第八代BiCS FLASH已然投入量产,意味着基于BiCS FLASH的产品也将得到新一轮升级。全新的BiCS FLASH无论在存储密度、性能都有了显著提升,特别是2Tb QLC NAND是当下业界内最大容量的存储器。
为了让第八代BiCS FLASH突破存储限制,铠侠通过专有工艺和创新架构,实现了存储芯片的纵向和横向缩放平衡,所开发的CBA(CMOS directly Bonded to Array,外围电路直接键合到存储阵列)和3.6Gbps接口速度,给AI应用、数据中心、移动设备提供了更多潜在可能。
技术永远不是一蹴而就,在第八代BiCS FLASH突破限制背后是铠侠对技术的不断创新和积累,在第八代BiCS FLASH已经发布的此刻,不妨让我们一起看看第八代BiCS FLASH厉害在哪里。
摆脱高层数的桎梏
与许多芯片制造商宣传的工艺制程,不再代表晶体管之间的实际距离类似,NAND堆叠的层数其实也不再是唯一影响存储容量与占用空间之间的关系。在单位空间内想尽办法装入更多的存储单元,打造高密度的存储设备,提升存储密度才是最终的目的。
在闪存技术由2D转向3D的过程中,铠侠深刻感受了这一点,虽然通过布线的微细化,提高了每枚硅模的存储容量和存储密度,但当布线宽度达到15nm的时候,设计团队发现微观世界下,更多问题浮出水面,比如各层晶圆制作需要更薄,而且进行堆叠会使得晶圆高度有所增高,而为了形成存储单元,则需要加工出极深且极细的孔,这就不可避免的需要导入最先进的设备,而这将花费庞大的成本。
因此单纯的提升堆叠层数可以在一定程度上解决存储密度的问题,但不是提升存储密度的唯一解,在成本可控的前提下实现高密度、高性能存储成了重要的问题之一,对存储通孔深度、平面方向设计、工艺等各种要素进行优化,横向压缩密度,进而开发出成本与性能都能达到平衡的产品。218层的第八代BiCS FLASH正是在这样的前提下诞生的。
第八代BiCS FLASH所采用的CBA(CMOS directly Bonded to Array)
两片晶圆,合二为一
第八代BiCS FLASH首先遇到的问题是CMOS电路和存储单元的晶圆需要不同的温度进行处理,CMOS在高温处理中会遇到晶体管特性恶化的问题,而存储单元制造则需要高温处理来实现对应的特性。如何处理CMOS和存储单元不同温度的需求,工程师给出的最终解决方案便是CBA(CMOS directly Bonded to Array)架构。
CBA与以往单个晶圆制造CMOS逻辑电路与存储单元完全不同,而是分成了两片分别制造,然后再进行翻转后贴在一起,从而实现不同工艺都可以发挥更大优势,也可以进一步压缩生产时间。
但两片晶圆贴合不是一件容易的事情,为了确保闪存的可靠性,必须以极高的精度进行对位,如果将300mm直径的晶圆贴合,精度需要维持在0.003mm以内,否则会导致NAND FLASH无法工作,或者寿命与可靠性降低。
第八代BiCS FLASH的300mm晶圆
因此在晶圆贴合的时候,晶圆表面需要高强度的平坦化处理,得益于累计的经验,铠侠已经能够很好的实现这一点。与此同时,在存储密度上,第八代BiCS FLASH有了显著提升,即便在NAND层数低于友商的前提下,仍然可以让存储密度高出对手大约15%到20%。
第八代BiCS FLASH的电⼦显微扫描成像图
图中的粉色线表示贴合面,上部为存储单元阵列,下部为CMOS电路
得益于逻辑电路和结构的优化,第八代BiCS FLASH在提升存储密度的同事,性能也有所提升,包括写入性能提高了20%,读取速度提高了10%,耗电量减少了30%(写入时),接口速度达到了3.6 Gbps,接口速度表现上也优于同级别产品,从而带动最终产品性能提升,比如SSD、UFS存储器等等。
由于在第八代BiCS FLASH中导入了CBA架构而使千兆位密度得到了大幅度的提高
为AI提供更多可能
第八代BiCS FLASH推出的同时,基于第八代BiCS FLASH的QLC存储器也已经开始送样,铠侠通过QLC技术打造了目前业界最大容量的2Tb规格,这意味着当一个封装内堆叠16个Die的时候,就能做到单个存储芯片实现业界领先的4TB容量,2个存储芯片就可以实现16TB容量。
同时,存储芯片也使用了更为紧凑的封装设计,尺寸仅为11.5 x 13.5 mm,高度为1.5 mm,可以更好的节省机器的内部空间。特别对于轻薄型笔记本而言,只需要1个M.2 2280接口,配合单面的消费级SSD设计,就可以实现16TB的存储空间,装载更多大模型、视频素材、3A游戏变得轻而易举。
同样如果应用到诸如手机的移动端中,在相同的物理空间内,OEM和ODM也有机会装入更大容量的存储,让智能手机跨入2TB以上的存储空间变得更为简单。相比现在主流的第五代BiCS FLASH QLC产品,第八代BiCS FLASH 2Tb QLC的存储密度提升了约2.3倍,写入性能提高了约70%。
服务器与数据中心领域更是第八代BiCS FLASH 2Tb QLC发挥价值的地方。随着人工智能AI推动密集型数据运算,迫使HBM(高频宽内存)在数据中心的服务器上的应用不断深入,但是其耗电量极高。因此,市场对低耗电量的小型、轻量型SSD的需求越来越大。第八代BiCS FLASH 2Tb QLC可以做到单个企业级SSD就能实现现有产品无法企及的大容量,并且耗电量更小、更轻量化,进而促使HDD向SSD升级的速度。
第八代BiCS FLASH的目标是应用于更为广泛的用途,包括与越来越多被PC所采用的PCIe 5.0兼容的SSD,以及面向智能手机的存储设备、数据中心SSD、企业级SSD以及车规级存储设备,相信不久的将来,基于第八代BiCS FLASH的产品将会越来越多,铠侠将与合作伙伴们一起,为存储创造全新的价值。