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nand数据保持力 V-NAND到底是个啥？三星970EVO Plus强悍性能的背后

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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V-NAND到底是个啥？三星970EVO Plus强悍性能的背后

当我们在聊固态硬盘的时候，我们到底在聊些什么？经历了十数年的行业发展后，固态硬盘的技术规范和产品形态上逐步实现了统一，各家产品的差异已然上升到了内部架构和核心组件方面的技术代差上了。

简单剖析，固态硬盘产品的内核无外乎三大组件，用于调控整体存储功能和特殊机制的“大脑”即主控芯片，产品内部制作成本最高、担当存储重任的闪存颗粒，以及部分产品上用于产品支撑的缓存颗粒。

至于重要性而言，一举打破存储行业格局，让固态硬盘走入千家万户的存储介质，即闪存颗粒部分，可以说是区别固态硬盘好坏的最重要的内核组件。今天，笔者就以业界知名的三星970EVO Plus为实例，简单聊下关于闪存颗粒的技术和功能演变。

01 关于NAND闪存：单位电荷数Bit的变迁

NAND闪存，按照业界一般的理解，本质上是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器，其中非易失性的突出特点，使得这种基于通断电存储的介质能够长久的保存数据，最终使得NAND闪存颗粒走向了前台；其实，熟悉闪存的朋友，可能还听过另一个词，即Dram颗粒，即动态随机存取存储器，同样是基于通断电的特性，只不过DRAM芯片的每次存储数据的过程中需要对于存储信息不停的刷新，无法实现长久存储，因而错过了这次“C位出道”的时机。

三星原厂NAND闪存颗粒

NAND闪存工作的原理是通过单位NAND内部电荷数Bit的通电和放电，实现对数据的存储。基于无机械结构的电荷存储优势，NAND闪存技术能够提供包括高性能、稳定、耐摔耐磕碰、一体成型故障率低等多种特点，迅速成为了各家存储厂商研发的重点。

因而，为了进一步提升NAND闪存容量，满足用户对于大容量存储的需求，在以三星、东芝、Intel等领先的NAND原厂推进下，研发出了不同电荷数Bit的多种NAND颗粒，即为SLC(1bit）、MLC（2bit）、TLC(3bit)、QLC(4bit)以及处于实验阶段即将量产的PLC（5bit）等类型。

不同颗粒类型的bit数分布

可随着单位电荷数Bit的堆叠，带来了两个后果，一是单位电荷Bit的增加对于半导体工艺制程的要求越来越高，从50nm制程一路升级到14/15/16nm制程，半导体制程工艺越来越无法满足更多单位电荷数Bit的堆叠了；二是单位电荷数Bit的堆叠，会在狭小的NAND闪存内部产生大量的干扰电流，严重影响闪存产品的性能和寿命。

02 三星V-NAND技术：从平面到垂直的创新性探索

为了解决单位堆叠的带来的电荷干扰问题以及半导体工艺的瓶颈，三星创新性的提出了在原有制程的基础上将NAND闪存以3D堆叠的形式，封装在NAND闪存之中，一方面解决了在平面的狭小空间内多个电荷数排列产生的电子干扰问题，保证了产品的质量和性能；

全球首款V-NAND技术产品

更为重要的是，解决了工艺制程无法推进容量提升的瓶颈，用3D堆叠替代2D平面排列，让NAND闪存以垂直的形式进行排列，进而提升了总体的容量。

V-NAND和普通2D NAND

朴素的理解就是，此前的NAND闪存就像在单位面积的地基上盖平房，平房的容积是恒定的，要想提升入住人口，只能无下限的降低单位容积率，其后果就是制造工艺和电磁干扰；

而V-NAND技术诞生之后，2D的平房变成了3D垂直的楼房，理论上只要高度不限制，单位面积的地基上的可利用容积几乎等同于无限，即避免了制程工艺的瓶颈又解决了电磁干扰的问题。

01 V-NAND技术是三星970EVO Plus强劲性能的有力支撑

三星V-NAND技术从2013年引入市场，便引发了全行业的关注，从初代的32层（即在单位面积上的堆叠层数）到后续的64层，直到9X层，根据公开消息，三星V-NAND技术或将提升到200+层堆叠，最大限度的提升单位闪存的利用率。

而笔者手中这款三星970EVO Plus便是采用三星全新V-NAND技术研发的旗舰级产品，基于V-NANDND技术在容量和稳定性上巨大优势，搭配着三星自研的Phoenix主控，使得三星970EVO Plus的性能实现了超越。

根据官方提供的数据，三星970EVO Plus最大读取性能达到了3500MB/S，最大写入性能也达到了3300MB/S，几乎达到了消费级固态硬盘的巅峰水准。作为一款推出了数年的旗舰级固态硬盘，在即将踏入存储新纪元的当下，依旧没有任何一款同级别的PCIE3.0固态能够在性能上实现对970EVO Plus的绝对超越。

实测性能

这背后的原因，无外乎三星在V-NAND技术上的近十年的积累，以及在此基础上进行的主控配对和优化。

多说一句，随着PCIE4.0时代的来临，三星也将在新世代推出旗舰级980PRO固态硬盘，进而延续PCIE3.0时代的行业地位，可以预见的是，980PRO固态硬盘依旧会在V-NAND堆叠、主控性能方面实现大跨越的升级，至于三星970EVO Plus则还是会成为PCIE3.0世代下的王者存在。

NAND闪存将强势复苏

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自「seekingalpha」，谢谢。

与易失性形式的DRAM不同，NAND闪存是一种能够在不加电的情况下保留数据的非易失性存储器。NAND在我们的个人电脑，智能手机，平板电脑等产品中无处不在。过去的几年中，随着成本的持续下降，随着产业向固态硬盘（SSD）的转移，NAND的兴起已经可见一斑。虽然它比HDD更昂贵，但存储性能却显着提高。这也趋势NAND在数据服务器中也越来越受欢迎，因为更高的存储性能使其适合处理来自AI，5G和IoT的数据的爆炸性增长。这些趋势使行业中的制造商受益。

但是，与DRAM市场不同，NAND具有更强的竞争力，数据显示，现在NAND Flash市场有6家主要制造商，而其中三家公司（美光，三星和SK Hynix）占据了95％的市场份额。为了保持竞争力，NAND公司投入了大量资金。随着存储密度逐年增加，对更好技术的竞争异常激烈。激烈的竞争导致积压的订单和供过于求，导致售价暴跌。

随着锁定策略在全球范围内生效，对服务器内存的需求吸收了供过于求的局面，价格也开始上涨。业界正试图利用这种需求激增的趋势，将产品组合转移到服务器上。我们预计，由于价格上涨，NAND的收入今年将增长40％。但是，由于生产停顿和贸易紧张而造成的供应链中断给行业带来了风险。

市场概况

按市场规模计算，NAND是第二大商品IC产品，价值500亿美元，仅次于DRAM。与DRAM相比，NAND市场由许多制造商组成，因此竞争更为激烈。其中三星所占份额最大，为35％，其次是东芝的Kioxia（18.7％），西部数据（14.7％），美光（11.3％），英特尔（9.7％），和SK Hynix（9.6％）。

激烈的竞争态势迫使这些公司通过开发存储密度逐年增加的芯片来提高竞争力。持续不断的创新步伐意味着现有的存储技术将很快变得缺乏竞争力，从而导致库存积压。在过去的几年中，这些公司在生产上投入了大量资金，导致内存芯片供过于求，平均售价暴跌，去年价格下跌约46％，影响了整个内存行业的收入。

尽管竞争激烈，但这些公司的市场份额在过去5年中一直保持相对稳定。最大的赢家是英特尔，其NAND市场份额增长6.9％，达到9.7％。另一方面，Kioxia是最大的输家，其市场份额从21.6％下降到18.7％。

随着5G和物联网驱动SDD需求的增加，还有爆发性增长的云带来的需求，NAND市场将有增长，数据显示，在未来的几年内，其年复合增长率将达到14.94％。再叠加平均销售价格上涨，这就使得今年NAND 收入可能会增长40％。

和DRAM一样，自从年初以来，市场对服务器内存的需求不断增长，以支持数据使用量的激增，随着世界各地人们对远程工作和虚拟学习的需求，对NAND的需求也开始增长。预计主要的云服务供应商（例如Google和Microsoft）将增加订单以扩展现有容量。强劲的需求使NAND第一季度价格上涨了约5％，并且数据中心的持续部署有望推动ASP的复苏。像DRAM一样，NAND生产商的收入与ASP密切相关。由于供应紧张，我们预计价格将从此处继续上涨，今年平均售价将上涨10％。

除了需求增长之外，供应是导致平均售价的良好复苏的另一个因素。去年，大多数生产商对供过于求做出了反应，将资本支出削减了2％，并控制了产能以平衡市场。2020年的计划产量增速预计为30％，比去年的38％有所下降。各种晶圆厂的供应冲击加剧了供应紧缩，由于断电，三星和Kioxia的生产停顿了几天，因为两家公司都占据了表较大的生产份额，这无疑也带来了影响。

需求上升

为了响应服务器的需求，随着智能手机和PC需求前景恶化，大多数生产商都在改变其产品结构。不过，根据他们如何驾驭需求浪潮，某些公司可能会比其他公司受益更多。

我们预计三星的产量将有所增长，因为尽管出现了疫情，三星仍于今年按时开始运营其在中国大陆的新晶圆厂，他们自2017年以来也完成了70亿美元的投资。该公司还计划加快向第六代V-NAND 的迁移过程。以在2020年上半年进一步提升其竞争力。

对于企业市场，就延迟和写入耐久性而言，三星的Z-NAND和英特尔与美光的3D X-Point是服务器的最佳芯片。尽管3D X-Point赢得重要份额尚需时日，但美光（Micron）去年推出了其X-100芯片，并一直在努力提高产量，而英特尔（Intel）已开始为Optane提早提供样品，但仍然依赖在美光公司根据其协议生产芯片。那就意味着在英特尔开始自己的生产之前，他们将将继续从美光购买芯片。

我们预计东芝，西部数据和SK海力士的表现将比同业差。东芝的Kioxia 推出了 XL-Flash，以与Z-NAND和3D-Xpoint竞争，这是一种特殊的混合存储芯片，具有NAND和DRAM的某些特性（类似于3D X-Point）。不幸的是，该公司的日本晶圆厂发生大火，停产了两周。由于代工厂还为Western Digital提供服务，因此这也将影响公司今年的产量。在最近的财报中，SK Hynix则表示计划在今年增加一条数据中心PCIe SSD产品线，尽管要赶上已经拥有专业数据中心芯片的其他生产商将是一个挑战，但其大多数产品都将面向移动市场，因为这约占了其NAND营收的四分之三。

中国制造商是另一个X因素。尽管在NAND上进行了大量投资，但该国在存储器市场上已经落后了几年。不过，中国存储器制造商长江存储技术有限公司（Yangular Memory Technologies）的128层3D NAND闪存芯片正与现有播放器的最新技术相匹配，这将成为一股不可忽视的实力。尽管其总部是位于中国疫情的风暴中心武汉，但它的新工厂在四月已经开始完全恢复生产。随着中国投资的进入，供过于求的担忧将在2021年重新出现。但是三星已经开始开发拥有更高密度的160层芯片，这可能会使其技术领先于中国公司。因此，我们预计中国将获得低端芯片的份额。

供应链风险

我们不忽略COVID-19对内存供应链的潜在影响。全球范围内的封锁已导致整个制造业各个层面的生产中断。尽管大多数亚洲国家的封锁正在缓解，生产恢复速度放缓，但第二波浪潮的再次出现可能会削弱供应链，并对整个行业造成负面影响。然而，与DRAM相比，供应链更加多样化，其设施遍布中国，韩国和日本。

贸易紧张局势也是另一个风险，韩国和日本之间的争端引发了战争赔偿纠纷。日本对基本制造材料的贸易禁运可能会扼杀NAND供应链。韩国占 NAND总产量的50％，日本提供70％至90％的化学材料用于制造。

作为一种非易失性存储器，NAND是现代存储设备的基础技术，随着SSD取代HDD的兴起，推动了对NAND芯片的需求。服务器中对SSD的需求不断增长归因于AI，5G和IoT数据的爆炸性增长。主要的云服务提供商正在升级到这种具有更高性能的存储形式。

自年初以来，NAND的供应一直很紧张，COVID-19大流行进一步导致了短缺，并使价格上涨。随着价格上涨，预计该行业将在未来几个季度中受益于更高的收入。随着全球范围内的人们正在远程工作和进行虚拟学习，公司还将产品组合和生产转向服务器芯片。

尽管三星，英特尔和美光可能比SK海力士，东芝和Western Digital受益更多，但我们预计整个行业的收入都会增加。随着产量的增加，市场还将见证中国公司在短期内获得份额。由于情况仍然不稳定，我们会谨慎行事，并将监视市场，以防由于大流行引起的任何供应链中断。

此外，鉴于韩国和日本在供应链中的重要性，它们之间的贸易紧张可能会影响生产。

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