熟悉存儲行業(yè)的讀者應該知道,東芝公司的舛岡富士雄在1987年發(fā)明了NAND閃存。而后,這種存儲產(chǎn)品便在市場上蓬勃發(fā)展,到了智能手機時代,NAND Flash更是大放異彩。
據(jù)中國閃存市場ChinaFlashMarket預估,2020年全球NAND Flash市場銷售規(guī)模超過550億美元,較2019年增長21%,全球NAND Flash GB當量更達到4000億GB當量,年增幅31%。當中很大一部分是由智能手機所貢獻的。
不過進入最近幾年,因為智能手機波動比較大,很多人對NAND Flash的未來產(chǎn)生了疑問,但在由東芝存儲業(yè)務更名后成立的鎧俠看來,NAND Flash市場還是前景看好。
一方面,雖然智能手機短期走弱是不爭的事實,但從長期看來,在5G的推動下,智能手機的閃存需求量還將繼續(xù)增長;另一方面,疫情的出現(xiàn)改變了人們工作生活的方式,加上當前的科技發(fā)展浪潮,數(shù)據(jù)中心的需求必將水漲船高,這勢必會帶動閃存的需求;第三,隨著汽車往更高級別的自動駕駛演進,自不然會有更高容量的閃存需求。
這也是鎧俠看好的三大存儲機遇。作為行業(yè)領先的專家,他們已經(jīng)在產(chǎn)能和技術方面做好了全方位的規(guī)劃。
首先看技術方面,這是鎧俠賴以生存的根本。只要擁有了這些,鎧俠才有面向未來的底氣。而要談鎧俠的閃存技術,BiCS是必然不能錯過的,因為這是鎧俠一切閃存技術的基礎。
官方資料顯示,這是他們在2007年推出的3D閃存技術。而到了今年五月,則升級到了第六代。據(jù)介紹,這是一個162層的3D閃存技術。是他們迄今為止密度最高、最先進的3D閃存技術,采用了廣泛的技術和制造創(chuàng)新。
這款第六代3D閃存具有超越傳統(tǒng)八列存儲孔陣列的先進架構,與第五代技術相比,平面單元陣列密度最多提高了10%。這種平面方向上的細微化技術進步與162層垂直堆疊相結合,裸片尺寸與112層堆疊技術相比減少40%,從而優(yōu)化了成本。
鎧俠和西部數(shù)據(jù)團隊還應用了Circuit Under Array CMOS配置和4Plane操作,與上一代相比,這兩項技術在寫性能方面提高了近2.4倍,在讀取延遲方面縮短了10%。此外,I/O性能也提高了66%,使下一代接口能夠支持不斷增長的對更快傳輸速率的需求。
總體而言,與上一代相比,新的3D閃存技術降低了每比特成本,并且將每片晶圓可制造的比特數(shù)提高了70%。鎧俠和西部數(shù)據(jù)將繼續(xù)推動創(chuàng)新,確保持續(xù)細微化以滿足客戶及其多樣化應用的需求。
從鎧俠BiCS,或者三星、美光還是英特爾的3D閃存的發(fā)展看來,現(xiàn)在廠商都已經(jīng)在追求更高的層數(shù),從垂直方向發(fā)展閃存。但正如鎧俠方面所說,雖然有行業(yè)專家指出3D閃存可以堆疊到1000層,但他們隨著堆疊層數(shù)的增加,制造閃存的成本和時間會提升。為此他們也開始探索往橫向發(fā)展3D閃存。
鎧俠株式會社技術執(zhí)行官柳茂知在閃存峰會的演講上也表示:“部分人可能認為堆疊層數(shù)是3D NAND容量增長的最重要參數(shù),但是其實并不完全正確,沒有必要以厚度增加為代價一味增加堆疊層數(shù)。”他進一步指出,鎧俠也十分注重平面密度提升?!耙恢钡紹iCS 5閃存芯片,鎧俠都是采用CNA結構,即CMOS電路布置在存儲陣列旁邊,因為這種結構可以最大程度縮短生產(chǎn)時間,優(yōu)化晶圓廠產(chǎn)出?!绷獜娬{(diào)。
但來到BiCS6 162層閃存芯片中,鎧俠開始采用CMOS電路配置在存儲陣列下方的CUA結構。據(jù)了解,這種設計的芯片厚度會大于CAN結構,但鎧俠表示,從單片晶圓中產(chǎn)出的芯片數(shù)量的增加可以彌補生產(chǎn)時間變長的影響。面向未來鎧俠后續(xù)還將引入CBA結構,即CMOS/存儲陣列鍵合,存儲陣列和周邊電路會分別生產(chǎn)。最終,將兩片晶圓鍵合在一起以形成一個存儲器芯片。
除此以外,PLC和Twin BiCS也是鎧俠提升平面存儲密度的重要途徑。
所謂PLC,是penta level cell的簡稱,這是一種存儲5電位的設計。但鎧俠并不滿足于此,在之前的學術會議上,鎧俠還談到了存儲6電位的HLC(hexa level cell)和存儲8電位的OLC(octa level cell)。
至于Twin BiCS,則是鎧俠在2019年推出一個閃存新技術。據(jù)介紹,這是全球首個3D半圓形分裂浮柵極閃存單元。其使用的技術主要有半圓形、分裂、浮柵極,簡單來說就是將傳統(tǒng)的浮柵極分裂為兩個對稱的半圓形柵極,利用曲率效應提高閃存P/E編程/擦除過程中的性能。
在學術會議上,鎧俠還談到過一個叫做晶圓級SSD的設想,希望能夠用生產(chǎn)出來的整個晶圓當做SSD硬盤用。
但我們必須強調(diào)一下,鎧俠上述的設想都是他們對于技術未來的設想,現(xiàn)在只是處于最初始的階段。但透過這些“異想天開”,我們看到了閃存的無限可能。
基于上述閃存技術和產(chǎn)品,鎧俠打造了面向智能手機和數(shù)據(jù)中心等市場的豐富產(chǎn)品線。例如面向智能手機有UFS系列產(chǎn)品;面向企業(yè)級應用有SAS SSD、PCIE Gen 4 SSD、EDSFF E3S和E1S SSD和低延遲SSD。鎧俠還將推出今年第四季度推出支持PCIe Gen5及EDSEF E3.S接口的企業(yè)級SSD—CD7系列;面向汽車市場,除了規(guī)劃了UFS產(chǎn)品以外,鎧俠方面表示,為了滿足汽車更高的容量需求,公司正在與合作伙伴探討SSD在汽車上的應用。
有了領先的產(chǎn)品固然重要,但是否有適當?shù)漠a(chǎn)能規(guī)劃則是存儲企業(yè)能夠騰飛的關鍵。而他們也的確面向現(xiàn)在的市場現(xiàn)狀和趨勢做好了充分的準備。
根據(jù)閃存市場ChinaFlashMarket數(shù)據(jù),今年上半年,鎧俠約占全球NAND Flash市場份額19%,排名第二。從鎧俠技術執(zhí)行官柳茂知早前在閃存峰會上的介紹我們得知,這些閃存芯片大多數(shù)是在日本四日市(Fab N-Y2, Y3, Y4, Y5, Y6五棟無塵廠房)和巖手縣北上市(K1)生產(chǎn)的。
縱觀全球閃存廠商的規(guī)劃,無不在大力投資擴產(chǎn),鎧俠自然也不甘人后。
據(jù)《日刊工業(yè)新聞》在今年五月披露,鎧俠預計將投資高達約2兆日圓(約183.7億美元)來提高3D NAND的產(chǎn)能。當中包括在巖手縣北上市新建K2工廠,估計其規(guī)??赡軐⑹荎1廠房的2倍,計劃2023年開始營運。此外,鎧俠在日本四日市也正在新建Fab7工廠,該工廠的建設分為兩個階段,第一階段的建設計劃于2022年春季完成,用于生產(chǎn)先進的BiCS FLASH。
正如鎧俠所說,存儲是一個有周期性的產(chǎn)品。但從現(xiàn)狀看來,他們似乎已經(jīng)運籌帷幄。