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英特尔在NAND技术创新和产业引领上有这三点

几十年的IT产业发展史中,各种新技术不断涌现,许多旧技术遭到淘汰,过程中有许多企业兴起,有许多企业走向没落,很少有企业能在一个产业几十年如一日的耕耘,作为这种少数派之一,英特尔在内存存储上的表现就非常有代表性。

本文将通过回顾英特尔内存与存储业务发展史,来认识英特尔在NAND上的技术创新和产业引领方面所做的工作。

正文:

英特尔内存存储业务的发展历程真可谓是波澜起伏。1968年,仙童半导体出来的两个人,罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔创立了英特尔,专注于硅栅MOS内存芯片和多芯片内存模组业务。在几乎所有半导体公司都专注于逻辑器件的时候,英特尔看到了存储器在前晶体管时代的困境。

1969年,DRAM问世,而后,经过日本厂商在DRAM市场上长达十几年的猛烈炮火后,英特尔在1985年宣布退出DRAM市场,转而为IBM制造处理器芯片,后续的剧本就是,IT产业界迎来了WinTel时代,英特尔建立了一个x86帝国。

英特尔在1988年发布了一个开创性的存储技术——NOR-flash,随后,NOR-flash开始取代EPROM,而后,在英特尔正在NOR-Flash市场发力的同时,一种在移动设备上用的存储介质NAND开始兴起。

2005年前后,NAND在MP3、U盘之类的电子设备中广泛使用,NAND市场份额开始逐步超越NOR-flash。在这种大背景下,英特尔选择与美光基于NAND技术建立了合作关系。2005年,双方合资成立了IM-Flash公司来生产NAND芯片,IM-Flash在NAND技术产品上不断突破。

2018年,美光宣布收购英特尔持有的IM-Flash股份,2020年,英特尔决定退出NAND闪存存储市场,将NAND产品线出售给SK海力士,英特尔似乎不太喜欢NAND市场的价格变化和激进的投资风格,出售NAND业务之后,英特尔则是要专注于颇具突破性的傲腾技术了。

将一个技术进行产品化和商业化,并建立一整套生态系统其实非常困难,以英特尔傲腾为例,为了让更多人接受新技术,英特尔花了很多时间和精力来培育整个生态系统。

从DRAM到NOR-flash再到傲腾,英特尔都站在比较前沿的位置来思考问题,英特尔在NAND上,有哪些技术创新和产业引领的意味呢?

一直以来,英特尔既有傲腾也有NANDSSD产品线,由于傲腾的突破性太过明显,以致于许多人对于英特尔NAND业务的形象有些模糊,从最近的几次沟通中,我开始重新认识到了英特尔NAND业务线的优势和差异。

关于英特尔NAND产品线的技术创新和产业引领,我总结了三点:

第一点:产业引领,把QLC带入企业级市场

英特尔是最早将QLC SSD用在企业级市场上的,为了将QLC的大容量优势发挥出来,英特尔还贡献了像Ruler这种From Factor,将QLC的密度优势发挥到了一个极致。

2018年,英特尔率先在市场上推出了第一代的QLC SSD,2021年,最新一代的NAND达到了144层。目前,英特尔QLC SSD的用户是以互联网公司为主,在互联网数据中心的软件定义存储方案、以及CDN场景中有较多应用。

英特尔NAND产品与解决方案事业部中国区销售总监倪锦峰表示,从MLC切换到TLC过程非常快,因为TLC提供了与MLC相近的耐久性表现,性能表现甚至比MLC还强。然而,QLC与TLC的寿命和性能差异就比较明显,替换难度相对更高一些。

倪锦峰还表示,用户想把QLC用好得需要比较复杂的优化工作,大的互联网公司会自主进行优化,但由于各个领域用户技术实力不同,客观上QLC在不同行业进一步落地的情况也不尽相同。

不过,倪锦峰对于QLC的发展持乐观态度。预计到2025年,QLC有望占15%—20%的份额,英特尔在QLC领域走的比较靠前,未来还会推出更多的QLC相关的企业级产品。

在倪锦峰的预期中,他希望通过架构方案层面的创新,关注包括软件存储在内的各种新技术趋势,让QLC能够尽快替代一部分TLC,甚至能够替代一部分的磁盘。

除了产品方案本身以外,倪锦峰还谈到了NAND SSD对于碳中和的意义,SSD在空间成本、设备成本以及散热维护成本方面的优势也将有助于QLC技术的加速发展,这也算是对于NAND SSD市场发展的一个利好消息。

第二点,更有发展前景的NAND技术路线

英特尔在NAND技术路线上有许多独到之处,毕竟是在NAND技术上有十几年的积累了。

英特尔在NAND技术上选择的技术路线叫垂直浮动栅极技术,它通过隧道氧化层来控制电子,通过离散单元隔离将跨单元干扰的风险降至最低,而且,它能将垂直单元中的电子数量提高大约6倍,与电荷捕获NAND浮栅技术相比,电荷控制能力大大提高,实现了更高的可靠性。

与替换栅极的方案相比,浮动栅极方案有更好的编程/擦除阈值电压窗口,浮动栅极的单元之间有更好的电荷隔离/保留能力,浮动栅极的密度性能更高,更适合用在大容量存储盘上。

与其他方案相比,英特尔的NAND技术的发展前景更大,更能满足企业用户不断增长的数据需求,英特尔的方案能在保证可靠性的基础上,将容量做的更大。

第三点,应用普及,颠覆用户对于QLC的认识

许多人提起QLC都觉得它的写入寿命会比较短,但在英特尔手里,凭借NAND介质层次上的创新,在一些产品中大幅提升了QLC NAND固态盘的耐久性,耐久性表现是同类产品的4倍。

英特尔给出了这样一个数据,从实际应用来看,只有15%的固态盘额定寿命用于大规模部署,还远远没到需要担心固态盘额定寿命的时候。

从性能方面来看,QLC NANDSSD的读取带宽能达到TLC NAND的水平,时延和服务质量方面,与TLC NAND SSD表现也几乎没有差别。

从技术成熟度来看,目前英特尔在QLCNAND上已经有了较多积累,目前QLC NAND已经进化到了第三代,在应用场景方面也在不断延展。

QLC NAND SSD的适用场景

大致可以看到,经过优化的QLCNAND SSD在寿命和性能表现上与TLC非常接近,这为QLC在更多场景中的应用打下了基础。

结语

以上就是英特尔在企业级NAND产品线上的发力重点。从QLC的应用和普及上来讲,短时间内,应该还是在大型互联网公司中目前应用的比较多,它需要服务商对QLC有足够的了解,需要针对特定场景来选用,需要做一些针对性的优化,应用门槛是有的,但收效也是可预期的。

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