过于关注3D NAND闪存层数可能是一种误导

NAND非易失性闪存存储器作为存储行业的突破性革新已有多年发展历史，随着2D NAND容量达到极限，以及晶体管越来越小，NAND的编程时间变长，擦写次数变少，能够将内存颗粒堆叠起来的3D NAND应运而生，可以支持在更小的空间内容纳更高的存储容量，在需要存储海量数据的时代有着重大价值。

依托于先进工艺的3D NAND，氧化层越来越薄，面临可靠性和稳定性的难题，未来的3D NAND将如何发展？如何正确判断一款3D NAND的总体效率？

图片源自长江存储

在2020年的闪存峰会上，TechInsights高级技术研究员Joengdong Choe发表了相关演讲，详细介绍了3D NAND和其他新兴存储器的未来。TechInsights是一家对包括闪存在内的半导体产品分析公司。

3D NAND路线图：三星最早入局，长江存储跨级追赶

Choe介绍了2014-2023年的世界领先存储公司的闪存路线图，包括三星、铠侠（原东芝存储）、英特尔、美光、SK 海力士和长江存储等公司的3D NAND技术发展路线。

Choe给出的路线图显示，三星电子最早在3D NAND开拓疆土，2013年8月初就宣布量产世界首款3D NAND，并于2015年推出32层的 3D NAND，需要注意的是，三星将该技术称之为V-NAND而不是3D NAND。

之后，三星陆续推出48层、64层、92层的V-NAND，今年又推出了 128层的产品。

SK 海力士稍晚于三星，于2014年推出3D NAND产品，并在2015年推出了36层的3D NAND，后续按照48层、72层/76层、96层的顺序发展，同样在今年推出128层的3D NAND闪存。

美光和英特尔这一领域是合作的关系，两者在2006年合资成立了Intel-Micron Flash Technologies（IMFT）公司，并联合开发NAND Flash和3D XPoint。不过，两者在合作十多年之后渐行渐远，IMFT于2019年1月15日被美光以15亿美元收购，之后英特尔也建立起了自己的NAND Flash和3D XPoint存储器研发团队。

另外，在路线图中，长江存储于2018年末推出了32层的3D NAND，2020年推出了64层的3D NAND。

从路线图中可以发现，从90多层跨越到100多层时，时间周期会更长。

相较于其他公司，国内公司3D NAND起步较晚，直到2017年底，才有长江存储推出国产首个真正意义上的32层3D NAND闪存。不过长江存储发展速度较快，基于自己的Xtacking架构直接从64层跨越到128层，今年4月宣布推出128层堆栈的3D NAND闪存，从闪存层数上看，已经进入第一梯队。

近期，长江存储CEO杨士宁也在2020北京微电子国际研讨会暨IC World学术会议上公开表示，长江存储用3年的时间走过国际厂商6年的路，目前的技术处于全球一流水准，下一步是解决产能的问题。

值得一提的是，在中国闪存市场日前公布的Q3季度全球闪存最新报告中，三星、铠侠、西部数据、SK 海力士、美光、英特尔六大闪存原厂占据了全球98.4%的市场份额，在剩下的1.6%的市场中，长江存储Q3季度的收入预计超过1%，位列全球第七。

层数并非唯一的判断标准

尽管在各大厂商的闪存技术比拼中，闪存层数的数量是最直接的评判标准之一。

不过，Choe指出，大众倾向于将注意力集中在闪存层数上可能是一种误导 ，因为字线（带有存储单元的活动层）的实际数量会有很大的不同，例如可以将其他层作为伪字线，以帮助缓解由较高层数引起的问题。

Choe表示，判断3D NAND工作效率的一种标准是用分层字线的总数除以总层数，依据这一标准，三星的拥有最优秀的设计，不过三星也没有使用多个层或堆栈，不像其他厂商当前的闪存那样使用“串堆栈”。

一种提高3D NAND总体效率的方法是将CMOS或控制电路（通常称为旁路电路）放置在闪存层下面。这一方法有许多名称，例如CuA（CMOS-under-Array）、PUC (Periphery-Under-Cell), 或者 COP (Cell-On-Periphery)。

长江存储的设计有些特别，因为它有一些电路在闪存的顶部，而CMOS在连接到闪存之前，是在更大的工艺节点中制造的。Choe认为这种技术有潜力，但目前存在产量问题。

另外，各个公司使用工艺也不尽相同，比较典型的就是电荷撷取闪存技术（Charge trap flash，简称CTF）和传统浮栅存储器技术（Floating gate，简称FG）。

CTF使用氮化硅来存储电子，而不是传统FG中典型的掺杂多晶硅。具体而言，FG将电子存储在栅极中，瑕疵会导致栅极和沟道之间形成短路，消耗栅极中的电荷，即每写入一次数据，栅极电荷就会被消耗一次，当栅极电荷被消耗完时，该闪存就无法再存储数据。而CTF的电荷是存储在绝缘层之上，绝缘体环绕沟道，控制栅极环绕绝缘体层，理论而言写入数据时，电荷未被消耗，可靠性更强。

Choe指出在当前的存储芯片公司中，英特尔和美光一直使用的是传统的浮栅级技术，而其他制造商则依靠电荷撷取闪存设计 。美光直到最近发布176层才更换新的技术，英特尔的QLC在使用浮栅技术的情况下，可以保持更好的磨损性能，但这也会影响其闪存的耐用性、可靠性、可扩展性以及其他性能优势。

下一个十年将指向500层

Choe在演讲中提到，铠侠未来将用到的分离栅结构或分离单元结构技术也很有趣，它可以使存储器的密度直接增加一倍，并且由于分离单元结构的半圆形形状而拥有特别坚固的浮栅结构，具有更强的耐用性。

Choe预计，随着平台或堆栈数量的增加（目前最多为两个），闪存层数将继续增加，每个闪存芯片的存储量也会相应增加。Choe认为，这与其他技术，例如，硅通孔（TSV），叠层封装（PoP / PoPoP）以及向5LC / PLC的迁移一样，都在下一个十年指向500层以上和3 TB裸片。

另外，Choe详细说明了闪存的成本是按照每GB多少美分来计算的，这意味着未来3D闪存的架构将越来越便宜，不过2D闪存的价格依然昂贵，甚至比3D闪存贵很多倍。

谈到尖端闪存技术的推进，Choe认为尖端闪存总是首先进入移动和嵌入式产品，例如5G手机是当下的主要驱动力。他还指出，2D平面闪存仍然有一些应用市场，通常将其视为低延迟SLC用作3D XPiont的存储类内存（SCM）的替代品，如Optane或美光最近发布的X100，尽管X100在消费市场并不常见。

目前，100层以上的3D闪存产品，目前已经发布了SK 海力士128L Gold P31和三星128L 980 PRO，美光最近也基于176L flash发布了Phison E18的硬盘原型。另外，西部数据和铠侠的BiCS5和英特尔的144层产品将在明年发布。

更好的控制器需要更高密度的闪存，未来几年闪存将向更快和更大容量的方向发展。

本文编译自：https://www.tomshardware.com/news/techinsights-outlines-the-future-of-3d-nand-flash

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《永劫无间》对硬盘要求究竟有多高？对比实测SSD、HDD

如果要论后疫情时代，哪款国产游戏最火？毫无疑问，是在8、9月间连续夺得steam游戏销量冠军的、被戏称为“武侠吃鸡”的《永劫无间》了。

01 《永劫无间》独特的存储需求

作为一款“大逃杀”类型的电竞网游，《永劫无间》在玩法上继承了装备收集、跑图、毒圈等诸多经典元素，同时还在此基础上融合了中国古典武侠元素，从武器装备到地图场景，从人物建模到功法设计，都借鉴了一系列武侠设计，整个画风上别具一格。

此外，《永劫无间》摒弃了传统“大逃杀”游戏节奏偏慢，任务单一，场景简单等弊病，通过设计游戏内的随机任务，加快毒圈的扩散速度，以及物资分布的密度等方式，整个游戏的节奏和可玩性大大的提升。

正是基于玩法和画面上的突破，《永劫无间》成为了2021年现象级的电竞网游。作为一款现象级网游，其独特的硬件配置推荐，也成为了众多网友关注的焦点，和普通网游对于显卡或是CPU等设备的硬性需求，《永劫无间》反而对于硬盘存储有着特殊需求。

武侠风格地图

在其官网的推荐配置页面，赫然写着“为了更流畅的游戏体验，我们建议您将游戏安装在SSD硬盘上”，那么会有人问了，没有SSD是否无法体验到更畅爽的游戏呢？《永劫无间》对于硬盘的性能需求究竟有多高？

推荐SSD

02 对比实测SSD和HDD

今天，笔者将通过实际体验的方式，对比SSD和HDD，在《永劫无间》中的实际性能表现。

此次测试的SSD，选用的是三星旗下的首款全面支持PCIe4.0协议的旗舰级固态硬盘——三星980PRO，该款硬盘最大的特点便是从内到外的全面革新，并为PCIe4.0进行了全面优化。根据测试，其最大连续读取速度达到了7000MB/s，也是目前首屈一指的行业旗舰。

三星980PRO

至于机械硬盘方面，则是采用了5400转的主流叠瓦式硬盘，其最大连续读取性能大致在150MB/s左右，也是目前诸多老旧机型标配的产品。

那么它们之间在《永劫无间》中差距究竟几何？下面开始我们的实际测试。

03 四大项目实测 最大相差近10倍

测试的主要项目有四个，首先是游戏本体传输，考虑到在实际应用中，经常会出现游戏本体的拷贝，所以我们将装载有《永劫无间》游戏包插入电脑，分别传输给内置的三星980PRO，和5400转主流机械硬盘之中，并记录传输时间，用以对照。

三星980PRO本体传输

5400转主流机械硬盘游戏本体传输

通过上图可以看到在游戏本体传输测试中，同样是传输差不多50%左右的数据，二者之间无论是在绝对速度表现，还是剩余传输时长方面有着极大的差距，几乎相差了10多倍，这也展现了固态硬盘和传统机械硬盘在性能上巨大鸿沟。

5400转主流机械硬盘游戏本体传输（GIF）

三星980PRO本体传输（PRO）

从GIF中，则能更加直观看出二者在传输性能上的差异，虽然从移动硬盘拷贝到硬盘中，更多体现的是写入水平，可三星980PRO依旧凭借着超强的IO性能，大幅度的领先传统盘。

《永劫无间》对比实测SSD、HDD

其次是游戏载入测试，我们分别从三星980PRO和5400转主流机械硬盘中，启动《永劫无间》游戏本体，并记录从账号登入到内建人物完整载入的全过程，为了最大限度避免网络的波动，我们将关闭所有的其他应用程序，并连接网线，减少干扰。

游戏载入测试

游戏载入测试

在游戏载入测试中，通过测试的视频截图可以看到，当固态硬盘已经完全进入游戏大厅时，机械硬盘依旧停留在游戏画面载入过程中；同时，从具体载入时长而言，三星980PRO仅仅用了2.43秒，而传统机械硬盘则耗费了15.18秒，再次相差了近8倍。

第三是画面载入测试，同样的我们将分别从我们分别从三星980PRO和5400转主流机械硬盘中，启动《永劫无间》游戏本体开启匹配后，同时点击进入游戏，记录游戏画面载入进度条。

画面载入测试

画面载入测试

在画面载入测试中，更多素材和场景的全面载入，更加考验着硬盘自身的IO存取性能，通过画面截图可以看到，固态硬盘已经进入了游戏打斗了，而机械硬盘还停留在选人阶段，二者再次相差了近7倍，和游戏载入测试差值相似。

这也从侧面反映了当画面场景更加丰富和多变的时候，更加强悍的IO性能才能更快更迅速的完成画面载入，加速游戏进程，提升游戏体验。

最后则是实际试玩环节，在环节中我们将分别从三星980PRO和5400转主流机械硬盘中，启动《永劫无间》游戏本体后，真实试玩一把游戏全过程，以考量二者真实的游戏表现，验证是否足够流畅。

至于在实际试玩环节中，笔者能够明显感受到机械硬盘上进行跑图，和画面切换的时候，有着明显的顿挫感，经常性出现画面重影或是缺失状态；同时，在进行诸如武器维修，装备切换或是药血补充时，多元和细节画面的加载，使得这些操作有着一定的延迟或是停顿，究其缘由，依旧是孱弱的IO性能，无法支撑这些画面的快速流畅的加载，反馈到体验层面，便是无法预料的顿挫；最为严重的，可能便是当游戏进入到最后决战的时刻，多人同步厮杀决斗，武器装备、功法画面、多人不同视角等诸多场景的同时接入，毫不夸张的说，整个画面约等于PPT，一帧一帧的加载，体验感近乎为零。

04 PCIe4.0 SSD是电竞游戏的未来

从以上四大实际测试，我们可以看出《永劫无间》作为次时代下的电竞网游，对于存储器的更高追求，这可能也是一种信号。

即随着电竞游戏，在玩法和画面上的精致和集成，常规的机械硬盘已然无法满足，大量集成数据的快速写入，进而严重影响到游戏画面和体验玩法的畅快展现，拥有更强IO，更佳性能的固态硬盘，正在成为未来。

尤其是随着PCIe4.0协议的全面普及，以及以三星为首的、在3D NAND技术上实现了更多层数堆叠更大容量的增长，兼具性能和容量的新一代PCIe4.0 SSD，将毫无疑问的成为固态存储绝对的王者。

如果你已经拥有了一块PCIe4.0 SSD，不用怀疑它将成为你的必需品；如果你还没有一块PCIe4.0 SSD，不要犹豫，选购一块三星980PRO，你就能体会到什么叫存储性能，什么才是存储未来。

时值双.11，三星存储也在京东旗舰店，开启了种类丰富，折扣喜人的优惠活动，包括品牌特卖、爆品劲爆直降以及晒单赢百元E卡等活动，正在火热进行中，这个双.11，来三星存储京东旗舰店，满足你的一切存储需求。

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