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同步 -1558 ddr4以前瞻性的高传输速率、v- 低功耗与更大记忆容量,在2014年下半将导入英特尔工作站/伺服器以及桌上型电脑平台,并与lp-ddr3存储器将同时存在一段时间;至于nand flash快闪存储器也跨入1x 制程,mlc将以islc/eslc自砍容量一半的方式,提升可抹写次数(program erase;p/e)来抢占要求耐受度的军方与工控市场,而c/p值高的tlc从随碟、记忆卡的应用导向低端ssd…
ddr4伺服器先行 2016ddr3成为主流
处理器(cpu)、绘图芯片(gpu)运算效能随摩尔定律而飞快进展,加上云端运算、网际网路行动化浪潮下,持续驱动动态存储器(dynamic ram;dram)的规格进化。从非同步的dip、edo dram,到迈向同步时脉操作的sdram开始,以及讯号上下缘触发的ddr/ddr2/ddr3/ddr4存储器,甚至导入20 与新型态的wide i/o介面以降低讯号脚位数与整体功耗。
处理器速度与云端运算持续驱动动态存储器规格的演变,从dip、edo、sdram到ddr/ddr2/ddr3/ddr4。samsung/micron/intel
ddr4较以往不同的是改采vddq的终端电阻设计,v- 目前计划中的传输速率进展到3,200mbps,比目前高速的ddr3-2133传输速率快了50 ,将来不排除直达4,266mbps;bank数也大幅增加到16个(x4/x8)或8个(x16/32),这使得采x8设计的单一ddr4存储器模组,容量就可达到16gb容量。
而ddr4运作电压仅1.2v,比ddr3的1.5v低了至少20 ,也比ddr3l的1.35v还低,更比目前x86 ultrabook/tablet使用的低功耗lp-ddr3的1.25v还要低,再加上ddr4一次支援 省电技术(deep power down),进入休眠模式时无须更新存储器,或仅直接更新dimm上的单一存储器颗粒,减少35 ~50 的待机功耗。
将来迈入20 制程时,会导入3d立体堆叠加矽钻孔(3d stacks+tsv)封装技术,以及针对绘图芯片、移动设备提出低脚位数的wide i/o,来提升dram存储器单位容量与频宽。
英特尔将分别把ddr4规格导入伺服器/工作站平台,以及桌上型电脑平台(high-end desktop;hedt)。前者是伺服器处理器xeon e5-2600处理器(代号haswell-ep),搭配的ddr4存储器为2,133mbps(ddr4-2133);后者则是预定 三季推出的8intel core i7 extreme edition处理器,同样搭配ddr4-2133存储器,以及支援14组usb 3.0、10组sata6gbps的x99芯片组,成为2014 4季至2015年上半年英特尔的桌上型电脑平台组合。
而超微(amd)下一代apu(代号carrizo)已至2015年登场,但其存储器支援性仍停留在ddr3。至于移动设备部份,安谋(arm)针对伺服器市场打造的64位元cortex-a57处理器,已预留对ddr4存储器支援,而 三方ip供应商也提供了相关的ddr4 phy ip。
三星于2013年底量产20 制程的4gb存储器颗粒,将32gb的存储器推向伺服器市场;2014年1月推出移动设备用的低功耗ddr4(lp-ddr4)。sk海力士在2014年4月借助矽钻孔(tsv)技术,开发出单一ddr4芯片外观、容量达128gb。市场预料ddr4将与ddr3(ddr3l、lp-ddr3)等共存一段时间,预计到2016年才会ddr3而成为市场主流。
随着采用传统2d平面制程技术的nand flash即将nand flash大厂纷纷开始采用3d堆叠制程技术来增加密度。旺宏(macronix)在2006年提出multi tft(thin film transistor)的堆叠nand设计概念,同年samsung也发表stacked nand堆叠式快闪存储器,2007年东芝发表bics,2009年东芝发表p-bics、三星发表tcat、vg-nand与vsat,2010年旺宏发表vg tft,2011发表pnvg tft,同年hynix也发表hybrid 3d技术。2010年vlsi研讨会,旺宏公布以75 制程,tft be-sonos制程技术装置的vg(垂直闸) 3d nand技术。预计2012年进入55nm制程,2013年进入36nm制程,2015年进入2xnm制程,制程进度落后其他大厂甚多。
三星(samsung)同样于2006年发表stacked nand,2009年进一步发表垂直通道tcat与水平通道的vg-nand、vsat。2013年8月,三星发布名为v-nand的3d nand flash芯片,采用基于3d ctf(charge trap flash)技术和垂直堆叠单元结构,单一芯片可以集结、堆叠出128 gb的容量,比目前20nm平面nand flash多两倍,性、写入速度也比20nm制程nand flash还高。三星目前在3d-nand flash应用进度其他业者,v-nand制造基地将以韩国厂与新设立的西安厂为主。其v-nand目标直接挥军伺服器等级固态硬碟,从2013年 四季开始,陆续送样给伺服器业者或是资料 制造商进行测试。
东芝(toshiba)以2009年开发的bics—3d nand flash技术,从2014年季起开始小量试产,目标在2015年前顺利衔接现有1y、1z 技术的flash产品。为了后续3d nand flash的量产铺路,东芝与新帝(sandisk)合资的日本三重县四日市晶圆厂,期工程扩建计划预计2014年q3完工,q3顺利进入规模化生产。而sk海力士与美光(micron)、英特尔(intel)阵营,也明确宣告各自3d nand flash的蓝图将接棒16 ,计划于2014年q2送样测试,快于年底量产。
由于3d nand flash存储器的制造步骤、工序以及生产良率的提升,要比以往2d平面nand flash需要更长时间,且在应用端与主芯片及系统整合的验证流程上也相当耗时,故初期3d nand flash芯片将以少量生产为主,对整个移动设备与储存市场上的替代效应,在明年底以前应该还看不到。
移动设备的快闪存储器容量、速率进展
移动设备所需要的gb储存容量,据估计每部手机搭配的nand flash容量,将从2012年5.5gb增加到2015年的25.1gb;每部平板电脑搭配nand flash容量,从28.7gb增加到2015年的96.1gb。
emmc(embedded multimedia card)是jedec协的储存媒体规范,其藉由将mmc controller跟nand flash封装成一颗芯片的方式,移动设备无须顾虑着nand flash制程与规格的改变,与新世代nand flash搭配的快闪存储器控制芯片与韧体的搭配,进而简化体积与电路设计。2013年有4.5亿部移动设备均使用emmc。
而universal flash storage(ufs)将以往emmc安、低功耗、小尺寸封装的应用, 目前ssd所使用到的高速串列介面技术,目前ufs 1.1规格传输速率达到3gbps,未来ufs 2.0将可进一步达到6gbps。因ufs跟既有的emmc介面迥然不同也无法相容,相关产业供应链尚未齐,整个产业 尚未建立,ufs产品预估2014年才有小量产品出现在市面上,且因成本因素会瞄准在市场,ufs与emmc两者届时会并存在市场上一阵子。