QLC闪存三星870 QVO SSD拆解探秘：缓存外写入速度惨不忍睹

一年半之前，三星发布了旗下首款消费级QLC闪存SSD 860 QVO，现在第二款来了，它就是870 QVO。

虽然很多人对于QLC闪存非常抗拒，但正如之前的TLC，这是不可逆转的趋势，只能慢慢接受，当然厂商在涉及产品的时候也会有相应的权衡，比如QLC闪存初期就不会用于高性能NVMe SSD，而是主打主流大容量，三星870 QVO就是SATA SSD，而且首次做到了8TB。

870 QVO的诚意还是满满的，比如V-NAND闪存从64层升级到92层，单Die容量1Tb，只需八颗就能组成一颗1TB容量的闪存芯片，同时主控也从MJX升级到MKX ，不过并未公布任何技术更新、固件变化，相信只是一次小更新。

下边先看看拆解图，再了解一下性能，尤其是缓存之外的写入性能。

左右分别是4TB、1TB的电路板正反面。很显然，1TB、2TB只需一颗和两颗闪存芯片 ，再加一颗主控、一颗缓存就搞定了，所以PCB非常短小精悍，1TB的留了个空焊位。4TB的正反各两颗闪存芯片，补上四个空焊位那就是8TB 。

即便是4TB、8TB的电路板，放在标准的2.5寸盘体内，也是很小巧。

这是三星MKX主控和LPDDR4缓存。

870 QVO系列的详细规格，1/2/4/8TB型号分别搭配1/2/4/8GB LPDDR4缓存，同时还设置了SLC缓存以提升性能，2/4/8TB的都有78GB，1TB则只有42GB。

在写入的时候，一旦用完这些SLC缓存容量，就会回归到QLC的本质，性能自然大大降低，1TB的落差尤其巨大。

根据官方数据，870 QVO系列的持续读取速度都是560MB/s，SLC缓存下的持续写入都是530MB/s，但是QLC闪存下，2/4/8TB型号的持续写入会降至160MB/s，1TB的更是只有80MB/s。

随机性能方面，1TB的读取也不受影响，但是写入损失比较大，尤其是QD32队列深度的时候，随机读写会分别降低40％、48％。

寿命上倒是保持一致，都是每天0.33次全盘写入，质保五年 ，最大写入量360TB、720TB、1440TB、2880TB，而一般的消费级QLC SSD只有每天0.1-0.15次，即便是五年质保写入量也不如870 QVO。

AnandTech已经对870 QVO进行了详细的测试，其他没什么意外，这里只看看缓存内外的写入情况。

QD32队列深度，128KB数据块，缓存内持续写入速度都可以达到标称的530MB/s左右，而在缓存耗尽之后，速度瞬间就跌了下来，1TB 80MB/s左右，4TB 164MB/s左右，同样完美符合标称。

好消息是，缓存耗尽之后，写入速度一直非常稳定，直到完全填满都没有再变化。

性能高于三星、美光！国外逆向机构芯片级拆解长江存储128层Nand

近期，国外著名逆向分析机构techinisights 对阿斯加特(Asgard) PCIe4.0 NVMe1.4 AN4 1TB SSD进行了拆解，并对Nand存储芯片进行了芯片级拆解分析及显微拍照。

阿斯加特(Asgard)的SSD采用了紫光的3DNAND颗粒。根据不同的SSD产品，YMTC 128L 3D NAND闪存器件的封装标记是不同的，例如，YMN09TC1B1HC6C（日期代码：2021 9W）或POWEV PYT02TV4IA1-X4PWA（日期代码：2021 31W）。

图1 显示封装标记

图2 显示NAND芯片标记（CDT1B）

图3显示YMTC 512 Gb 128L Xtacking 2.0 3D TLC NAND芯片的CMOS芯片标记（CDT1A或CDT1B）。

作为参考，YMTC 64L Xtacking 1.0 TLC 芯片对于 NAND 芯片 (Y01-08 BCT1B) 和 CMOS 外围芯片 (Y01A08 BCT1B) 的芯片标记略有不同。

YMTC 128L Xtacking 裸片

三星176L V-NAND和SK海力士176L 4D PUC NAND SSD尚未在商用市场上出现，这似乎很有意义。YMTC 512Gb 128L Xtacking 2.0 TLC 芯片尺寸为 60.42 平方毫米。位密度增加到 8.48 Gb/平方毫米，比 Xtacking 1.0 芯片 (256Gb) 高 92%。由于长江存储Xtacking混合键合技术使用两片晶圆来集成3D NAND器件，因此我们可以找到两个die，一个用于NAND阵列芯片，另一个用于CMOS外围芯片。

图 4. YMTC 128L Xtacking 2.0 NAND Die 平面图

图 5. YMTC 128L Xtacking 2.0 Peripheral CMOS Die Floorplan

图4 显示了长江存储128L Xtacking 2.0芯片的NAND芯片布局图，图5显示了CMOS外围芯片布局图。Xtacking 架构旨在让长江存储在最大化其内存阵列密度的同时获得超快 I/O，例如 SSD 的读取速度为 7500 MB/s，写入速度为 5500 MB/s。该芯片采用四平面设计，所有 CMOS 外围电路（例如页面缓冲器、列解码器、电荷泵、全局数据路径和电压发生器/选择器）都放置在 3D NAND 单元阵列芯片下方的逻辑芯片上。

YMTC 128L Xtacking 2.0 规格和单元结构

YMTC 128L Xtacking 2.0单元结构由两个层板组成，通过层板接口缓冲层连接，与KIOXIA 112L BiCS 3D NAND结构的工艺相同。单元尺寸、CSL间距和9孔VC布局与以前的64L Xtacking 1.0单元保持相同的设计和尺寸（水平/垂直WL和BL间距）。门的总数为141（141T），包括选择器和用于TLC操作的虚拟WLs。

图6显示了YMTC三维NAND单元在WL方向的结构，以及32L（T-CAT，39T）、64L（Xtacking 1.0，73T）和128L（Xtacking 2.0，141T）的总门数注释。

上层有72个tungsten gates，而下层由69个门组成。包括BEOL Al、NAND裸片和外围逻辑芯片在内的金属层总数为10，这意味着与64L Xtacking 1.0工艺集成相比，外围逻辑芯片中增加了两个铜金属层。通道VC孔的高度增加了一倍，为8.49微米。

Techinsghts 认为长江存储的128层工艺在容量、位密度和I/O速度方面实现了行业领先的新标准。

与三星（V-NAND）、美光（CTF CuA）和SK hynix（4D PUC）的现有128L 512Gb 3D TLC NAND产品相比，裸片尺寸更小，这使得它的比特密度最高。四板芯片平面图和两层阵列结构与美光和SK hynix相同，但每串选择器和虚拟WL的数量为13个，比美光和SK hynix 小（两者均为147T）。由于采用Xtacking混合键合方法，使用的金属层数远高于其他产品表2显示了128L 512Gb 3D TLC NAND产品的比较，包括刚刚发布的YMTC 128L Xtacking 2.0 3D NAND。

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