闪存/傲腾未来在此!走入Intel中国顶级厂

  • 作者: 快科技   2019-11-29/08:58 访问量:
  • 近日,快科技有幸受邀,参观了Intel位于辽宁省大连市的Fab 68晶圆厂,并学习了Intel NAND闪存、3D XPoint Optane傲腾方面的深层技术与未来规划,与诸君分享。

    走入Intel Fab68大连工厂:144层闪存、全新傲腾在等你

    Intel大连工厂2007年奠基,2011年全面投产,这是Intel 1992年爱尔兰Fab 10之后新建的第一座晶圆厂,也是Intel在亚洲的第一座晶圆厂,初期总投资25亿美元,建筑面积16.3万平方米,其中洁净室厂房面积1.5万平方米。

    大连工厂初期主要生产65nm工艺的芯片组等产品(不生产CPU处理器),2015年追加投资55亿美元(Intel在中国最大的一笔),升级为NVM非易失性存储制造工厂,主力生产NAND闪存,也是Intel全球同类工厂中最先进的之一。

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    2016年7月,大连厂升级后的一期项目投产,次年发布的DC P4500/P4600系列数据中心级固态盘就使用了这里出产的3D NAND。2018年9月,二期项目投产。目前,Intel最先进的96层3D闪存就是来自大连。

    因为短时间内实现高能效生产,Intel大连厂曾两次获得全球制造业务线金奖,2012前年还拿到过Intel全球金奖,这在Intel还是首例。

    Intel还曾公开赞扬大连厂,相信它是存储历史上投产最快的工厂之一。

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    大连厂特别注重对于本地人才的培养,投产初期就需安排了300多名员工到美国和爱尔兰专业培训,并指派200多名外籍员工来中国工作。目前,工厂关键高管的外籍、本地人才比例已经达到2:8,而在十年前还是7:3。

    值得一提的是,Intel还是大连第一家披露环境绩效的企业,也是大连唯一实现100%餐厨垃圾无害化处理的企业。

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    Intel晶圆厂、封装测试厂全球布局

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    Fab 68布局图(注意左下角是留给未来扩建的)

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    优秀人才榜

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    展示区的Intel处理器内核照:你能认出来是哪些吗?

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    从沙子到芯片的制造过程演示

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    这次有幸参观了大连厂的内部办公、制造环境,但因为保密限制不能大家分享照片了。上边两张图来自Intel与美光合资的闪存工厂,与之有些类似。

    大连厂的厂房共有四层,其中核心的洁净室制造区位于第三层,进入必须穿着专门的防护服(俗称兔子装Bunny Suit),佩戴头套、胡须套,因为里边的环境比手术室还要干净一百倍,每立方米内比头发丝直径还小的颗粒不超过10个(Class 10等级)。

    由于实现了高度自动化,制造区内的工作人员非常少,偶尔三三两两走过,更多工作人员就在办公室内远程调控。

    至于这里的工艺和设备有多么高级和先进,看到上边图中厂房顶部来回奔走的“小吊车”了吗?它们负责晶圆的传输,每一个都价值一辆宝马。

    接下来是技术分享环节,分为闪存、傲腾两个部分。

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    在计算体系中,存储有多种不同类型,处理器缓存、封装内存、DRAM内存、NAND闪存、HDD机械硬盘、磁带等等,形成了一个完成的体系,但因为各自特点迥异,比如内存和闪存之间,比如闪存和固态存储之间,无论性能还是容量,仍然存在很大的空白。

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    DRAM内存、3D NAND闪存、3D XPoint傲腾三种存储中,Intel重点努力的是后两种,尤其是扩展性极佳的傲腾。当然如果你熟悉历史,应该记得Intel公司成立之初的业务其实正是DRAM,确切地说是SDRAM。

    DRAM是平面型的,无论容量还是性能提升都越来越困难,比如密度早些年每三年增加四倍,而今每四年才能增加两倍,而闪存SLC、MLC、TLC、QLC一路走下来,单位容量带宽是越来越低的,与计算核心的距离其实在拉大。

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    当然,NAND闪存在可见的未来内仍是应用最广泛的存储类型,Intel更是采用了先进的浮动栅极设计,不同于传统电荷撷取设计,使用的是独立充电存储节点,编程擦写循环、单元间电荷隔离、数据持久性都更佳,同时还有阵列下CMOS结构(CuA),可节省空间占用,有利于存储密度的扩充。

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    Intel 2016年量产了第一代32层TLC闪存,单位容量密度384Gb,2017年的第二代64层QLC猛增至1024Gb,而在今年刚投产的是第三代96层QLC,明年将迎来第四代144层QLC(跳过128层)。

    注意后面三种存储密度其实没变,更多的是靠增加堆叠层数而提升容量,这也是NAND闪存面临的一个困局。

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    除了闪存本身容量提升,Intel也一直致力于固态硬盘容量的提升,比如设计了全新的E1.L、E1.S形态,前者相比U.2容量增加最多1.66倍,散热效率提升2倍,而后者相比M.2容量可翻一番,散热效率更是提升3倍,而且都为PCIe 4.0、PCIe 5.0做好了准备。

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    说到闪存存储格式,SLC、MLC、TLC、QLC大家都很熟悉了,分别是每个单元1、2、3、4个比特位,分别有2、4、8、16种电荷状态,寿命确实在持续衰退,但是得益于先进的浮动栅极结构,Intel QLC闪存的数据持久性更好。

    接下来就是每单元5个比特位、32种点和状态的PLC,Intel的浮动栅极结构依然可以满足,当然需要在闪存结构、主控和固件优化支持方面做出更多的努力,以弥补寿命的不足。

    至于再往后,Intel多年前就在研究每单元8个比特位的NAND闪存,因此仍然是可以继续走下去的。

    傲腾一直是Intel引以为傲的黑科技,早先与美光合作研发,但因为各种原因,双方已经分手。

    Intel坦言,就像过久了的男女朋友或者夫妻,如果双方的努力方向不一致,是很难继续过下去的,分手也是迫不得已,包括专利、技术方面也确实会有一些影响,但是未来Intel会坚定地持续发展傲腾,而且是自己单干,暂无计划与其他家合作。

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    相比于NAND闪存,傲腾的结构又完全不一样,一个突出特点就是扩展性更好,目前只用了区区两层(Deck),接下来会扩展到四层,未来还是八层,容量、性能都不可限量。

    傲腾对比闪存的最大优势就是随机读写性能高得多,而延迟又低得多,特别是随着IOPS的不断增加,优势会越来越明显,因此非常适合大型数据中心应用。

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    Intel下一代傲腾产品代号“Aerospike”,预计可以做到130万左右的超高IOPS,是现在傲腾SSD DC P4800X的大约三倍,更是NAND闪存硬盘的四倍多。

    更诱人的是,新一代傲腾产品失败率极低,只有NAND闪存的大约50分之一。

    作为拿手戏的延迟,新傲腾更是一骑绝尘,尤其是在16线程这样的高并行负载下。

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    除了作为SSD存储产品,傲腾还可以作为持久内存,并支持内存模式、应用直接模式两种针对不同负载的工作模式,已经搭配可扩展至强逐渐普及,Intel也提供了各种配套工具挖掘其潜力。

    傲腾持久内存目前兼容DDR4,下一步DDR5到来之后,傲腾也可以轻松迁移兼容,实现平滑升级,这也是傲腾灵活性的另一个体现。

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    傲腾存储还在发展阶段,尤其是持久内存,但已经得到了极为丰富的生态支持,各种顶级行业巨头都有应用,包括国内的BAT互联网三巨头、浪潮、金山云等等。

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    在Intel看来,相比于NAND闪存,傲腾更具有长远发展能力,尤其是随着容量的不断增长,单位容量的IOPS并不会持续下降,这一点对企业级应用至关重要。

    不过需要注意的是,和早期很多人认为的不同,Intel从未考虑用傲腾取代传统内存、硬盘,更多的是用它来填补存储体系中的空缺,发挥各自所长。在未来,傲腾固态盘、傲腾持久内存也会共同发展,互为补充。

    至于和美光分手后,Intel是否会将傲腾转移到大连厂来生产,这个尚未决定。

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    这就是Intel理想中的存储架构,感觉如何?

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