Теги → 3d nand
Быстрый переход

Tsinghua запустила в Китае строительство третьего завода для выпуска 3D NAND

В пятницу глава компании Tsinghua Unigroup Жао Вейгуо (Zhao Weiguo) в присутствии глав местных муниципальных и партийных властей торжественно открыл церемонию начала строительства третьего завода для выпуска в Китае памяти 3D NAND. Новый завод при финансировании Tsinghua будет построен вблизи города Чэнду на площади 4,8 км2. Ожидаемые объёмы инвестиций в течение 5–10 лет составят $24 млрд. Это будет уже третий 300-мм по счёту завод для выпуска 3D NAND, который фактически финансирует Tsinghua.

Первый завод для выпуска 3D NAND при участии Tsinghua начала строить дочерняя компания Yangtze River Storage Technology (YMTC) вблизи города Ухань. Сейчас это предприятие выпускает 32-слойную 3D NAND в ограниченных партиях. Массовый запуск производства ожидается в начале 2019 года. Инвестиции в этот проект также составят около $24 млрд.

В феврале 2017 года Tsinghua приступила к строительству второго 300-мм завода для выпуска 3D NAND, но уже вблизи Нанкина. Первая фаза инвестиций в этот проект составила $10,5 млрд, по завершении которого предприятие ежемесячно сможет выпускать 100 тыс. 300-мм пластин с памятью 3D NAND. Суммарный объём инвестиций во все три проекта приблизился к $70 млрд. Эта цифра сравнима с закупками китайскими компаниями памяти иностранного производства. Так, в 2017 году Китай закупил памяти на $88,6 млрд. Оставлять подобные суммы в стране — это правильное решение.

Высокий уровень брака при выпуске 3D NAND QLC может повлечь рост цен на память

Как сообщают тайваньские источники в лице интернет-ресурса DigiTimes, все ведущие производители флеш-памяти столкнулись с проблемами при переходе на выпуск многослойной памяти с записью четырёх бит в ячейку (QLC). Ранее в этом году компании Samsung, Intel/Micron и Toshiba/WD объявили о завершении разработки памяти 3D NAND QLC и начали опытный или даже серийный выпуск новинок. Среди них память 3D NAND QLC не готова выпускать только компания SK Hynix. Последняя, напомним, в виде образцов начнёт поставлять многослойную QLC 3D NAND только через год.

QLC 3D NAND компании Toshiba

QLC 3D NAND компании Toshiba

Переход на производство памяти с записью четырёх бит в каждую ячейку — это логичный шаг по направлению к снижению стоимости хранения данных на носителях из твердотельной памяти. Переход на 3D NAND QLC должен быть массовым и повсеместным. К сожалению, если верить тайваньским источникам, уровень брака при выпуске 3D NAND QLC превышает 50 %, что не может привести к какому-либо удешевлению стоимости хранения. Более того, сообщается о значительных поступлениях в каналы продаж некондиционных чипов памяти. Вероятно, речь идёт о направлении в каналы продаж микросхем памяти с частично неработающими банками и этой продукцией якобы завалены склады.

По данным DigiTimes, нечто подобное, но в меньшем масштабе происходит с производством 3D NAND TLC. Многослойная память с записью трёх бит в ячейку массово выпускается второй год подряд и уровень выхода годных чипов 3D NAND TLC достаточно высок. В пересчёте на биты память 3D NAND сегодня удерживает свыше 60 % в потоке производства всей новой памяти NAND-флеш. Тем не менее, дальнейшее повышение уровня выхода годных микросхем 3D NAND TLC также может представлять для производителей трудно решаемую проблему. Как итог, рынок 3D NAND в первом полугодии 2019 года может быть подвержен кризису недопоставок, что приведёт к росту цен на флеш-память и продукцию на её основе.

SK Hynix готовится ввести в строй новый завод по выпуску 3D NAND

Череду ввода в строй новых линий по выпуску памяти 3D NAND продолжила южнокорейская компания SK Hynix. Вслед за Toshiba/WD и Intel компания SK Hynix готовится запустить новый завод M15 вблизи города Чхонджу (Cheongju). Торжественное мероприятие по вводу предприятия в строй намечено на 4 октября. Завод начнёт свою работу с выпуска передовой для SK Hynix 72-слойной 3D NAND, но уже в начале 2019 года приступит к выпуску 96-слойной 3D NAND.

Для SK Hynix массовый выпуск 96-слойной флеш-памяти станет долгожданной возможностью закрепить или даже улучшить своё положение на мировом рынке флеш-памяти. Сегодня она занимает пятую строчку в рейтинге крупнейших производителей NAND-флеш. С выпуском 96-слойной продукции SK Hynix сократит технологическое отставание от конкурентов и за счёт нового предприятия увеличит объёмы производства. Одновременно с этим, как легко догадаться, вновь начнёт повышаться градус конкурентной борьбы на рынке NAND.

В замыслах SK Hynix снизить зависимость от памяти типа DRAM. На этом рынке компания давно удерживает второе место. Совсем недавно доход компании на 90 % зависел от выручки от продаж микросхем оперативной памяти. К настоящему дню эта зависимость уменьшается и компания будет стремиться довести соотношение производства DRAM к NAND к такому, как у Samsung: 60/40. Новое производство M15 будет способствовать движению в этом направлении.

В мировых поставках NAND-флеш доля 3D NAND превысила 60 %

Сегодня кажется, что память 3D NAND была вечно, но первая память 3D NAND и накопитель SSD на её основе были анонсированы всего пять лет назад — в августе 2013 года. Первой память 3D NAND начала выпускать компания Samsung, и около года она выпускала 128-Гбит 24-слойные чипы практически себе в убыток. Прибыль пошла после освоения производства 32-слойной памяти. Конкуренты подтянулись после 2015 года и тоже начали массовый выпуск 3D NAND с 32-слойных микросхем.

В настоящий момент в массе выпускается 64/72-слойная 3D NAND (72-слойную память выпускает только компания SK Hynix). Согласно наблюдениям аналитиков, на которых ссылается популярный тайваньский интернет-ресурс DigiTimes, в пересчёте на вновь выпущенные биты 64/72-слойная 3D NAND в мировых поставках NAND-флеш удерживает долю свыше 60 %.

Интересно, компания Samsung Electronics уже не лидирует по показателю проникновения 3D NAND в производство NAND-флеш. В потоке NAND флеш-продукции Samsung доля 3D NAND составляет около 85 %. Компании Toshiba и Western Digital также высоко держат уровень проникновения многослойной памяти — до 75 %. Но дальше всех провела диверсификацию производства компания Micron Technology, которая сократила выпуск планарной NAND до 10 %, а производство 3D NAND расширила до 90 % объёма. Компания SK Hynix находится внизу списка с долей 3D NAND на уровне 60 %.

В 2019 году аналитики ожидают ввода в строй новых линий для выпуска 3D NAND от всех лидеров рынка, а также ждут появления на рынке памяти 3D NAND китайского производителя компании Yangtze Memory Technologies (YMTC). Наращивание объёмов производства и объёмов в пересчёте на биты обещает толкнуть цены на флеш-память вниз, что поспособствует снижению цен на устройства и накопители.

Intel в Даляне запустила вторую очередь линий: цель — 96-слойная 3D NAND

Три года назад компания Intel объявила о планах инвестировать в модернизацию китайского завода Fab 68 в Даляне $5,5 млрд. Компания как чувствовала, что время работы совместного с Micron предприятия IMFT на исходе. Тем самым Intel создала основу для самостоятельного производства достаточных объёмов многослойной памяти 3D NAND и, в перспективе, памяти 3D XPoint. Со следующего года, напомним, Intel и Micron прекращают совместные разработки новых поколений как 3D NAND, так и 3D XPoint. Соответственно, производственные мощности IMFT прекратят обслуживать заказы Intel, и ей придётся рассчитывать только на свои заводы.

Первая фаза объявленной в 2015 году модернизации Fab 68 была завершена в прошлом году. Сегодня 64-слойная память Intel выпускается на линиях Fab 68 первой очереди. Причём этой памяти хватает не только Intel, но и для поставок китайским партнёрам компании для самостоятельной порезки, упаковки и даже маркировки. Вторая очередь линий, как сообщает сайт EXPreview, вошла в строй на днях, и предназначена она для запуска производства 96-слойной памяти 3D NAND.

Fab 68 ()

Fab 68 (EXPreview)

Отметим, компания Intel пока не сообщала о вводе в строй второй очереди линий по производству 3D NAND на заводе в Даляне. Если это соответствует действительности, то данная новость несёт значительный позитивный заряд, который просто необходим на фоне слухов о планах Samsung ограничить производство памяти в 2019 году. На прошлой неделе, например, компании Toshiba и WD сообщили о запуске в строй второй очереди линий на заводе Fab 6 и о завершении ввода в строй этой фабрики.

В общем, не Samsung единым, хотя этой компании принадлежит 37 % рынка NAND-флеш. Компании Toshiba и Western Digital удерживают примерно по 20 % и 15 % соответственно. За ними идут Micron и SK Hynix. Замыкает шестёрку Intel с рыночной долей менее 10 %. Но без завода Fab 68  доля Intel была существенно меньше. Микропроцессорный гигант вряд ли сдвинется с этого места, но закрепился он на нём надёжно.

YMTC начнёт выпускать 64-слойную 3D NAND в четвёртом квартале 2019 года

Как известно, на новом заводе китайской компании Yangtze Memory Technologies (YMTC) производственное оборудование для выпуска разработанной в Китае памяти 3D NAND начали устанавливать в апреле этого года. При выходе на полную мощность завод будет обрабатывать до 100 тыс. 300-мм пластин в месяц. Первая коммерческая продукция с конвейеров предприятия начнёт сходить через месяц или два в виде ограниченных партий 32-слойных микросхем 3D NAND ёмкостью 64 Гбит. Техпроцесс, предположительно, 50 или 55 нм. Устойчивость к износу — не менее 3000 циклов перепрограммирования для каждой ячейки.

Структура памяти 3D NAND компании YMTC на базе технологии Xtacking (YMTC)

Структура памяти 3D NAND компании YMTC на базе технологии Xtacking (YMTC)

На днях исполнительный директор YMTC Саймон Ян (Simon Yang) признался, что производство 32-слойной памяти компания будет вести себе в убыток. Прибыль от выпуска 3D NAND производитель начнёт получать только после начала массового производства 64-слойной 128-Гбит памяти 3D NAND. Произойдёт это не раньше четвёртого квартала 2019 года, когда с конвейеров YMTC начнёт сходить первая коммерческая 64-слойная память.

Награда YMTC на августовском отраслевом саммите FMS 2018

Награда YMTC на августовском отраслевом саммите FMS 2018

Интересно, что производитель первой национальной памяти 3D NAND спешит успокоить конкурентов, заявляя, что YMTC не собирается подрывать устоявшийся рынок памяти, а думает только о получении прибыли. Мол, ничего личного, только бизнес. Все так говорят, пока не станет слишком поздно для реакции конкурентов.

История разработки 3D NAND компаниями XMC и YMTC

История разработки 3D NAND компаниями XMC и YMTC

Надо отдать должное китайцам, от начала создания Yangtze Memory Technologies до запуска производства прошло всего два года. Отметим, YMTC создана не на пустом месте, а на базе компании XMC с достаточно давно работающим 200-мм заводом по производству NOR-флеш. Тем не менее, с 2016 года YMTC смогла построить с нуля новый завод и почти запустила на нём производство памяти 3D NAND, закрепив разработку многочисленными защищёнными в Китае и на мировом уровне патентами. Это, как минимум, достойно уважения.

Toshiba Memory и Western Digital ввели в строй новый завод для производства 3D NAND

Компании Toshiba Memory и Western Digital отпраздновали ввод в строй нового завода для выпуска многослойной памяти 3D NAND. Это завод Fab 6 около города Йоккаити в префектуре Миэ (Япония). Строительство завода сопровождалось распрями между Toshiba и Western Digital по поводу судьбы подразделения Toshiba Memory по производству 3D NAND, что не мешало обеим компаниям продолжать совместное финансирование строительства и вести закупку оборудования.

Завод Fab 8 в Японии (Western Digital)

Завод Fab 6 в Японии (Western Digital)

Здания завода Fab 6, включая «чистую комнату», партнёры начали строить в феврале 2017 года. К августу 2017 года строительные работы были завершены, и на предприятие начался завоз промышленного оборудования. Первая очередь линий начала выпускать многослойную память 3D NAND весной этого года в виде 64-слойный микросхем. Сегодня в строй вошла последняя вторая очередь линий, «чистая комната» для которых начала строиться в августе 2017 года. В феврале 2018 года для неё начали закупать оборудование, а на днях она формально приступила к работе. Это дало повод Toshiba Memory и Western Digital торжественно отметить завершение строительства завода Fab 6 и запуск его в строй едва ли не в полном объёме.

В «чистой комнате» (Western Digital)

В «чистой комнате» (Western Digital)

Линии второй очереди начали работать с выпуска передовой 96-слойной 3D NAND, хотя на первых порах это будет 256-Гбит TLC 3D NAND. Позже завод Fab 6 освоит выпуск 96-слойной 512-Гбит TLC 3D NAND и 1,33-Тбит QLC 3D NAND. В любом случае, нас ждёт поток новой флеш-памяти, которой в ином случае просто не было бы. Добавим, новый завод построен с учётом работы в сейсмически опасной зоне. На предприятии внедрены различные технологии энергосбережения, включая светодиодное освещение, а за производственным процессом следит платформа с элементами искусственного интеллекта.

Через три года можно ждать появления 512-слойной 3D NAND и 512-Тбайт 2,5" SSD

Ещё в мае на конференции IEEE International Memory Workshop (IMW) производитель литографического производственного оборудования компания Applied Materials представил собственное видение развития многослойной 3D NAND памяти. На недавней конференции Flash Memory Summit 2018, которая прошла в начале августа, тему перспектив многослойной NAND памяти подхватил аналитик компании Objective Analysis Джим Ханди (Jim Handy). Джим Ханди не просто аналитик, а специалист и получатель целого ряда патентов на технологии, связанные с кеш-памятью. По авторитетному мнению Ханди, через три или четыре года производители флеш-памяти смогут выпускать 512-слойные микросхемы 3D NAND, что позволит приблизиться к SSD впечатляющей ёмкости.

Objective Analysis

Objective Analysis

Предпосылкой для производства 3D NAND с полутысячей слоёв станут технологии предельно тесного соединения кристаллов 3D NAND. Новейшая 96-слойная 3D NAND, например, выпускается в виде состыковки двух 48-слойных кристаллов 3D NAND на уровне слоёв, а не подложек, как происходило в случае упаковки в столбик более двух кристаллов DRAM или 2D NAND. Это может вести к потери части слоёв, как, например, в случае памяти 3D NAND Samsung с более чем 90 слоями. Состыковка ведёт к потере двух слоёв в каждом кристалле, и память Samsung выходит 92-слойной (по неподтверждённой официально информации).

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

Сегодня производители 3D NAND научились выпускать 64-слойную 3D NAND в едином цикле (монолитную). Именно 64-слойная память станет основой 512-слойных микросхем. Большее число слоёв невозможно изготовить в едином цикле за разумное время, слишком глубоко и долго придётся «бурить» одиночный кристалл. Нетрудно подсчитать, что 512-слойная память 3D NAND будет состыкована из восьми 64-слойных кристаллов. С учётом использования четырёхбитовой ячейки, которая может дать ёмкость 8 Тбит на 64-слойный чип, ёмкость 512 3D NAND QLC будет составлять 1 Тбайт. Поскольку производители научились упаковывать в один корпус до 16 кристаллов, то на выходе получаем 16-Тбайт микросхемы 3D NAND уже через три или четыре года. В 2,5-дюймовом формфакторе можно разместить 32 таких микросхемы. Так что SSD ёмкостью 512 Тбайт в обозримом будущем — это достаточно реалистичный сценарий.

Китайская память 3D NAND MLC выдерживает 3000 циклов перезаписи

Как мы сообщали ранее, на годовой конференции Flash Memory Summit 2018 исполнительный директор китайской компании Yangtze Memory Technologies (YMTC) Саймон Янг (Simon Yang) впервые представил свою страну на уровне доклада о разработке уникальной технологии производства флеш-памяти. Подробнее о технологии Xtacking мы рассказывали в соответствующей заметке. Сейчас же приведём ряд интересных фактов о работе YMTC и китайской памяти 3D NAND, которые стали известны в ходе доклада на FMS 2018.

Структура памяти 3D NAND компании YMTC на базе технологии Xtacking (YMTC)

Структура памяти 3D NAND компании YMTC на базе технологии Xtacking (YMTC)

В частности сообщается, что технология производства 3D NAND силами китайского производителя защищена более чем 500 патентами и патентными заявками. Для разработки технологии производства 3D NAND потребовались усилия свыше 1000 инженеров, два года работ и около $1 млрд. При этом компания YMTC (первоначально это была компания XMC) имеет ряд лицензионных договоров с иностранными разработчиками. Так, в 2014 году компания XMC, которая в 2016 году вошла в совместное предприятие YMTC с холдингом Tsinghua Unigroup, заключила лицензионные договора с IBM и Китайской академией наук (CAS).

YMTC

YMTC

Впрочем, ключевой для разработки 3D NAND лицензионный договор с компанией Spansion был заключён в 2015 году, хотя начало самостоятельной разработки многослойной NAND компания XMC запустила ещё в 2014 году. В 2015 году XMC выпустила опытный 9-слойный чип 3D NAND, а в 2016 году — опытный чип 32-слойной 3D NAND. Сертификация производства 32-слойного 64-Гбит чипа 3D NAND MLC произошла ранее в этом году. Массовое производство микросхем стартует в четвёртом квартале этого года. Для выпуска чипов предположительно будет использоваться 55-нм или 50-нм техпроцесс, с помощью которого 200-мм завод компании XMC (теперь он принадлежит СП YMTC) уже выпускает флеш-память NOR-типа.

YMTC

YMTC

Вопреки опасениям, высказанным в комментариях, китайская память 3D NAND MLC по устойчивости к перезаписи будет не хуже зарубежных аналогов. На этапе проверок доказана надёжность ячеек, составляющая не менее 3000 циклов перепрограммирования для каждой.

YMTC

YMTC

Также производитель сообщил о наращивании объёмов выпуска продукции без брака. Кстати, компания YMTC увезла с саммита награду как самый инновационный стартап 2018 года. Правда, мы бы воздержались называть стартапом компанию с запланированным объёмом инвестиций в районе $24 млрд.

SK Hynix представила «4D NAND»

Как и другие производители флеш-памяти компания SK Hynix не могла пропустить мероприятие Flash Memory Summit 2018. На годовом саммите SK Hynix представила ни много ни мало, а целую «4D NAND». Где же южнокорейский производитель нашёл четвёртое измерение?

https://www.tomshardware.com

https://www.tomshardware.com

Увы, детальное изучение новой в кавычках разработки SK Hynix указывает на маркетинговую уловку — представленная технология не может и не будет иметь решающих преимуществ по сравнению с уже представленными и даже годами реализованными технологиями производства 3D NAND компаниями Samsung, Intel, Micron и Toshiba. Но, обо всём по порядку.

https://www.tomshardware.com

https://www.tomshardware.com

Память «4D NAND» компании SK Hynix будет сочетать две ключевые особенности. Во-первых, она будет опираться на ячейку с ловушкой заряда (Charge Trap Flash, CTF). Во-вторых, управляющие массивом NAND-ячеек периферийные цепи будут перенесены с одной с массивом плоскости кристалла под ячейки — как бы в «подвал». Отметим, SK Hynix всегда выпускала 3D NAND с ячейкой с ловушкой заряда, как и все остальные компании за исключением Micron и Intel (подробнее о разнице в организации ячеек по этой ссылке). Но даже Micron со следующего поколения 3D NAND откажется от ячейки с плавающим затвором FG в пользу CTF. В 2019 году 3D NAND с ячейкой FG будет выпускать только Intel. Иначе говоря, 4D NAND в этом плане новшеством давно не является.

https://www.tomshardware.com

https://www.tomshardware.com

По поводу технологии Periphery Under Cell (PUC), которая в представлении SK Hynix и является тем самым «четвёртым измерением», можно сказать следующее. Компании Intel и Micron давно перенесли периферийные цепи под массив ячеек и называют эту технологию CMOS under the array (CuA). Со следующего года технологию CuA при производстве памяти 3D NAND начнёт применять Samsung. Дальнейшим развитием CuA представляется китайская технология Xtacking компании YMTC. Китайцы и вовсе предлагают выпускать периферию и логику на отдельных пластинах, изготовленных по разным техпроцессам, и потом состыковывать логику и массив NAND. Вот где четвёртое измерение! Но SK Hynix решила отобрать славу первооткрывателя себе.

https://www.tomshardware.com

https://www.tomshardware.com

Что же, пусть 4D NAND оказалась маркетинговой пустышкой, компания SK Hynix рассказала на саммите кое-что по-настоящему интересное, а именно, поделилась планами выпуска новинок на рынок. Итак, образцы 96-слойной 3D NAND TLC ёмкостью 512 Гбит (с этого момента — 4D NAND) появятся в четвёртом квартале 2018 года. Образцы 96-слойной 4D NAND TLC ёмкостью 1 Тбит выйдут в первой половине 2019 года. Образцы 96-слойной 4D NAND QLC ёмкостью 1 Тбит появятся во второй половине 2019 года. Тем самым можно резюмировать, что по выпуску передовой памяти 3D NAND от своих основных конкурентов SK Hynix будет отставать на срок до одного года и даже больше. Да, в таких случаях остаётся полагаться только на маркетинг.

Память Toshiba 3D XL-Flash бросает вызов памяти Intel 3D XPoint

Микросхемы энергонезависимой памяти Intel 3D XPoint обладают сравнительно низкой плотностью и высокой ценой, хотя с задержками у них полный порядок — менее 10 мкс при чтении, тогда как у обычной 3D NAND задержки при обращении колеблются от 16 до 30 мкс. Ближе всех к современным характеристикам памяти 3D XPoint подобралась компания Samsung. Для конкуренции с накопителями Intel Optane южнокорейский производитель разработал многослойную память Z-NAND на основе ячейки с записью одного бита (SLC). Как выяснилось на днях, по похожему пути пошла компания Toshiba. Но японцы зашли ещё дальше — они банальным образом «размножили» массивы памяти внутри чипов, чем многократно распараллелили доступ к ячейкам.

https://www.tomshardware.com

https://www.tomshardware.com

На саммите Flash Memory Summit 2018 Toshiba представила новый, по её словам, тип памяти 3D XL-Flash. Для производства памяти 3D XL-Flash применяются те же техпроцессы и материалы, с помощью которых компания выпускает актуальную память BiCS (3D NAND). Это означает, что производство 3D XL-Flash будет ненамного дороже обычной многослойной NAND-флеш. Основных нюансов два. Во-первых, ячейка 3D XL-Flash — это ячейка SLC с записью одного бита вместо двух (MLC), трёх (TLC) или четырёх бит (QLC). Во-вторых, вместо классической разбивки массива ячеек на два или четыре независимых блока на кристалле память 3D XL-Flash разбита на множество блоков (планов). Поскольку общий объём массива остался без изменения, каждый из блоков обслуживается укороченными словарными и битовыми линиями. Помимо углубления параллелизма это даёт значительное снижение задержек при обращении к ячейкам.

https://www.tomshardware.com

https://www.tomshardware.com

По словам Toshiba, память 3D XL-Flash обладает в 10 раз меньшими задержками, чем обычная память 3D NAND. О нагрузке на контроллер памяти компания тактично умалчивает, а ведь это ключевой момент разработки. Внутренняя логика памяти 3D XL-Flash сталкивается с решением задач на порядок более сложных, чем обычная память 3D NAND. Тем не менее, это даёт возможность снизить задержки при обращении к памяти до уровня микросхем Intel 3D XPoint при определённо меньшей себестоимости решений. Впрочем, на первых порах Toshiba собирается использовать память 3D XL-Flash в виде кеширующего буфера для накопителей на памяти 3D NAND с четырёхбитовой QLC ячейкой. Очевидно, это будут SSD корпоративного класса. Появление памяти Toshiba 3D XL-Flash в потребительских накопителях будет зависеть от активности Intel и Samsung, если те попытаются развивать память 3D XPoint и Z-NAND в сторону бытовых серий SSD.

Китайская 3D NAND будет сложнее мировых аналогов

Сегодня стартует ежегодный двухдневный саммит Flash Memory Summit (2018). В преддверии этого события китайская компания Yangtze Memory Technologies (YMTC) раскрывает детали широко анонсированной фирменной технологии Xtacking. Как было заявлено, Xtacking изменит представление о скорости работы интерфейсов 3D NAND и логики, управляющей внутренними процессами в микросхемах 3D NAND. Чем же это достигается?

«Китайская память» 3D NAND состоит из двух отдельных кристаллов с интерфейсом и массивом памяти (стык в месте «красных» контактов)

«Китайская память» 3D NAND состоит из двух отдельных кристаллов с интерфейсом и массивом памяти (стык в месте «красных» контактов)

Китайский производитель 3D NAND предлагает выпускать управляющую массивом памяти NAND-флеш логику и сами массивы на разных пластинах с использованием совершенно отличающихся техпроцессов. Сегодня все производители 3D NAND выпускают чипы многослойной памяти в виде монолитных 3D-структур в одном технологическом цикле обработки пластин (за исключением случая, когда необходимо удвоить количество слоёв, тогда 64-слойные и 96-слойные микросхемы производятся в виде стеков из 32- и 48-слойных компонентов).

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

96-слойная 3D NAND может быть составлена из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)

В любом случае, управляющая логика и периферийные интерфейсы 32–96-слойных «классических» микросхем 3D NAND расположены на одном кристалле с массивом памяти. Китайцы предлагают отделить «мух от котлет» и выпускать отдельно логику с интерфейсами и массивы памяти — в виде двух отдельных кристаллов и лишь затем соединять их вместе. Зачем такие сложности, когда весь мир обходится монолитным техпроцессом производства 3D NAND?

По словам китайских разработчиков, размещение логики и интерфейсов на одном кристалле с массивом памяти уже сегодня отбирает у микросхем памяти 20–30 % и так дефицитной площади. С появлением 128-слойных чипов площадь под логику и интерфейсы увеличится до 50 % от площади кристалла. Это отрицательно скажется на себестоимости, хотя мировые лидеры производства 3D NAND придумали, как частично обойти это препятствие — перенесли логику под массив памяти (технология CMOS under the array, CuA). Китайцы же сделали это радикально — вообще разнесли логику и массив памяти по двум разным кристаллам, которые затем электрически соединяются через систему вертикальных соединений на нижних поверхностях каждого из них (Vertical Interconnect Accesses, VIAs). Подчеркнём, это не TSVs соединения, которые более сложные в производстве и имеют много меньший диаметр. Но это также даёт модульный подход, позволяя разработчикам сократить до 3 месяцев на разработке новых флеш-продуктов.

Наглядно о технологии CMOS under the array (CuA)

Наглядно о технологии CMOS under the array (CuA)

Кроме увеличения плотности памяти NAND производство логики с интерфейсами и массива памяти с использованием различных техпроцессов даёт следующий эффект. Логику и интерфейсы можно выпустить с использованием более тонкого и, следовательно, более производительного и энергоэффективного техпроцесса. Это позволило YMTC более чем в два раза увеличить скорость обмена с памятью по каждому контакту. Так, если интерфейс Toggle DDR 4.0 даёт 1,4 Гбит/с, то реализация технологии YMTC Xtacking обещает скорость обмена до 3 Гбит/с — это скорости интерфейса DRAM DDR4. Впечатляет! Другой вопрос, сможет ли массив памяти NAND поддержать эту скорость? Очевидно, для окончательных выводов нам придётся ждать появления «китайской» памяти на рынке. Второе поколение технологии Xtacking в виде 64-слойной 3D NAND будет внедрено в производство только в 2019 году.

Рынку твердотельной памяти грозит кризис перепроизводства: цены устремились вниз

В последнее время цены на микросхемы памяти в основном росли, в особенности это касалось оперативной памяти (DRAM), но также затрагивало и твердотельную флеш-память (NAND). Но, похоже, наступил переломный момент. Относительно недавно мы писали о скором снижении цен на оперативную память. Теперь же выяснилось, что назревает значительный спад цен на флеш-память.

Аналитики DRAMeXchange (подразделение тайваньской компании TrendForce) считают, что средняя цена реализации чипов твердотельной памяти снизится примерно на 10 % в третьем и четвёртом кварталах 2018 года. Хотя третий квартал традиционно является лучшим по продажам электроники, спрос на конечном рынке будет слабее, чем ожидалось. В то же время поставки памяти 3D NAND продолжают расширяться.

Основной причиной для снижения цен является избыточное предложение. В этом году наблюдается замедление темпов поставок смартфонов, что сказывается на потреблении флеш-памяти. Поставки ноутбуков, в свою очередь, были на довольно высоком уровне в первой половине текущего года. И поэтому сезонный рост поставок мобильных компьютеров во второй половине года будет невысоким относительно первой. Что касается серверного рынка, то здесь, несмотря на неуклонный рост, также наблюдается избыточность.

Однако производители NAND Flash всё равно увеличивают свои планы выпуска, так как они нарастили свою производственную мощность, в том числе за счёт выпуска более ёмкой 64-/72-слойной памяти 3D NAND. Так, Intel запустила свою 3D NAND-фабрику в китайском Даляне в 2015 году, но по итогам текущего года запланировано двукратное увеличение выпуска продукции. Заметно наращивает мощность своего китайского производства 3D NAND в городе Сиань и компания Samsung. Новая флеш-фабрика SK Hynix, расположенная в корейском Ичхоне, готовится вступить в строй в 2020 году. Тем не менее компания расширяет «чистые комнаты» и на двух других своих производствах, собираясь увеличить выпуск многослойных чипов флеш-памяти в более близкой перспективе. Подобным образом увеличивается и производство Western Digital и Toshiba. Технологические партнёры готовятся в ближайшее время начать массовые поставки продукции с повышенной плотностью: 96-слойной 3D NAND, а также чипов QLC NAND. Кроме того, совместное предприятие Western Digital и Toshiba возводит новую фабрику в Китаками (Япония) и наращивает объёмы выпуска продукции на уже построенном заводе в Йоккаити.

К числу поставщиков флеш-памяти в ближайшее время присоединятся и китайские производители. Свою собственную 3D NAND разрабатывает Tsinghua Unigroup, и судебное разбирательство с Micron, обвиняющей китайцев в краже интеллектуальной собственности, вряд ли остановит этот процесс. Кроме того, в процессе становления собственной флеш-отрасли в Китае принимает участие и другая крупная компания — Yangtse River Storage Technology. Китай хочет добиться полного самообеспечения в части памяти, и его вклад в масштабы мирового производства NAND наверняка окажется весьма значительным.

Наблюдатели уверены, что всё это неминуемо ведёт к переизбытку чипов NAND на рынке и к затяжному и значительному снижению цен.

Мобильные чипы UFS 3.0 объёмом 512 Гбайт

Чипы мобильной памяти UFS 2.1 объёмом 512 Гбайт

От снижения стоимости в итоге выиграют потребители. Более низкие цены на чипы NAND должны побудить производителей выпускать продукты с большим объёмом памяти. Например, производители смартфонов смогут предложить в устройствах среднего уровня не 32 или 64 Гбайт памяти, а 64 или 128 Гбайт соответственно. В старших моделях можно ожидать и все 512 Гбайт. Увеличение объёма хранилища смартфонов увеличит потребление твердотельной памяти, вплоть до 40% в годовом исчислении.

Снижение цен на память позволит подешеветь и твердотельным накопителям. Это повысит уровень использования их в компьютерах, причём как мобильных, так и настольных. Прогнозируется, что к концу года более 50 % ноутбуков будет оснащаться SSD-накопителями. Производители готовых настольных систем станут использовать накопители на 256 Гбайт вместо моделей на 128 Гбайт. Потребители также станут покупать более ёмкие накопители, например, на 512 Гбайт. И в серверном сегменте поставщики начнут предлагать ещё более ёмкие решения.

Аналитики также считают, что твердотельная память продолжит дешеветь и в первой половине будущего года. Традиционно первая половина года является более слабым периодом продаж электроники. Ещё на снижение стоимости повлияет распространение архитектуры 3D QLC NAND (четыре бита на ячейку) и переход к 96-слойной 3D NAND. В обоих случаях станет возможным выпуск более ёмких чипов памяти при той же стоимости. Нельзя забывать и о расширении производства. В этом вопросе сейчас особенно активен Китай, который создаёт собственные производственные мощности по выпуску твердотельной памяти.

SK Hynix объявила о планах построить ещё один завод для производства памяти

Вслед за публикацией превосходного по содержанию пресс-релиза о получении рекордной квартальной выручки южнокорейская компания SK Hynix официально сообщила о намерении построить ещё один полупроводниковый завод для производства памяти. Строительство начнётся ближе к концу текущего года вблизи штаб-квартиры компании в городе Ичхон. В строй новый завод обещает войти в октябре 2020 года. Правда, пока компания не уточняет, это предприятие будет выпускать память типа DRAM или NAND (3D NAND), но в принципе, это не важно. Линии современных заводов могут быть настроены как на выпуск одной продукции, так и другой.

Инвестиции в проект составят 3,5 трлн вон ($3,12 млрд). Площадь предприятия составит 53 000 м2. Завод получит увеличенную по площади «чистую» комнату, где происходят основные процессы по обработке кремниевых пластин. Новое оборудование, отмечают в SK Hynix, значительно больше по габаритам, чем старое. Это заставляет расширять площади чистых комнат. Например, сейчас происходит расширение чистой комнаты на заводе компании в Китае вблизи города Ухань. Несмотря на пожар на стройке в начале июня, чистая комната на этом предприятии будет закончена во второй половине текущего года.

wsj.com

wsj.com

Строительство нового завода в Ичхоне станет третьим крупномасштабным проектом SK Hynix по наращиванию производственных мощностей для выпуска памяти. Предыдущий завод в Ичхоне (M14) был введён в эксплуатацию в 2015 году. Кроме этого компания ведёт строительство предприятия в Чхонджу. После ввода нового завода в строй общий объём инвестиций в три этих проекта достигнет 46 трлн вон ($41,05 млрд). Это колоссальные вложения в экономику страны и, как можно надеяться, гарантия от дефицита памяти в будущем.

В разработке технологий 3D NAND китайцы вышли на мировой уровень

Часто комментарии к новостям из Китая по поводу разработки национальных технологий производства памяти сводятся к тому, что «китайская» память 3D NAND или DRAM не выйдет за пределы страны. Во-первых, кто позволит (патенты и прочее)? Во-вторых, самим, мол, не хватает.

Вопрос с дефицитом производства памяти в Китае должен быть решён в течение следующих пяти лет. Одна только компания Yangtze Memory Technologies (YMTC) собирается довести объёмы производства 3D NAND до 350–400 тыс. 300-мм пластин в месяц. И на этом ни она, ни другие компании не остановятся, если потребность в продукции будет нарастать.

Образцы 32-слойной 3D NAND YMTC (Tsinghua, CCTV13)

Образцы 32-слойной 3D NAND YMTC (Tsinghua, CCTV13)

Вопрос с патентами сложнее и проще одновременно. Сложность заключается в разработке и в защите технологий на мировом уровне. Китай новичок на рынке 3D NAND, тогда как мировые лидеры занимаются разработками и производством флеш-памяти NAND порядка трёх десятков лет. Но отставание — это не повод отчаиваться, не так ли? Для правильных парней это лишь предложение мобилизоваться и стать вровень с мировыми лидерами. Что касается простоты, то достаточно посмотреть на молниеносность решения Народного суда в Китае, который в спорной ситуации принял сторону отечественной компании и запретил продажу продукции Micron.

Вчера Китай в лице компании Yangtze Memory Technologies (дочернее предприятие холдинга Tsinghua Unigroup) сделал важное заявление. Впервые в истории представитель китайского производителя флеш-памяти на равных с лидерами отрасли примет участие в ежегодном саммите Flash Memory Summit (2018). И не просто поучаствует в мероприятии, а выступит с докладом, в котором будут раскрыты детали новой архитектуры 3D NAND, способной перевернуть представление о производительности флеш-памяти и памяти типа DRAM.

Исполнительный директор YMTC Саймон Янг (Simon Yang) представит разработанную в Китае технологию Xtacking. Технология обещает «рывком» повысить скорость обмена с микросхемами 3D NAND и сопутствующей I/O-периферией. Это откроет путь для повышения производительности встраиваемой памяти, а также клиентских и серверных SSD до «неслыханного» уровня. Тем самым откроется «новая глава» в производительности NAND-продукции для смартфонов, персональных компьютеров, ЦОД и накопителей корпоративного назначения.

Технология Xtacking опирается на параллельную обработку данных в массивах NAND и периферии. Она приведёт к модульной структуре 3D NAND, что ускорит разработку и появление на рынке новых продуктов. Другие подробности о разработке мы узнаем в десятых числах августа. Пока нам достаточно знать, что Китай в игре.