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Flash内存成长无极限 3D NAND/SSD应用大热门

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来源: 新电子   发布者:新电子
热度42票   时间:2018年2月12日 04:36
物联网的发展导致无论消费性电子、企业、工业、汽车市场对SSD的需求都急速攀升,为NAND Flash内存、控制芯片、SSD模块等供应链业者带来绝佳的成长机会,本活动邀集SSD领域重要厂商, 前瞻未来技术规格的演进与市场应用趋势。

以NAND Flash为基础的固态储存(SSD)势力版图全面扩张。 在4K影音、虚拟现实(VR)与扩增实境(AR),以及日益蓬勃的物联网智能感测等应用趋势驱动下,无论消费性电子、企业、工业、汽车市场对SSD的需求都急速攀升,为NAND Flash内存、控制芯片、 SSD模块等供应链业者带来绝佳的成长机会,相关厂商无不卯足全力开发更高规格的新一代解决方案。

整体而言,2017年SSD最大的变化在于技术规格的升级,如多信道PCIe SSD的快速崛起,以及读写效能、扩充性和省电方面的突破。 展望2018年,随着3D NAND内存良率与产能提升,与控制器、模块商技术精进,SSD产品效能势将再写新页,市场渗透率亦将更形扩大。 本活动邀集SSD领域重要厂商,前瞻未来技术规格的演进与市场应用趋势。

物联网自2014年台积电董事长张忠谋的演讲中为业界所瞩目,但IoT这个名词最早可以追溯到1999年,大心电子副总经理陈志青(图1)表示,截至2017年广义的物联网装置达到100亿个, 不过预计2020年还将成长五倍达500亿个。 其中装置不断产生数据,而大量数据也带动储存需求,2017年人类产生的数字数据约25皆字节(Zettabytes, ZB),「皆」代表10的21次方,2025年更将产生163ZB的数据量。

IoT驱动固态储存需求成长

在IoT的应用上,SSD与传统的磁式储存相较,有效能佳(High Performance)、可靠度高(Reliability)、低耗电(Low Power)、弹性构装设计(Flexible Form Factor)等特点。 陈志青说明,在效能部分,SSD的传输接口从1990年代采用PATA,传输速度约133MB/s,到2006年以后演进到SATA/SAS接口,传输速率提升为6~12Gbps,2013年以后再进化到PCIe接口加NVMe协议, Gen3版本四信道架构可以提供32Gbps的速率,传输效能也较SATA/SAS翻倍。

在可靠度部分,Flash为了维持数据完整性,建立了许多数据保护机制,如瞬间断电回复(SPOR)、错误检查及校正(Error Checking and Correcting, ECC)等,一般而言SSD的年故障率(AFR)在1% 以下,磁式硬盘则约3%。 运作可靠性部分,SSD因为机械结构少,在抗震度、噪音甚至操作温度区间都有不错的表现。 另外,SSD也透过监控软件监测储存单元的健康状况,降低非预期的当机状况。

控制器为Flash效能把关

而闪存Flash近几年效能不断提升,包括制程、储存单元、堆栈层数、立体结构、传输接口等全面性的进步。 不过也因为高速的发展,事实上,Flash颗粒会出现越来越多瑕疵,必须靠更多管理机制的协助,维持其效能,群联电子创新技术研发事业群资深经理许江汉(图2)说,这也是Flash需要搭载控制器(Controller)的主要原因。

Flash控制芯片负责数据保护,许江汉解释,ECC技术因应Flash容量的提升,并走向3D立体化半导体结构,也从过去的BCH(Bose Chaudhuri Hochquenghem)发展到低密度奇偶修正码(Low Density Parity Check, LDPC)。 比起BCH算法,LDPC拥有更高的解错效能,如(图3)所示。 透过LDPC新一代错误修正技术,将能为3D TLC NAND带来更高的错误校验能力,进一步提升数据稳定性及P/E Cycle,并搭配RAID ECC强化除错率。

未来SSD的发展朝向M型化的两端发展,许江汉进一步说明,高阶的SSD很多是应用在游戏上,制程采用非常先进的1x奈米(nm),控制器内建多核处理器,并采用可靠性较高的MLC内存颗粒,导入OPAL 2.0机密技术, 并搭载超级电容降低数据损失率。 低阶的SSD则以成本为重点,可能不搭载DRAM,并分享系统的内存HMB(Host Memory Buffer),同时也不搭载AES加密,只跑两信道、采用数据压缩技术节省空间,支持较低阶的内存,并使用更多Cell的颗粒。

工业应用高度客制化发展

工业应用在物联网时代也是有高度潜力与市场的应用领域,与一般消费性的应用相较,英柏得科技总经理林传生指出,工业应用SSD客户是企业,并有高度客制化的需求,产品生命周期要求较长,约是五~二十年,质量要求也较高, 要求长期技术服务支持,设计导入周期相对较长,应用领域则非常特定,作业环境也相当多元,并可能于严苛环境高温、低温、高震动与高尘环境下操作。

实际应用在如智能量表(Smart Meter)、测量仪器、售票机、工厂自动化、工业计算机/笔电、POS系统、健康照护装置、安控产品、自驾车与服务器等。 汽车导入智能化与发展自架系统是近年非常热门的领域,操作环境也与工业应用类似,包括车用影音、导航系统,资通讯系统、先进驾驶辅助系统(ADAS)、行车纪录器、数字仪表与自驾车(Autonomous Driving System) 等,都具备高度潜力。

整体而言,工业与汽车应用未来将持续发展,同时也带动SSD在这些领域的应用与成长。 林传生认为,SSD有各种不同的规格、接口、容量、制程、操作需求等,工业与汽车应用在每个层次都要仔细定义,依照应用需求选定规格,并仔细调教,让整个系统的效能与稳定性都达到标准,须注意的细节比消费性应用来的琐碎与严谨。

利基型应用关键在满足特殊需求

工业应用除了市场需求大,对于技术、稳定性的要求也较高,宜鼎国际工控Flash事业处副理林晨欢(图4)说,相较于消费性应用,工业应用的Flash导入新产品的技术会慢一点,工控的内存颗粒预计在2018年才会采用3D TLC的产品,至于四cell的QLC可能还要晚于消费性应用导入的2020年,大概一到二年的时间。

在工业应用的模块类型上, M.2相较于标准的SATA的SSD构装类型,林晨欢认为,M.2模块可以设计成较小的模块,对于物联网的应用非常便利,同时其透过PCIe接口,可以提供高带宽传输,另外也支持多重接口与应用,设计上非常弹性与便利,相信是未来工业应用的趋势之一。

在各式不同应用的需求上,林晨欢举例,服务器的应用需要长时间运作,因为有大量数据需求,所以通常需要小体积与高容量的解决方案,同时智能数据保留(Excellent Data Retention) 技术与更长的产品寿命是这类应用的需求重点。 在比较特别的航天与军事应用上,首要重点就是安全(Security),包括数据的安全抹写(Secure Erase),也就是将数据完全消除,终极的方式就是用高电压将数据彻底烧毁完全无法回复。 另外如保护涂层(Conformal Coating)与100%数据完整性(Data Integrity)等,都是其特别的需求。


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