Flash厂力推3D/TLC NAND　高密度/低成本SSD加速问世

　　固态硬碟(SSD)规格更吸睛。记忆体制造商扩大采用新型3D堆叠与三层式储存(TLC)设计架构，让NAND Flash晶片容量密度激增，且成本显着下滑，吸引固态硬碟开发商大举采纳，用以打造兼具高储存容量和价格优势的新产品。

　　固态硬碟(SSD)致命弱点--价格将有显着突破。NAND快闪记忆体(Flash Memory)大厂及慧荣、群联等SSD控制器厂，正力拱新一代兼顾容量及成本的3D NAND Flash和三层式储存(TLC)快闪记忆体解决方案，并将于2015?2016年逐渐放量，协助SSD厂商开发价格媲美传统硬碟的产品，驱动SSD在笔电、工控、企业端及消费性储存市场出货量翻扬。

　　三星率先点火　3D NAND制程竞技开打

　　快闪记忆体是目前在笔记型电脑、资料中心，以及许多手机、平板电脑和行动装置中经常被使用到的储存技术。不过，现今的平面式(Planar)NAND快闪记忆体已接近物理的极限，为记忆体产业带来严峻的考验;而3D NAND技术将对快闪记忆体储存方案带来重大影响，并使其继续遵循摩尔定律(Moore's Law)脚步，同时不断提升效能与降低成本，从而扩大应用范围(图1)。

　　图1　3D NAND架构可延续摩尔定律脚步。 资料来源：Intel

　　看好3D NAND的应用发展潜力，三星(Samsung)抢先在2014年发表业界首款运用2x奈米制程、48层堆叠的3D NAND，进而大幅提升制造成本效益。为避免三星持续扩大在快闪记忆体市场的竞争优势，东芝(Toshiba)、SanDisk、SK Hynix、英特尔(Intel)和美光(Micron)等产业要角也相继跟进，并都规画在2015年投入量产。

　　其中，英特尔与美光正联合开发3D NAND技术，目标系打造世界上最高密度的快闪记忆体，反将三星一军。这项新的3D NAND技术以极为精准的方式垂直堆叠数层资料储存单元，可实现比其他NAND竞争技术容量多三倍的储存元件，在更小空间内实现更高储存容量，进而降低成本与功耗。

　　Intel/美光携手强攻超高密度3D NAND

　　美光记忆体技术与解决方案部门副总裁Brian Shirley表示，透过美光与英特尔的合作，双方共同打造出先进的固态储存技术，能提供相较于其他快闪记忆体技术更高密度、性能与效率。这项新的技术足以改变整个快闪记忆体市场的格局。 英特尔副总裁兼非挥发性储存解决方案事业部总经理Rob Crooke亦指出，藉由最新的3D NAND技术，可显着改善密度与成本问题，并将加快固态储存在运算平台中的应用。

　　据了解，英特尔与美光研发的新一代3D NAND技术最重要的特点，是其基础储存单元采用浮动闸单元设计，为提升性能、品质和可靠性的关键设计。

　　全新的3D NAND技术可垂直堆叠三十二层快闪记忆体单元，能够在标准封装内实现256Gb多层单元(MLC)和384Gb TLC晶片。这些容量可使口香糖大小的固态硬碟提供超过3.5TB的储存容量，同时使标准2.5寸固态硬碟提供超过10TB的储存容量。如此一来，该技术将有望提高产品的性能和耐用性，甚至可以使TLC设计满足资料中心储存的需求。

　　据悉，目前256Gb MLC版本的3D NAND晶片已开始向部分合作夥伴提供样品，384Gb TLC版本的3D NAND晶片也将于今年春末开始提供样品。这两款元件将在今年第四季度全面投产。同时，两家公司也正在开发基于3D NAND技术的独立固态硬碟产品线，并预计将在明年上市。

　　3D NAND/TLC SSD　加速触及价格甜蜜点

　　慧荣科技产品企画处副总经理段喜亭(图2)表示，今年SSD总出货量将较去年成长一倍以上，主要因素在于SSD开发商扩大导入低成本的3D NAND和TLC Flash，让终端产品售价快速逼近传统硬碟(HDD)，逐渐触及SSD价格甜蜜点，因而带动储存应用市场转换潮。

　　图2　慧荣科技产品企画处副总经理段喜亭认为，SSD市场今年的表现将非常出色。

　　随着上游NAND Flash供应商透过3D晶圆堆叠设计逐渐降低生产成本后，下游SSD制造业者的产品价格也可望快速下滑，进而刺激非苹阵营的笔电OEM、企业端和一般消费者的采购意愿。

　　除3D NAND外，TLC Flash亦是提升SSD价格竞争力的关键技术，但过去TLC因可靠度、寿命不佳等问题，迟迟难以取代目前主流的MLC方案，讨论声浪也就逐渐淡化。不过，段喜亭强调，今年主要Flash大厂，以及慧荣等SSD控制器晶片商，皆已发展出可修正TLC读写错误，显着优化其写入/抹除次数(P/E Cycle)性能的控制器与韧体技术(图3)，因而大幅提升SSD厂商的接受度，预计今年下半年，搭载TLC Flash的消费性SSD或笔电出货量将显着增长。

　　图3　TLC Flash SSD控制器架构图

　　段喜亭提到，随着笔电OEM日益重视产品性价比，SSD今年在非苹阵营笔电市场的渗透率可望从2014年不到10%占比，一举跃升至20?30%水准，并将在未来几年跃居市场主流。

　　段喜亭也透露，由于开发SSD韧体须耗费大量资源，对主攻消费性SSD的业者或笔电OEM而言是一大投资压力，因此该公司也率先发表整合韧体的TLC Flash SSD控制器，并已于今年开始出货，可望吸引系统厂青睐，占得市场先机。

　　除低成本TLC Flash SSD正快速翻红外，新一代兼具高速传输效能、省电且小尺寸优势的NVMe PCIe SSD设计也日益受到市场关注。继3D NAND、TLC Flash产品布局后，三星再于日前宣布开始量产首款采用M.2介面规格的NVMe PCIe SSD，此款硬碟不仅拥有业界最高性能的特点，且体积小又不耗电。目前已经供货给原始设备制造商，准备大举抢攻PC市场。

　　三星首款M.2 NVMe固态硬碟问世

　　三星记忆体市场部门资深副总裁Jeeho Baek表示，新一代的固态硬碟主要为速度较快、体积轻薄的笔记型电脑而设计，透过减少电脑的耗电率，及延长电池使用时间等种种优势，以吸引笔电制造商青睐，进而扩大消费性市场的采用。

　　这款NVMe固态硬碟的连续读取及写入资料的性能，分别可以达到2,260MB/s、1,600MB/s，这比典型的SATA M.2固态硬碟提升三到四倍以上。此外，该硬碟利用四个8Gbit/s通道(PCIe 3.0规格)同时传送资料，因此可达到32Gbit/s的资料传输率以及4GB/s的最大吞吐量，这比每秒只能传送600MB的SATA M.2固态硬碟更具优势。

　　如果以随机读取写入的操作功能来看，M.2 NVMe固态硬碟最大可以处理300,000 IOPS(输入输出每秒)，超过AHCI版本硬碟的130,000 IOPS的两倍之多，甚至是SATA型固态硬碟的三倍(图4)。

　　图4　NVMe固态硬碟可大幅提升效能

　　在外观部分，M.2 NVMe固态硬碟厚度不超过4毫米、重量不到7克，比两个堆叠的镍币还要轻薄。此外，该硬碟采用PCI-SIG协会所制定的L1.2低功耗待机模式，让电脑达到省电功效。

　　值得注意的是，新款硬碟虽然才刚问世，三星却早已迫不及待，马上着手计画研发下一代，Baek表示，研发团队预计将3D V-NAND快闪记忆体技术融入NVMe产品线，让固态硬碟具备更大、更先进的容量与性能，满足瞬息万变的市场需求。