零的突破！中國閃存芯片正式步入國際主流水平

電子發燒友網報道長江存儲4月13日重磅發布兩款128層3D NAND產品引起業界高度關注，其中128層QLC產品為目前業內發布的首款單顆Die容量達1.33Tb的NAND閃存，容量、性能均優于主要競爭對手，并且兩款產品均已獲得主流控制器廠商驗證。

長江存儲X2-6070 128L QLC 1.33Tb NAND Flash，來源：長江存儲

據報道，長江存儲128層NAND閃存將于最晚明年上半年開始量產，未來將在滿產時配合10萬片月產能，將在平衡全球供應上發揮關鍵作用。

目前128層3DNAND是國際主流水平，三星、東芝、美光等都在2019年發布了128層3DNAND產品，而長江存儲用短短3年時間便實現了從32層到64層再到128層的跨越。長江存儲此次重點推出的128層QLC更直接參與國際競爭。

都有哪些廠商已經推出QLC 3DNAND產品？

在各大原廠中，英特爾對QLC技術的推廣最為積極，目前已經廣泛的應用在660P系列、665P系列和傲騰MemoryH10存儲解決方案中。據報道，其計劃推出的下一代144層3DNAND也將先推QLC架構。美光也于近日宣布首款基于QLC的5210 SATA SSD，已獲得大多數主要服務器OEM的認證。

此外，鎧俠/西部數據也計劃推出112層1.33Tb QLC產品，三星也構建了從Z-SSD到QLC SSD的全方位產品線。

英特爾

早在2018年英特爾就推動64層QLC NAND在SSD中的應用，再結合3D Xpoint技術的傲騰SSD產品，為百度、阿里、華為等企業提供解決方案。2020年2月12日消息，宣布于2018年底開始在大連工廠生產的基于QLC 3D NAND SSD已經累計生產1000萬個，標志著QLC朝著成為大容量存儲的主流技術又近了一步。

英特爾客戶SSD戰略規劃和產品營銷總監Dave Lundell表示，“許多公司都在談論QLC技術，但英特爾已經實現了大規模交付，我們已經看到了市場對具有成本優勢的大容量QLC存儲技術以及英特爾QLC存儲解決方案的強烈需求?！?/p>

目前，英特爾QLC 3D NAND主要應用于660P系列、665P系列和傲騰Memory H10存儲解決方案中。英特爾方面有媒體報道計劃將在今年推出144層3DQLCNAND技術。

據英特爾介紹，在過去的十年中，英特爾一直在開發QLC相關技術。2016年，英特爾研發團隊將浮動柵極技術的方向改為垂直，并包覆在柵極中。此項改進使3DTLC技術的存儲密度提升至384Gb/die。到2018年64層3DQLC閃存芯片成為現實，存儲密度達1,024Gb/die。

身處以需求為導向的存儲市場中，加上行業內企業之間競爭激烈，定會催生更多先進技術。無論是100+層堆疊的3D NAND還是QLC甚至PLC技術都是為更好的滿足日益增長的存儲需求。而隨著5G部署推進，物聯網、車聯網、人工智能將會釋放出更多的市場需求，存儲市場也將會迭代出性能更優，容量更大的存儲產品。

美光

2020年4月12日，美光科技發布全新容量和功能的美光5210 ION 企業級SATA固態硬盤（SSD），使用了美光64層堆疊3D QLC閃存，鞏固了其在QLC技術量產領域的領導地位。美光5210基于公司先進的QLC NAND技術，正迅速取代傳統機械硬盤(HDD)。

美光存儲產品事業部市場副總裁Roger Peene表示：“美光5210 SSD自兩年前推出以來，獲得了強勁的市場反饋，這印證了QLC技術在數據中心的崛起。我們自豪于推動了新興的QLC數據中心應用，讓客戶在諸多層面獲益，包括更快的速度、更低的延遲、可觀的節能性及具備競爭力的價格?！?/p>

聯想數據中心集團數據中心基礎設施業務總監JohnDonovan表示：“美光的SSD基于創新且擁有更佳耐用度的QLC技術，使客戶能夠安全地處理眾多工作負載，滿足了日益增長的性能和容量需求。聯想ThinkSystem解決方案現已搭載美光5210 QLC SSD?！?/p>

據悉官方介紹，美光5210 ION SSD現已量產，能通過幾乎所有主流服務器OEM廠商、全球領先的經銷商、分銷商和系統供應商購買，其單價與10K企業級HDD相近。

三星

2018年11月28日，三星電子正式發布新一代860QVO系列固態硬盤，這是三星首款面向消費級市場的QLC閃存硬盤。

三星860 QVO SSD采用傳統的2.5寸盤規格，內部為三星自主MJX主控、三星自產V-NAND QLC閃存顆粒，容量直接1TB起步，另有2TB、4TB，分別配備1GB、2GB、4GB LPDDR4緩存。

性能方面受SATA 6Gbps的限制只能算是標準水平，持續讀寫最高550MB/s、520MB/s，隨機讀寫最高97000IOPS、89000IOPS。

根據三星公開的消息，旗下QLC閃存SSD還有980QVO系列，采用M.2規格并支持NVMe。

西部數據/鎧俠

2020年2月1日消息，西部數據正式宣布了新一代閃存技術BiCS5，這是西數與鎧俠聯合開發而成的，在原有96層堆棧BiCS4基礎上做到了112層堆棧，有TLC及QLC閃存兩種類型，最高核心密度1.33Tb，是目前存儲密度最高的產品。

西部數據存儲芯片技術和制造高級副總裁Steve Paak博士表示，“在進入下一個十年的時候，一種新型的3D閃存對持續滿足不斷增長的數據容量及速率的需求至關重要，而BiCS 5的成功研發體現了西數在閃存技術上的領導地位及路線圖的強大執行力?！?/p>

西部數據最早于2017年7月25日宣布成功開發了四比特單元的閃存顆粒（Four-Bits-Per-Cell，BiCS3X4），也就是QLC，用于旗下的64層3D閃存產品。2018年7月20日，公司發布公告稱，公司第二代QLC閃存已經出樣，年內出貨，使用的是96層堆棧的BiCS4技術，核心容量1.33Tb。

2019年11月3日消息西部數據宣布，其首批基于3D QLC NAND內存的產品已經開始發貨。西部數據總裁兼首席運營官邁克卡達諾表示，在2019年第三季度(2020年第一財季)，該公司“開始推出96層基于3DQLC的零售產品和移動便攜固態硬盤”。

為何存儲大廠都在積極推廣QLC技術？

首先對比來看，NAND可以分為SLC（單層次存儲單元）、MLC（雙層存儲單元）、TLC(三層存儲單元)以及QLC（四層存儲單元）。固態硬盤依靠閃存芯片來存儲數據，里面存放數據最小單位叫作“Cell”，SLC每個cell可以存放1bit數據，MLC每個cell可以存放2bit數據，TLC每個cell可以存放3bit數據，而QLC可以存放4bit數據。

QLC、SLC、MLC、TLC顆粒對比

為了小白更好的理解其中的意義，舉個例子，我們將芯片可以看做一張畫滿格子的紙張，cell相當于紙張上的一個個的格子，數據看做是一個黃豆。也就是說，SLC方案每個格子中只能放入一顆黃豆，所以存儲空間較小，MLC方案每個格子可以放入兩顆黃豆，TCL方案每個格子可以放入三顆黃豆，而QLC方案每個格子可以存放四個黃豆，成本不變的情況下，存儲空間較大。要知道這個紙張（芯片晶圓）價格也十分昂貴的，也就是說同樣的晶圓如果做成SLC只有128G，做成MLC就有256G了，做成TLC的話變成512G，而做成QLC我們可以做成更大容量，而成本是相同的。

每一個Cell單元存儲數據越多，單位面積容量就越高，但是同時會導致不同電壓狀態越多，并且越難控制，所以采用QLC顆粒的固態，雖然容量更大價格更便宜，但是穩定性較差，并且P/E壽命較低，速度最慢。

也就是說，QLC技術雖然能帶來更大的存儲容量以及更低廉的單位成本，但是因為其穩定性較差以及P/E壽命僅為SLC的百分之一而備受質疑，這也是阻礙其大規模普及的重要原因。

隨著對NANDFlash研究的深入，人們發現NANDFlash顆粒僅在寫入時會產生磨損，而讀取應用產生的磨損微不足道。因此，QLC閃存產品可充分利用NANDFlash這一特性，結合其高密度，成本經濟的優勢，在讀取密集型應用上發揮天獨厚的優勢。此外，主控及糾錯技術的發展也可以幫助彌補QLC的先天缺陷。

長江存儲緊跟業內主流步伐，率先推出單顆Die容量達1.33TbQLC閃存產品，也是看重QLC技術憑借更高的存儲密度及更經濟的成本優勢在讀密集型為主的應用中巨大的市場潛力。

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