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96层3D NAND量产,主控厂商不能承受之“重”?

自2016~2017年闪存大厂纷纷转入3D NAND Flash,经历32层,48层,64层,72层,3D NAND已经迈进96层的阶段。三星、东芝、西数、SK海力士、美光、英特尔陆续量产96层3D NAND和64层/96层QLC。向来紧跟闪存原厂进程的主控厂商也全面支持3D NAND,技术研发向更高阶挺进,这对主控厂商的投入、技术要求和市场拓展都是不小的挑战。

闪存层数高,主控拼技术拼投入

随着各家闪存原厂96层3D NAND和64层/96层3D QLC的量产,更大容量、更高性价比的闪存将流向市场,闪存主控芯片厂商的挑战也更大。

理论上,Flash层数越多,品质越差,得一微电子市场总监罗挺解释,原因是Flash每一层变薄,芯片厚度增加不多,那么它的可靠性是一个重要问题,这就要求主控芯片能够具备更强的能力,例如进行LDPC纠错、保护内存等等。

3D NAND的层数并不会在更新换代时翻倍,从32层到64层再到96层,以及接下来128、144层的3D NAND,层数的增加或将有极限,不过,每当层数增加对主控芯片的要求将更加严苛。

闪存芯片价格下降迎来了利好,更重要的却是闪存主控芯片厂商所应对的技术挑战非常大。这也增加了闪存主控芯片的研发投入,甚至超过了几年前的好几倍。

实际上,尽管存储容量一直在提高,而数量未必有显著增长。群联董事长潘健成表示,独立芯片厂的控制芯片市场规模的成长幅度低于储存容量需求的成长率,控制芯片取得的获利也变薄,若要跨入闪存IC设计这一行业,进入门槛被垫高。

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另外, NAND Flash正式进入3D制程发展,其相关控制芯片之晶圆制造制程则在近两年正式进入1x纳米时代,因此NAND Flash控制芯片的设计愈加复杂、所需要运用的人力及资金等资源耗费较市场成长的幅度高。以目前全球PC Ie规格效能跑分评鉴最佳的群联电子SSD控制芯片PS5012-E12来看,该颗芯片的成功除了累积数十年的功力外,在研发人力、时间、设计工具、晶圆先进制程光罩费、3D NAND验证费等等资源全数换算为可被评价的费用,总计超过1.55亿人民币,相较18年前群联电子初创业时的环境所需投入成本多了好几倍。

汽车、边缘计算、5G对存储主控是机会也有难点

慧荣科技总经理苟嘉章认为,现在汽车内所用存储容量在8G或64G,其实容量并不大,存储空间主要用于电子仪表板、数字图形等内容的存储。真正的容量大爆发将出现在2020年,也就是5G到来的时候,届时数据传输量庞大,一个2小时的视频可以10秒内下载,大量的用于智能分析人的行为、感知环境的数据以及娱乐需要被存储。

边缘计算将应用于未来的汽车,“汽车会有一个小型伺服器,以前伺服器都是放在公司或者数据中心,未来汽车就有伺服器,它可以进行快速运算、判断, 这些不是丢到云端完成,而是在本地,边缘计算与AI人工智能结合,未来对存储的需求将非常大。现在,美国、日本已经将无人驾驶用于大货车点对点运行送货,一旦无人驾驶开始大规模应用,将给NAND带来更多机会。

慧荣在汽车工业布局已久,苟嘉章表示,慧荣与奥迪已合作3年,在中国也布局了近3年时间。已经与导航系统厂商建立合作,并逐步进入边缘计算领域,它需要更高速、更低延时的存储,这也是慧荣产品的方向。车用电子又有着严苛的规格要求,尤其与安全相关的器件门槛甚高。闪存主控芯片的设计要符合车规设计过程,半导体制程需要特殊制程,软件也需合规。总之整个设计要比应用于消费电子的更高更强。

苟嘉章说,目前存储做到匹配汽车的Level 1级,至于Level 3级要与NAND大厂评估,估算投资回报率。另外,慧荣在边缘计算上发力,已经通过与闪存厂商、代理商、系统商的合作逐渐打入汽车大厂。

云计算和数据中心将消耗大量的存储,SSD取代HDD的形势也非常紧迫,尽管SSD价格贵,很多云端大厂仍然愿意采用它,原因在于HDD的缺点是寻找定点的时间太长,再进行运转,找回数据,这个过程耗时且产生大量热量。整个数据中心最花钱的地方不是设备,而是散热和耗电量。QLC将以更高的性价比支撑存储量的巨大需求。

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3D NAND的堆叠在128层、144层之后,越往上越困难,苟嘉章认为,2020到2021年左右,各家闪存大厂的竞争将聚焦于QLC,同时长江存储的128层3D NAND有望与全球闪存大厂接轨,参与直接竞争。

存储需求的增长点已经从智能手机、平板电脑等消费类电子扩展到互联网、人工智能、云计算、安防领域,存储主控厂商的产品布局和市场战略也迅速延伸。

主控厂商到了必须多元化时刻

投资与回报的平衡,这是主控厂商很关注的问题。在行业研发门槛高、利润薄的情形下, 怎样获得市场的回报?潘健成表示,群联电子不仅仅卖IC,过去18年来透过策略合作方式实现了IC设计一条龙的成功商业模式,不论是IC设计、系统整合、客制化服务或是制造,都能为客户提供最好的服务。

对于群联电子而言,有鉴于5G、物联网、车联网, 以及人工智能等多项创新科技的信息储存需求只增不减,人类使用内存容量的提升仍会为产业带来商机,加之群联电子过去以来的商业模式不是只卖IC,因此未来将擅用这多年来的产业经验值、逾1,700件的自有IP专利、逾千名的研发人员、专注经营闪存应用所掌握的市场弹性、一年逾13亿美元的营收,以及年平均出货6亿颗IC等规模经济之6大实力,并加以积极寻找长期合作的策略性伙伴,共同扩大发展闪存应用市场之伙伴们扩大市场及技术发展。

得一微在eMMC市场出货量庞大,占领消费电子最成熟最大量市场,据了解,TCL、中兴、传音等都是其客户。今年,eMMC控制器升级到YS8295型号,这款芯片是定位于3D NAND的eMMC5.X主控,支持LDPC算法,提供端对端的数据保护,提高了整个存储的性能和可靠性,给用户带来更好的应用体验,主要的应用领域包括智能手机、平板电脑等。

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SATASSD主控于今年中开始客户导入,目前已有三四个客户试用。下一代PCIe产品YS9203已经设计完成,预计2018年Q4正式量产。YS9203是一款适用于企业级和消费级的高性能PCIe Gen3x4 SSD主控,得益于硬件和固件上的优化,该主控将充分发挥NWMe1.3a的性能。该主控提供4个Lane和8个NAND Flash通道,支持3D MLC/TLC/QLC的NAND。使用2K码长的LDPC以及End-to-End的数据保护,提供了全面的数据保护和增强了3D NAND的持久性和保持性。

近两年,由于存储热,许多创业公司涌入, 一定程度加剧了行业竞争。“ 闪存芯片做出来容易,对闪存的理解却并非一两年功夫可以达到。对不同质量、不同厂家FLASH的理解, 对每一种产品不同客户群的掌握,是主控芯片厂商的竞争差异性。”罗挺回应道。得一微已经在eMMC、SD卡、U盘等领域积累了大量的产品经验,解决了从生产设计到BOM表控制等一系列问题,这是一个综合能力。同时,作为存储主控的市场跟随者,得一微珍惜自身的试错成本,出于降低市场风险考虑,推出成熟市场的产品,稳步前进。

数据显示,2020年中国物联网的整体规模将超过1.8万亿元人民币,中国大数据核心产业市场规模将达到586亿元人民币,车联网市场规模将突破500亿元人民币。2030年打造1500亿美元规模的人工智能产业。

慧荣推出全系列最新主控芯片解决方案,满足全方位市场需求,其包括专为数据中心、超高速Client SSD及适用于BGA SSD的PCIe SSD主控芯片为全方位存储市场带来最完整的解决方案,此外支持高速移动存储方案,慧荣将展示UFS 2.1主控芯片为移动设备提供无与伦比的高性能、大容量的嵌入式存储解决方案,将主流市场上的移动存储提高到新档次。

慧荣的移动存储主控芯片,自2015年累计出货量超过13亿颗,全球市占逾30%,未来也会继续为全方位的移动设备市场带来爆炸性成长。

苟嘉章表示:“我们看见中国市场在人工智能及物联网与互联网的极速发展,面对5G时代来临,针对数据资料急速增加,慧荣最新SSD及UFS主控芯片方案,协助我们在中国的合作伙伴可快速因应大数据存储需求的来临。”

本文为《国际电子商情》2018年11月刊杂志文章。

原创
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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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