176层3D NAND预计明年4月量产

在半导体行业的存储芯片细分领域,最常被提到的是nand flash、nor flash、dram,其中nand flash约占存储细分领域的44%。
今年8月,ic insights在一份报告中预测到,nand 今年有望成为第二大ic市场,销售额达560亿美元,增长27%,在33种ic产品类别中,增长最为强劲。
nand flash在智能手机中的emmc、ufs,以及消费级ssd和企业级ssd中都会用到,应用领域主要包括数据中心、消费电子、移动通信、汽车及工业领域。
近几年,nand flash在3d 堆叠和qlc技术上发展迅速,当前100层+3d nand和qlc被认为是最新技术,不少厂商已经突破100层+,并且正在向更高层数推进,也有很多厂商已经推出几代qlc nand,并在ssd中规模应用。
176层3d nand预计明年4月量产
从全球范围来看,nand flash厂商主要有三星、铠侠、美光、英特尔、西部数据、sk海力士,以及中国台湾地区的旺宏,以及国内的长江存储、兆易创新、东芯半导体、北京君正(收购北京矽成)、南京扬贺扬微电子。
目前三星、铠侠、美光、英特尔、西部数据、sk海力士、长江存储已经推出或量产3d nand产品。128层是目前已经量产的最高层数,三星、sk海力士已经实现量产。
美光公司在今年二季度财报电话会议中表示,公司即将开始基于全新 rg 架构的第四代 3d nand 存储器(128层)的量产工作,按计划将于2020 q3 开始生产,q4 向客户发货。
值得关注的是,国产领先nand flash厂商长江存储也已于今年4月份发布128层3d nand产品,并将于今年年底或明年年初量产128层3d nand。
与2d nand 相比,3d nand 能够实现更高的容量和性能、更低的功耗和成本,因此提高3d nand 层数,产品的容量和性能将更高,这也是为什么众多厂商都在积极研发和推出更高层数的3d nand产品。
除了已经量产的128层3d nand,英特尔预计将在今年年底实现更高层数144层产品的量产,另外三星正在开发176层第七代v-nand,计划明年4月实现量产,sk 海力士也正在进行176层3d nand的研发。
qlc ssd未来市场增量将非常可观
nand可分为slc、mlc、tlc、qlc,qlc是继slc、mlc、tlc之后3d nand的又一新技术形态,具有大容量、高密度等特点,适合于读取密集型应用。
图片来自网络
slc、mlc、tlc、qlc有哪些区别?如上图所示,slc(single-level cell)每个cell单元存储1bit信息,只有0、1两种电压变化,优点是寿命长、性能强,缺点是容量低、成本高。
mlc(multi-level cell)每个cell单元存储2bit信息,电压控制比slc复杂,有00,01,10,11四种变化,写入性能、可靠性降低,寿命较slc低。
tlc(trinary-level cell)每个cell单元存储3bit信息,电压从000到001有8种变化,容量比mlc增加1/3,成本更低,但是架构更复杂,写入速度慢,寿命相对而言较mlc更低。
qlc(quad-level cell)每个cell单元存储4bit信息,电压有16种变化,其最大的优点是容量能增加33%,缺点是写入性能、寿命与tlc相比会进一步降低。
性能、寿命相比之下都较低,为什么厂商还是积极推出qlc产品,闪存和ssd领域知名市场研究公司forward insights创始人兼首席分析师gregory wong此前谈到,qlc降低了nand闪存单位字节(byte)的成本,更适合作大容量存储介质。随着主流消费类ssd容量迈入512gb及以上,qlc ssd未来市场增量将非常可观。
gregory认为,与传统hdd相比,qlc ssd更具性能优势。在企业级领域,qlc ssd将为服务器和数据中心带来更低的读延迟,使其更适用于ai计算、机器学习、实时分析和大数据中的读取密集型应用。在消费类领域,qlc将率先在大容量u盘,闪存卡和ssd中普及。
目前已经有多家厂商陆续推出不同层数的3d qlc nand,当前在ssd中使用的基本上市96层的3d qlc nand,其中西部数据/铠侠已经推出112层3d qlc nand,预计2020下半年大规模生产,长江存储已经推出128层qlc nand,预计今年底或明年初量产。
英特尔最早于2017年推出了64 层 qlc nand,2019年该公司又推出96层qlc nand,预计今年年底推出的144层 3d nand也将采用qlc技术。英特尔已经将qlc大规模应用在ssd中,据报道,截至今年2月,英特尔大连工厂共生产了1000万块qlc ssd。
美光之前与英特尔共同研发qlc nand,并于2018年宣布64层3d qlc nand产品开始生产和出货,随后美光还发布了micron 5210 ion固态硬盘,是全球首款qlc nand ssd,相比tlc nand提供的位密度提高33%。2020年5月,美光推出了两款ssd,其中一款2210 ssd就采用了是96层 3d qlc nand。
三星2019年在自己研发的860 qvo固态硬盘,嵌入一颗容量高达1tb的v-nand qlc颗粒,2020年7月,三星发布了新款870 qvo ssd,采用其第二代 qlc 闪存,92层堆叠,可提供最高 560 mb/s 和 530 mb/s 的顺序读取和写入速度。
西部数据与铠侠合作于2017年研发了64层3d qlc,2018年中,西部数据推出新的96层,密度为1.33tb的3d qlc,2019年11月,该公司宣布其基于96层3d qlc颗粒的产品在2019年第三季度开始出货。2020年2月,西部数据宣布已经与合作伙伴铠侠成功研发出第五代3d nand技术bics5,采用112层堆叠,bics5架构主要基于tlc和qlc技术,将在2020年下半年大规模生产。
长江存储今年四月份首次推出qlc 3d nand,不过值得关注的是,长江存储推出的这款qlc 3d nand是128层的,是目前推出的qlc 3d nand产品中层数最高的产品,长江存储表示,该产品已在多家控制器厂商ssd等终端存储产品上通过验证,预计今年底或者明年初量产。
小结
近几年nand flash的价格波动也相当大,2019年上半年,因为市场需求低迷,消费类nand flash价格大跌30%以上,后来价格也是反复。
今年第一季度因为疫情原因,供货紧张,其价格涨幅超过30%,随后nand市场一直呈现下跌趋势,据trendforce最新预测,智能手机市场需求疲软,服务器需求没有复苏迹象,预计第四季度价格将会持续下降,季跌幅约为10%。
不过不管是从短期还是长期来看,更高层数和qlc技术带来的更大容量和更低成本,将更有助于厂商获得更多市场机会。


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