小Z聊固态:NAND闪存颗粒的打开方式
关注固态硬盘产品的各位朋友应该发现了,近来几乎各大品牌的固态硬盘产品都涨价了!虽然涨幅不算太大,但是在价格十分敏感的电子消费产业,还是十分耐人寻味的,特别是一些经典热销产品的涨价就更是让人看不懂了。
下图是笔者统计过的,从6月15日起到6月30日止,京东商城上热销的部分品牌的销量最高产品的价格变化图。通过图表可以看到,除了金士顿和浦科特旗下的两款固态硬盘在统计中没有大的变化外,其余各大品牌,诸如三星、东芝、闪迪、ocz等都有着不同幅度的涨价。
在前面几期的“小Z聊固态”中,我们知道固态硬盘最大的制造成本其实在于闪存颗粒,闪存颗粒的价格变化直接影响到固态硬盘产品的价格变化。看到这里,我想部分朋友已经可以猜到为什么此次固态硬盘产品集体涨价了。
没错,原因就和上次机械硬盘因为泰国洪水淹没大部分机械硬件加工商导致全行业涨价一样,此次三星位于西安的全球最大的NAND闪存制造厂的停电事故,影响了NAND的正常生产,再加上处于闪存颗粒生产的旺季,市场上的NAND闪存供不应求,因而出现了大范围的固态硬盘价格上扬。
那么又有人问了,“一个三星NAND闪存厂竟能影响到全行业?难道没有其他闪存厂能够替代它吗?”
今天,小Z就借着这个话题和大家一起聊聊闪存颗粒和闪存厂的那些事。
在固态硬盘领域,掌握了闪存颗粒几乎可以说就掌控了固态市场。目前,全球范围内从事NAND flash的厂商大大小小不计其数,但具有统治地位的就只有区区六家,他们分别是三星(Samsung)、东芝(Toshiba)、英特尔(intel)、海力士(SK hynix)、美光(Micron)、闪迪(SanDisk),这六家从事NAND FLASH制造的厂商几乎垄断了全球大部分的市场份额,接下来我们就一一介绍。
半导体霸主:英特尔(intel)
英特尔公司(IntelCorporation)总部位于美国加州,工程技术部和销售部以及6个芯片制造工厂位于美国俄勒冈州波特兰。
英特尔的创始人罗伯特·诺伊斯RobertNoyce和戈登·摩尔GordonMoore原本希望他们新公司的名称为两人名字的组合——MooreNoyce,但当他们去工商局登记时,却发现这个名字已经被一家连锁酒店抢先注册。不得已,他们采取了“IntegratedElectronics(集成电子)”两个单词的缩写为公司名称。现任CEO是BrianKrzanich。
英特尔公司在随着个人电脑普及,英特尔公司成为世界上最大设计和生产半导体的科技巨擘。除了为全球日益发展的计算机工业提供建筑模块,包括微处理器、芯片组、板卡、系统及软件等,公司在半导体顶层技术的研发中始终处于世界领先地位,拥有多项半导体生产专利技术,长期位列全球半导体厂商排行榜的首位。
intel早期闪存颗粒的编号信息
在固态硬盘领域,早期的英特尔自产自研的闪存颗粒,多用于自家高端产品,或是合作紧密的友商产品中,几乎很少输出。
到了中期,英特尔和美国著名的半导体厂商美光进行了深度合作,共建晶圆制造厂,并将晶圆厂中品质和纯度较高的闪存颗粒用于自家的产品,如intel 710系列就是采用的eMLC企业级颗粒,而将品质低的颗粒用于低端产品和输出到第三方,例如intel 320系列以及部分威刚、OCZ产品,在此就不一一论述了。
intel 540s采用海力士16nm闪存颗粒
到了后期,也就是现在intel几乎已经很少在中低端产品中使用自家颗粒了,会根据产品定位不同,灵活选择。例如,最新发布的针对消费级市场的INTEL 540S系列就是采用的海力士16nm闪存颗粒,而面向高性能和安全应用的SSD Pro 5400s则是采用美光和intel合资的16nm闪存。
晶圆之光:美光(Micron)
美光科技(MicronTechnology,以下简称美光科技)位于美国爱德荷州首府波伊西市,于1978年由WardParkinson、JoeParkinson、DennisWilson和DougPitman创立,1981年成立自有晶圆制造厂。
美光科技是全球最大的半导体储存及影像产品制造商之一,其主要产品包括DRAM、NAND闪存和CMOS影像传感器。美光科技先进的产品广泛应用于移动、计算机、服务、汽车、网络、安防、工业、消费类以及医疗等领域,为客户在这些多样化的终端应用提供针对性的解决方案。
在1990年代初期,美光科技成立MicronComputers(美光电脑)子公司来制造个人电脑,该公司即后来的MicronElectronics(美光电子)。
1998年亦并购了Rendition公司来制造3D加速芯片。
2002年美光卷入了内存价格操纵丑闻。
2007年3月21日首次在中国西安成立了工厂,主要生产DRAM和NAND快闪存储器。
美光flash颗粒的命名规则
在固态硬盘领域,美光和intel进行了深度合作,并于2006年在美国犹他州Lehi地区合资共建,25nm工艺闪存制造厂IMFT,而根据相关文件披露,IMFT生产的晶元,49%销售给Intel,另外51%则归美光。
除了生产闪存颗粒,美光还拥有固态硬盘生产线以及市场终端品牌英睿达。不同于intel闪存颗粒,多用于自家产品,美光的闪存颗粒因其性能稳定,深受OEM厂商热捧,并大量输出到各大OEM厂商以及各大品牌固态硬盘厂商。
自产自销:三星(Samsung)
如果说英特尔是半导体行业的绝对领路人和开创者的话,那么三星毫无疑问是最强的追逐者和竞争者。
三星电子(SamsungElectronics)作为韩国电子产品生产企业,是韩国规模最大的企业,同时也是三星集团子公司中规模最大且在国际市场处于领先地位的企业。
该公司在全世界共65个国家拥有生产和销售法人网络,员工数多达157,000人,早在2009年超越惠普(HP)跃升为世界最大的IT企业,其中LCDTV、LEDTV和半导体等产品的销售额均在世界上高居榜首。
在庞大的三星集团内部,半导体事业部可谓是打造三星帝国的一等功臣。
三星集团创始人李秉哲不顾公司众人反对,毅然决然地于1983年在日本东京正式开始进军半导体行业。对此他曾经表示,三星符合韩国缺乏资源的自然条件,只有开发高附加值、技术含量高的产品才能实现企业的第二次飞跃。
在此后的10个月内,三星电子在世界上第三个推出64KDRAM,这在国内外经济界引起强烈反响。然而,日后由于半导体价格暴跌,企业在事业之初陷入困境。尽管如此,三星的存储器半导体依然取得了长足的发展,1992年率先开发成功64MDRAM,终于在世界上确保了最强的技术实力;1993年如愿以偿地荣登存储器半导体世界第一的宝座。此后于1994年和1996年连续开发成功256M和1GDRAM,这同样拥有‘世界最先开发’的荣耀,这样,半导体逐渐成为韩国具有代表性的产业。2002年NANDFlash位居世界榜首;2006年与2007年分别在世界上率先研制成功50纳米级DRAM和30纳米级NAND等,三星电子在存储器领域的占有率超过30%,成为业界的强者。
三星750evo采用自家闪存颗粒
拥有大量的世界顶尖的半导体专利技术的三星,近些年也没有停止研发的脚步。就固态硬盘行业而言,三星是业界首个将TLC闪存颗粒运用于固态硬盘产品的厂商,同时研发出全球领先的3D-NAND闪存颗粒技术,极大的提升了闪存颗粒的实际使用容量,进一步压缩了闪存颗粒的体积,引发了闪存颗粒的又一次革命。
三星flash颗粒编号信息表
作为半导体厂商,三星也和intel一样,有着完整的闪存颗粒生产线,却都仅将颗粒运用于自家产品,三星家更是做得彻底,所有原产颗粒都不允许输出,仅装备于自家固态品牌。因而,很多关于三星闪存的具体参数信息很少见诸于网络。
闪存缔造者:东芝(Toshiba)
作为我们的邻居,韩国在闪存制造上有三星,而日本则有东芝。
东芝(TOSHIBA)是日本最大的半导体制造商,亦是第二大综合电机制造商,隶属于三井集团旗下。东芝原名东京芝浦电气株式会社,1939年由株式会社芝浦制作所和东京电气株式会社合并而成;从1875年开创至今,已经走过了133年的漫长历程。
早在80年代东芝与NEC是世界上最大的两家半导体制造商,同时东芝还是闪存存储标准SD协会的董事会成员之一,是多项规格标准的制定者和推动者,拥有着半导体闪存行业多项世界第一和生产专利,到了90年代,东芝已经成长为世界排名前5的芯片厂,在2008年东芝排名第3,仅次于英特尔和三星,但排在德州仪器和意法之前,到了今天东芝依旧在世界半导体行业、芯片制造行业有着举足轻重的作用。
具体到固态硬盘领域,东芝原厂闪存颗粒几乎占领了主流的固态硬盘市场,成为有一定实力的固态硬盘厂商首选颗粒。究其缘由,一则是东芝近百年的生产制造经验带来的严格的品控,二则是东芝乐于向外输出优质原厂闪存颗粒。
目前,几乎所有大品牌的固态硬盘厂商都使用过东芝相关型号的闪存颗粒。例如浦科特全系列M6V/M7V/M6S PLUS等产品,还有金士顿的v300/uv400,OCZ几乎全系列等。
东芝flash颗粒编号示意图
东芝flash颗粒编号示意图
东芝flash颗粒编号示意图
除了制造原厂闪存颗粒外,还有更多的二线厂商使用东芝原厂的白片颗粒,以及部分厂商使用的东芝黑片,可以说几乎所有主流固态硬盘厂商都使用过东芝制造的闪存颗粒。
同时和三星、intel一样,东芝自家也有固态硬盘终端产品,从开山之作东芝Q系列,东芝Q200,东芝Q300一直到东芝Q300 PRO,每一款源自东芝的新品都带给消费者许多惊喜。
性价比之王:海力士(SK Hynix)
闪存颗粒作为固态硬盘制造中最花费成本的核心器件,提供极高性价比的产品也是能有极大的市场。
海力士脱胎于韩国另一家半导体制造企业现代内存,并于2001年更名为海力士,2012年正式更名为SK hynix。
海力士半导体在1983年以现代电子产业有限公司成立,在1996年正式在韩国上市,1999年收购LG半导体,2001年将公司名称改为(株)海力士半导体,从现代集团分离出来。2004年10月将系统IC业务出售给花旗集团,成为专业的存储器制造商。2012年2月,韩国第三大财阀SK集团宣布收购海力士21.05%的股份从而入主这家内存大厂。
海力士半导体多年前已经在韩国制造了4条8英寸晶圆生产线和一条12英寸晶圆生产线,并在美国俄勒冈州有一条8英寸生产线。2004年及2005年全球DRAM市场占有率处于第二位,中国市场占有率处于第一位。并在世界各地有销售法人和办事处,共有员工15000人。
海力士部分flash颗粒产品编号示意图
如今的海力士半导体,一直以行业最高水平的投资效率、生产效率、销售效率,在竞争激烈的半导体行业站稳脚跟,并以快速的更新能力和极高的性价比,成为众多固态硬盘厂商欢迎的原厂颗粒提供商。
目前,intel旗下多款产品采用了海力士颗粒,例如从intel pro 2500到最新的intel 540s。同时国内许多新兴厂商都在使用有着高性价比的SK Hynix闪存颗粒,例如金泰克等。
闪存帝国:闪迪(SanDisk)
在闪存卡领域,闪迪绝对是行业的巨擘,而在固态硬盘领域,闪迪也凭借着其拥有着完整的闪存颗粒加工体系,成为固态硬盘行业的巨头之一。
SanDisk (闪迪)公司是全球最大的闪速数据存储卡产品供应商。诞生于1988年加利福尼亚帕罗奥多,该公司由非易失性存储技术领域的国际权威Harari Eli博士在1988年创立。
闪迪作为全球唯一一家有权制造和销售所有主要闪存卡格式的公司,拥有超过4900多项关于存储、闪存颗粒等相关技术的专利,并在全球各地拥有着多条闪存颗粒加工制造厂。
闪迪至尊极速系列采用闪迪颗粒
早在2005年,就和日本存储大厂东芝合作,在位于日本四日市运营处的建立起NAND flash闪存 300mm工艺的晶片制造厂,并与2011年正式投入生产。
鉴于闪迪在闪存卡拥有着全球唯一的全系列生产线,因而闪迪原厂的闪存颗粒多用于自身产品消化,并没有大规模投入市场。同时鉴于在NAND flash生产上,闪迪几乎和东芝成为一家人,许多相关产品编号信息暂时无法查询。
总结:
intel和美光、东芝和闪迪、自产自销的三星、性价比的海力士,目前市场上存在的闪存颗粒六大巨头都根据自己的实际特点,你追我赶的占领市场高地,近乎垄断了固态硬盘闪存颗粒的所有市场份额。
然而就六大品牌内部比较,由于各大品牌的侧重点不同,主攻方向的差异。在没有限定的前提下,无法区分到底谁家颗粒好,谁家颗粒烂,但是唯一具有参考意义的便是,下次选购固态硬盘的时候,有这六大厂商的品牌logo,至少要比没有品牌logo来路不明的颗粒强得多得多。
Nand Flash主要厂商及其产品
根据2020年二季度Nand Flash市场排名,三星占据31%,处于领先地位,紧跟其后的是铠侠,占比达17%。排名第三、第四、第五、分别是西数、美光、SK海力士。以下是DRAMeXchange统计数据:
电子发烧友对目前市场主要的Nand Flash厂商及其产品进行梳理,以下是具体内容:
三星
1、三星SSD 980 PRO
三星电子推出首款消费类PCIe 4.0 NVMe SSD:三星SSD 980 PRO, 980 PRO采用三星1XX层 TLC NAND闪存,以及容量分别为512MB和1GB的DRAM缓存,通过内部设计,可充分发挥PCIe Gen4的潜力。数据显示,三星SSD 980 PRO顺序读取速度最高可达7000MB/s,顺序写入速度最高可达5000MB/s。
2、870 QVO SATA SSD
三星推出了其第二代QLC闪存驱动器870 QVO SATA SSD, 870 QVO分别提供同类最佳的顺序读取和写入速度,分别高达560 MB/s和530 MB/s,借助该驱动器的Intelligent TurboWrite技术,它可以使用大型可变SLC缓冲器保持最高性能
3、eUFS 3.1
三星电子宣布已经开始批量生产用于智能手机的512GB eUFS 3.1,其写入速度为512GB eUFS 3.0的三倍,打破了智能手机存储中1GB/s的阈值。
三星eUFS 3.1连续写入速度超过1,200MB/s,是基于SATA SSD (540MB/s)的两倍以上,是UHS-I microSD卡(90MB/s)的十倍以上。
KIOXIA
1、第六代企业SAS SSD
随着其第六代企业SAS SSD系列的推出, 专为现代IT基础设施设计的24G SAS将其上一代的数据吞吐率提高了一倍,同时搭载了新功能和增强功能,以达到新的应用性能水平。
PM6系列采用铠侠的96层BiCS FLASH 3D TLC闪存,可提供业界领先的高达4,300MB/s(4,101MiB/s)的SAS SSD顺序读取性能,比上一代提高了2倍以上。铠侠的新驱动器容量高达30.72TB,使其成为业界容量最高的2.5英寸SAS SSD。
2、BiCS FLASH
铠侠开发具有112层垂直堆叠结构的第五代BiCS FLASH™三维(3D)闪存。新产品具有512 Gb(64千兆字节)容量并采用TLC技术。
铠侠创新的112层堆叠工艺技术与先进的电路和制造工艺技术相结合,与96层堆叠工艺相比,将存储单元阵列密度提高约20%。因此,每片硅晶圆可以制造的存储容量更高,从而也降低了每位的成本(Bit-cost)。此外,它将接口速度提高50%,并提供更高的写性能和更短的读取延迟。
西部数据
1、SN550 NVMe SSD
Western Digital设计的控件和固件搭配最新的 3D NAND,可始终如一地提供优化的性能。
2、iNAND MC EU521
西部数据宣布率先基于UFS 3.1规范协议推出iNAND MC EU521嵌入式闪存产品,新增多项功能,并进一步提高速度、容量、降低功耗,再加上11.5x13x1.0mm小型封装尺寸。西部数据表示,iNAND MC EU521将在3月份上市,采用主流的96层3D NAND,并充分利用UFS 3.1高带宽以及SLC NAND缓存,可提供最高800MB/s的顺序写入速度。
美光
美光的下一代 M500 固态硬盘采用 Micron 20 nm MLC NAND 闪存、SATA 6 Gb/s 接口,具有行业标准 512 字节分区支持功能、热插拔功能以及功耗极低的器件休眠模式,并满足 ATA-8 ACS2 指令集规范要求。
SK海力士
Intel 突然宣布以 90 亿美元(约 601 亿)的价格将旗下的 NAND 闪存业务出售给了 SK 海力士 ,后者有可能成长为新的全球第二大闪存公司,SK海力士推出Gold P31系列SSD新品,是全球首个基于128层NAND闪存的消费者SSD。Gold P31采用的是128层TLC,PCIe NVMe Gen3接口,读取速度最高达3500MB/s,写入速度最高达3200MB/s,以满足长时间游戏的游戏玩家以及对性能和稳定性有较高要求的专业创作者和设计师。
英特尔
Intel基于144层3D QLC闪存Arbordale Plus,容量将比Intel目前的96层产品提升50%。
长江存储
128层QLC 3D NAND闪存芯片X2-6070研发成功,并已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。
长江存储表示,X2-6070是业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存,拥有业内已知型号产品中最高单位面积存储密度,最高I/O传输速度和最高单颗NAND闪存芯片容量。
每颗X2-6070 QLC闪存芯片共提供1.33Tb的存储容量。而在I/O读写性能方面,X2-6070及X2-9060均可在1.2V Vccq电压下实现1.6Gbps(Gigabits/s千兆位/秒)的数据传输速率。
旺宏
Macronix在2020年下半年生产48层3D NAND存储器。公司计划在2021年和2022年分别推出96层3D NAND和192层3D NAND。目前,该公司用于制造NAND的最先进技术是自2019年2月开始使用的19纳米平面技术,这款NAND Flash的第一个客户将是任天堂。
华邦
1、QspiNAND Flash
华邦提供了一系列相容于SPI NOR接口的QspiNAND产品,华邦的QspiNAND系列产品内建了ECC的功能,而且也能提供了连续好”块”的QspiNAND,这些都能让使用者并不需要额外的控制器。
2、OctalNAND Flash
全球首款采用x8 Octal接口的NAND Flash—华邦OctalNAND Flash产品可望提供车用电子与工业制造商高容量的储存内存产品,华邦电子首款采用全新接口的NAND产品,1Gb W35N01JW,连续读取速度最高可达每秒240MB, W35N-JW OctalNAND Flash采用华邦通过验证的46nm SLC NAND制程,提供卓越的数据完整性,且数据保存期更可达10年以上。此产品写入/抹除次数(Program/Erase Cycle)可达10万次以上,可符合关键任务型车用与工业应用所需的高耐用性与高可靠性。
兆易创新
GD5F4GM5系列采用串行SPI接口,引脚少、封装尺寸小,相比于上一代NAND产品,大大提升了读写速度,最高时钟频率达到120MHz,数据吞吐量可达480Mbit/s,支持1.8V/3.3V供电电压,能够满足客户对不同供电电压的需求;同时提供WSON8、TFBGA24等多种封装选择。
北京紫光存储
北京紫光存储Raw NAND颗粒是符合业界标准的闪存产品,适用于各类固态存储解决方案。Raw NAND颗粒需要搭配闪存控制器使用。全系采用业界领先的3D TLC闪存芯片。支持ONFI 4.0,最高读写支持667MT/s。采用业界领先的3D TLC闪存芯片,相比2D闪存芯片单位面积下容量大幅提升。
北京君正
公司Flash产品线包括了目前全球主流的NOR FLASH存储芯片和NAND FLASH存储芯片,其中NAND FLASH存储芯片主攻1G-4G大容量规格。
ISSI 系一家原纳斯达克上市公司,于 2015年末被北京矽成以7.8亿美元私有化收购,之后北京君完成对北京矽成100%股权收购。ISSI Introduces SLC NAND高性能4Gb SLC NAND主要用于嵌入式市场,能够满足工业、医疗,主干通讯和车规等级产品的要求,具备在极端环境下稳定工作、节能降耗等特点。
东芯
东芯串行NAND Flash产品为单颗粒芯片设计的串行通信方案,引脚少和封装尺寸小,且在同一颗粒上集成了存储阵列和控制器,带有内部ECC模块。使其在满足数据传输效率的同时,既节约了空间,提升了稳定性,也让其在成本上也极具竞争力,且提升了性价比。产品分为3.3V/1.8V两种电压,不仅能满足常规对功耗不敏感的有源器件,也使其在目前日益普及的移动互联网及物联网设备中,有足够的发挥空间。产品拥有多种封装,可更灵活的满足很多应用场景,比如常规的光猫,路由器,网络摄像监控,物联网及智能音箱等。
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