来源:全球半导体观察 原作者:奉颖娴
AI浪潮对存储器提出了更高要求,高容量、高性能存储产品重要性正不断凸显,存储产业技术与产能之争也因此愈演愈烈:NAND Flash领域,闪存堆叠层数持续提升;DRAM领域HBM持续扩产,技术不断迭代,同时3D DRAM潜力备受关注;兼具DRAM与NAND Flash优势的新型存储技术再次被原厂提及;PCIe 5.0尚未全面普及,PCIe 7.0已经开始蓄势待发…
三星近日宣布其第九代V-NAND 1Tb TLC产品开始量产,今年下半年三星将开始量产四层单元(QLC)第九代V-NAND。
图片来源:三星
与三星上一代产品第八代V-NAND相比,第九代V-NAND 1Tb TLC产品提高约50%的位密度(bit density),功耗也降低了10%。同时,三星通过通道孔蚀刻技术(channel hole etching)提高了生产效率,该技术通过堆叠模具层来创建电子通路,可在双层结构中同时钻孔,达到三星最高的单元层数,从而最大限度地提高了制造生产率。
第九代V-NAND配备了下一代NAND闪存接口“Toggle 5.1”,可将数据输入/输出速度提高33%,最高可达每秒3.2千兆位(Gbps)。三星表示 ,通过最新的V-NAND,三星将在高性能、高密度SSD市场中持续创新,满足未来人工智能时代的需求。
三星新闻稿中未公布第九代V-NAND层数,此前业界表示,三星第八代V-NAND闪存为236层,第九代V-NAND闪存预计是290层。
除了三星外,美光、SK海力士、铠侠/西数等原厂也在持续提高NAND堆叠层数。从原厂动作来看,200层远远不是终点,三星计划2030年前实现1000层NAND Flash,铠侠则计划到2031年批量生产超过1000层的3D NAND Flash芯片。
HBM市场当前以HBM3为主流,HBM3e则有望在下半年逐季放量,并逐步成为HBM主流,各大原厂扩产也主要集中在HBM3以及HBM3e产品。
同时,为持续提升性能,满足未来AI等应用需要,原厂也已着手开发新一代HBM。
4月SK海力士宣布将携手台积电开发HBM4,预计将于2026年投产。
据悉,两家公司将首先致力于针对搭载于HBM封装内最底层的基础裸片(Base Die)进行性能改善。SK海力士以往的HBM产品,包括HBM3E(第五代HBM产品)都是基于公司自身制程工艺制造了基础裸片,但从HBM4产品开始计划采用台积电的先进逻辑(Logic)工艺。若在基础裸片采用超细微工艺可以增加更多的功能。由此,公司计划生产在性能和功效等方面更广的满足客户需求的定制化(Customized)HBM产品。
与此同时,双方将协力优化SK海力士的HBM产品和台积电的CoWoS技术融合,共同应对HBM相关客户的要求。
与传统DRAM相比,3D DRAM可以直接通过垂直堆叠的存储单元进行数据访问和写入,提高访问速度,同时具备高容量、高速度、低功耗和高可靠性等优势。
DRAM技术竞争当前以先进制程为最大看点,随着节点不断向10nm迈进,现有的设计方案难以进一步发展,因此原厂积极探索3D DRAM。
三星在Memcon 2024 会议上展示了两项3D DRAM新技术,包括垂直通道晶体管(Vertical Channel Transistor)和堆叠 DRAM(Stacked DRAM)。
三星在会上表示,预计于2025年后在业界率先进入3D DRAM时代。据悉,三星将首先引入VCT(垂直通道晶体管)技术,之后在2030-2031年,升级到堆叠DRAM,将多组VCT堆在一起,以持续提升DRAM容量与性能。
4月,铠侠CTO宫岛英史对外表示,与同时运营NAND和DRAM的竞争对手相比,铠侠在业务丰富程度上面处于竞争劣势,有必要培育SCM(Storage Class Memory)等新型存储产品业务,其认为,AI热潮下内存与闪存性能差距正在拉大,而SCM有望填补这一空白。
为发力先进存储技术,稍早之前铠侠还将“存储器技术研究实验室”重组为“先进技术研究实验室”。
资料显示,SCM结合了DRAM和闪存的特点,具有DRAM的高速读写性能,又拥有NAND闪存的持久存储能力,有望解决DRAM存储器容量小、易失性和高成本等问题,同时兼顾高速读写和持久存储需求,产品主要包含PCM、ReRAM、MRAM和NRAM等。
铠侠在SCM领域主要聚焦 XL-FLASH 闪存方案,与所有闪存一样, XL-FLASH能够在断开电源时保留数据,此外它还具有极低延迟、高性能特性,能填补易失性存储器(如DRAM)和当前闪存之间存在的性能缺口,2022年铠侠推出了可支持MLC模式的第二代 XL-FLASH。
随着铠侠再次重视SCM业务,业界认为铠侠SCM研究将集中在MRAM、ReRAM等新型存储上,相关产品有望在未来2到3年内推出。
PCIe是一种高速串行计算机扩展总线标准,用于连接扩展卡和计算机主板之间的数据传输,由于具有高速、高带宽和低延迟的特性,该技术广泛应用于包括存储在内的各种硬件设备中。
随着PCIe技术不断发展,性能也在不断提升。存储领域,消费级、企业级等市场已经普遍采用PCIe标准SSD产品,目前可以商用的最高规格为PCIe 5.0 SSD,作为第5代PCIe技术,其速度达到PCIe 4.0的两倍,功耗则降低了约30%。同时,PCIe 5.0最多支持16通道连接,在x16通道配置下,PCIe 4.0的最大理论带宽为64GB/s,而PCIe 5.0则可以达到128 GB/s。
PCIe 5.0之后,PCIe 6.0标准也已经公布,与PCIe 5.0相比带宽再次翻倍。此外,近期PCIe规范制定组织PCI-SIG已宣布PCIe 7.0规范0.5版本,相较PCIe 6.0标准,PCIe 7.0在沿用 PAM4 信号调制方式的同时再次翻倍速率,可实现128GT/s的原始数据速率,并在x16配置下实现512GB/s的双向比特率。
同时,PCIe 7.0支持800 Gig以太网,能满足人工智能和机器学习、高性能计算、量子计算、超大规模数据中心和云平台等高端应用的需求。
PCI-SIG表示,参考目前的开发进度,PCIe 7.0规范1.0正式版本有望于2025年内推出。
AI强势驱动之下,存储器市场正持续受益。当前,HBM无疑是最受关注的产品,市况供不应求,产值持续攀升。全球市场研究机构TrendForce集邦咨询此前预计,2023年HBM产值占比之于DRAM整体产业约8.4%,至2024年底将扩大至20.1%。
未来,随着存储技术不断突破,新型应用不断涌现,谁将成为存储器市场下一个“宠儿”?我们拭目以待。
封面图片来源:拍信网