士成為了另一家備受關(guān)注的企業(yè)，因為該公司在峰會上宣布推出全球首款4D NAND閃存。
當(dāng)下，3D NAND發(fā)展的如火如荼，而且相應(yīng)技術(shù)仍處于前沿地帶，而SK海力士的宣傳更加吸引眼球，直接推4D產(chǎn)品。
4D閃存技術(shù)并不是SK海力士發(fā)明的。據(jù)悉，該技術(shù)最早是由APlus Flash Technology公司提出的，其技術(shù)原理是NAND+類DRAM的混合型存儲器，采用了“一時多工”的平行架構(gòu)，而3D-NAND只能執(zhí)行“一時一工”。若一到十工同時在4D閃存系統(tǒng)執(zhí)行時，其速度會比3D-NAND快一到十倍。
打個比方，按照愛因斯坦的“相對論”， 時間已不是常數(shù)，因此，可以認(rèn)為時間在4D閃存系統(tǒng)中變長了，從而能夠處理更多的事情。反之，時間在3D-NAND系統(tǒng)中可以認(rèn)為變短了，則處理的事情也就少了。
總的來說，4D閃存的設(shè)計理念是集前端高速易失性DRAM和后端低成本、非易失性的3D-NAND于一身，巧妙地克服了3D-NAND的缺點。4D閃存是“統(tǒng)一型設(shè)計”架構(gòu)，在制程工藝不變的情況下，可直接應(yīng)用到各種3D-NAND上。
4D NAND究竟如何？
實際上，SK海力士在今年5月25日就正式發(fā)布了4D NAND產(chǎn)品：96層堆疊的512Gb TLC。本次峰會上，該公司更具體地介紹了該款產(chǎn)品。
SK海力士稱其是業(yè)內(nèi)第一款4D閃存：V5 512Gb TLC，采用96層堆疊、I/O接口速度1.2Gbps（ONFi 4.1標(biāo)準(zhǔn)）、面積13平方毫米，今年第四季度出樣。
此外，BGA封裝的可以做到1Tb（128GB），模組最大2TB，若放到2.5英寸的U.2中，則可以做到64TB，2019年上半年出樣。
性能方面，V5 4D閃存芯片的面積相較于V4 3D產(chǎn)品減小了20%、讀速提升30%、寫速提升25%。另外，V5 4D閃存也規(guī)劃了QLC產(chǎn)品，通過96層堆疊，單Die最小1Tb，明年下半年出樣。
據(jù)悉，SK海力士內(nèi)部的4D閃存已經(jīng)推進(jìn)到了128層堆疊，很快可以做到單芯片512GB。
該公司曾于2015年做到單芯片8TB。目前，SK海力士的3D NAND是72層堆疊，單芯片最大512Gb（64GB），首款企業(yè)級產(chǎn)品PE4010已于今年6月份出貨給微軟Azure服務(wù)器。
峰會上，SK海力士還闡述了其3D NAND的技術(shù)路線選擇，該公司稱，CTF（Charge Trap Flash，電荷捕獲型）比Floating Gate（浮柵型）存儲單元面積更小、速度更快、更耐用（P/E次數(shù)多）。
而三星公司從2013年的第一代V-NAND 3D閃存就開始使用CTF了，東芝/西數(shù)（閃迪）的BiCS亦是如此。當(dāng)然，美光/Intel還是堅持浮柵，不過這倒無所謂，畢竟他們有更厲害的3D Xpoint（基于相變內(nèi)存，還有一種說法是ReRAM磁阻式內(nèi)存）。
另一家巨頭——美光在峰會上推出了“CuA”，用于美光的第四代3D NAND中。CuA是CMOS under Array的縮寫，即將外圍CMOS邏輯電路襯于存儲芯片下方，它有三大好處，提高了存儲密度、降低了成本、縮短了制造周期。號稱比第三代（96層堆疊）寫入帶寬提升30%、每存儲位的能耗降低40%。
禁不住做個比較
在本次Flash Memory Summit峰會上，SK海力士和我國的長江存儲先后都推出了前沿的閃存技術(shù)，不免要進(jìn)行一下比較。
長江存儲推出了Xtacking架構(gòu)，其將外圍電路置于存儲單元之上，從而實現(xiàn)比傳統(tǒng)3D NAND更高的存儲密度；其最大的特點是高速I/O，高存儲密度，以及更短的產(chǎn)品上市周期。特別是在I/O速度方面，目前，世界上最快的3D NAND I/O速度的目標(biāo)值是1.4Gbps，而大多數(shù)供應(yīng)商僅能供應(yīng)1.0 Gbps或更低的速度。利用Xtacking技術(shù)有望大幅提升NAND的I/O速度至3.0Gbps，這與DRAM DDR4的I/O速度相當(dāng)。
據(jù)悉，長江存儲已經(jīng)把這項技術(shù)運用到相應(yīng)的存儲產(chǎn)品中（可能是64層堆疊的），預(yù)計明年開始量產(chǎn)，采用14nm制程工藝。
而SK海力士的4D閃存的外圍電路和Xtacking正相反，在存儲單元下方，據(jù)說這種設(shè)置的好處有三點，一是芯片面積更小、二是縮短了處理工時、三是降低了成本。
可見，長江存儲的Xtacking更強調(diào)存儲密度和高速的I/O，而SK海力士的4D閃存更強調(diào)集成度和成本。這也是和兩家企業(yè)的基本狀況相符的。
由于SK海力士是當(dāng)今全球三大存儲器廠商之一，其規(guī)模和技術(shù)功底肯定是明顯高于長江存儲的。SK海力士4D閃存已經(jīng)做到了96層堆疊，而長江存儲的第一代產(chǎn)品今年底才量產(chǎn)，采用的是32層堆疊，其全線產(chǎn)品的總體存儲密度是低于SK海力士的，因此，“缺什么補什么”，Xtacking重點關(guān)注存儲密度也就順理成章了。且Xtacking的最大特點是I/O速度，高達(dá)3.0Gbps，明顯高于SK海力士的1.2Gbps，如果Xtacking能夠順利量產(chǎn)的話，I/O指標(biāo)真能達(dá)到3.0Gbps，那也是業(yè)界首創(chuàng)了，再加上中國本土產(chǎn)品先天的成本優(yōu)勢，還是相當(dāng)有競爭力的。
如前文所述，4D閃存的技術(shù)原理是NAND+類DRAM的混合型存儲器，集前端高速易失性DRAM和后端低成本、非易失性的3D-NAND于一身。而Xtacking具有3.0Gbps的I/O吞吐量，很可能是在類DRAM層面實現(xiàn)了技術(shù)突破，我們知道，長江存儲是主攻NAND閃存的，取得上述突破，可見其在存儲器整體技術(shù)水平上已經(jīng)具有了比較強的實力（當(dāng)然，相對于幾家國際大廠，還是有明顯差距的），在這方面，后續(xù)很可能會有新看點和驚喜，值得期待。
反觀SK海力士的4D閃存，由于其96層（128層估計也不遠(yuǎn)了）堆疊在存儲密度上已經(jīng)很有競爭力了，所以該公司將關(guān)注的焦點放在了集成度和成本上。集成度方面自不必說，所有數(shù)字和邏輯電路的大勢。
看點在成本上，由于中國相當(dāng)重視存儲器產(chǎn)業(yè)，國家大力支持，無論是DRAM，還是NAND Flash，都有大項目先后上馬，且今明兩年陸續(xù)實現(xiàn)量產(chǎn)，這給一直壟斷全球存儲器市場的那幾家大廠施加了不小的壓力。中國一旦在技術(shù)和量產(chǎn)層面突破，其先天的成本優(yōu)勢很可能對幾家大廠的中低端產(chǎn)品形成摧枯拉朽的態(tài)勢。因此，SK海力士將前沿產(chǎn)品的成本放在重要考量位置，也可以算是未雨綢繆了。
結(jié)語
回顧NAND發(fā)展史，從1991年推出8Mb的2D-NAND，到2017年推出512Gb的3D-NAND為止，共花了26年。若以“摩爾定律”每兩年容量翻倍計算，應(yīng)只能增加213倍。但實際上，NAND容量卻增加了21?倍。
3D-NAND延續(xù)了2D-NAND高容量、低成本等優(yōu)點，但也遺傳了其讀寫速度慢、資料品質(zhì)差等缺點。這些說明3D-NAND仍有很大的成長空間，除了那幾家傳統(tǒng)巨頭外，新玩家紫光（長江存儲）、旺宏、Cypress等，也在陸續(xù)推出新型3D-NAND，加入戰(zhàn)局。
至于命名方面，是4D閃存，還是在3D基礎(chǔ)上取個吸引眼球的名字，就顯得不那么重要了。