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走入Intel中国顶级工厂:144层闪存、全新傲腾都在等你!

2019-12-1 04:31| 发布者: | 查看: 20| 评论: 0

摘要:   作者:上方文Q  近日,硬哥有幸受邀,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。  Intel 大连工厂 2007 年 ...

  作者:上方文Q

  近日,硬哥有幸受邀,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。

  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。

  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。

  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。


Intel 晶圆厂、封装测试厂全球布局


Fab 68 布局图(注意左下角是留给未来扩建的)


展示区的 Intel 处理器内核照:你能认出来是哪些吗?

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  这就是 Intel 理想中的存储架构,感觉如何?


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