文：在前线华仔 在数字化世界发展中，数据存储是绝对重要的一个环节，而在这个领域，英特尔凭借不断进化的技术与方案，正在驱动整个行业的升级与转型。 近日，在前线记者一行受邀参加英特尔内存与存储媒体沟通会，而这个沟通会的地点放到了英特尔大连存储技术制作与科研基地（英特尔大连工厂）。所以除了学习英特尔在存储领域的新进展外，在前线一行还全面参观了英特尔大连工厂，结合介绍，深度了解英特尔 3D NAND 和傲腾技术的未来发展方向。 工厂演进预见数据未来 盛名之下无虚士，英特尔大连工厂从建成到现在，响应数据趋势而不断演进，已经成为英特尔在全球范围内最为出色的工厂之一。
在这次沟通会上，英特尔非易失性存储方案事业部副总裁，英特尔大连存储技术与制造基地总经理梁志权对英特尔大连工厂做了全面介绍，他表示，在全球范围内，英特尔有两种类型的工厂，一种是晶圆制作工厂，一种是封装测试厂，其中晶圆制作工厂的技术会更加复杂一些。目前英特尔在爱尔兰、美国、以色列都有晶圆制作工厂，大连是英特尔在亚洲唯一一家晶圆制作工厂。
其实值得注意的是，英特尔大连工厂的全称是英特尔大连存储技术制作与科研基地（DMTM），这里除了产品生产外，还承担了一部分研发的工作。 英特尔大连工厂于 2007 年奠基，2011 年全面投产。大连工厂是英特尔自 1992 年在爱尔兰建立 F10 晶圆厂后，新建的第一座晶圆厂，也是英特尔在亚洲的第一个晶圆制造工厂，总投资 25 亿美元，总建筑面积为 16.3 万平米，其中洁净厂房面积达 1.5 万平方米。
在初期，大连工厂主要生产制作 65nm 产品，此后到了 2015 年，英特尔宣布未来将投资 55 亿美元，把大连工厂升级为“非易失性存储”制造工厂，这也是英特尔迄今在中国最大的单笔投资。 值得一提的是，在大连工厂投入生产的前期，大连工厂就获得了英特尔内部最高的团体奖项——英特尔质量金奖。据梁志权介绍，目前英特尔还没有任何一个其他分公司会在成立两年时间里，或者在很短的生产时间内获得的质量金奖，大连工厂是第一个，也是唯一一个。 这个金奖的获得是大连工厂全体员工共同的努力。据了解，在大连工厂刚刚投入生产时，很多员工都是本土的，且大多是刚毕业的学生，缺乏经验，于是就送了很多员工去美国亚利桑那州工厂进行学习，学会后回国生产。而惊喜的是，当员工培训完回来后，生产同样的产品质量指数反而超过了亚利桑那州工厂。这也是大连工厂能在投产短时间内获得质量金奖的原因。
2015 年投资升级后，大连工厂成为了英特尔的非易失性存储器产品集成电路全球制造网络中使用 300 毫米晶圆中目前最先进技术的生产中心之一。2016 年 7 月，大连工厂一期项目正式投产，次年发布了两款全新的基于 3D NAND 的数据中心级固态盘，英特尔® 固态盘 DC P4500 系列及英特尔®固态盘 DC P4600 系列，均采用英特尔最先进的 96 层 3D NAND 存储芯片制造技术。2018 年 9 月，二期项目投产。 还有一点要提的是，在转型成为一个 3D NAND 存储技术工厂后，大连工厂在 2018 年再次获得英特尔质量金奖。
其实，英特尔大连工厂获得的荣誉不止如此，除了英特尔质量金奖，英特尔大连工厂还获得过英特尔大连最佳雇主奖、大连市优秀外资企业、大连市安全文化示范企业等奖项，这个奖项也说明了英特尔大连工厂立足本土，已经成为大连优秀的企业公民。 在参观过程中，大连工厂的整体绿色生产环境及内部生产厂房都给在前线记者留下深刻印象。英特尔大连工厂是大连第一家披露环境绩效的企业，在运营中始终采用最高环境标准，树立绿色运营标杆。英特尔大连工厂还积极回收处理工厂运营中产生的各种废弃物，2018 年的废弃物回收率高达 97%，并完成绿色生态节能项目 15 个，共节约用电 330 万度。 在英特尔大连工厂的展览区，带领参观的英特尔人员详细介绍了从沙子到芯片的完整制造过程。同时在英特尔大连工厂的整体沙盘上，有一块区域标明了二期工程，这预示着英特尔大连工厂还将继续扩建。实际上，在升级为 3D NAND 存储技术工厂后，大连工厂用一年时间就实现了量产，到了 2017 年生产的 3D NAND 产品就已经供不应求，这个二期工程的扩建也是为了大连工厂能够进一步提高产能。
此次，在前线一行参观的是负责生产英特尔 3D NAND 芯片的 Fab 68A 厂。Fab 68A 厂一共有四层，这是目英特尔目前最大的工厂，其中核心的无尘车间位于第三层，洁净度达到 Class 10，且内部压力高于外部。 不仅如此，Fab 68A 厂的无尘车间具有十分高的自动化程度，负责运输晶圆的机器人全部运行在房间上部，这一方面是为了方便管理，另一方面是为了节约空间。在这个无尘车间内，还存在一块面积不小的空地，也即将进行设备搭建，投入生产使用。 值得一提的是，英特尔大连工厂的自动化系统是自行设计的。据梁志权表示，早些年使用的是别家公司的软件系统，后来终止合作后准备转换系统，外界认为需要两到三年才能自主运行 MES 系统，实际上大连工厂在几个月内就完成了这个转换。 科技进阶全新闪存应对数据洪流 数据挑战是近几年越发明显的数字化转型难题，在早先的存储领域，主要有 DRAM、NAND、HDD 这 3 种存储介质，而因为早期数据量有限，所以主要存储在 DRAM 内存、NAND 闪存、HDD 机械硬盘中。伴随着数据量规模的爆发，这三种存储介质的差异性也逐渐明显。 众所周知，DRAM 行业正在迎来一个新的难题，一方面是 5G、物联网等新技术推动带来的巨大存储需求，另一方面是其本身在容量和性能提升上逐渐趋缓，这两个因素形成了 DRAM 存储的矛盾点。
英特尔中国区非易失性存储事业部总经理刘钢表示，目前越来越多的企业关注“存储金字塔”，它清楚地指出了现在存储架构的差距。从计算本身的 Cache，到计算里面的 Memory，还有 DRAM，到 3D NAND 到硬盘，存在很多层存储。比如有这样一个规则，这其中有 10% 的数据的访问是 90%，这个规则会导致要做很多的存储分层才会提高效率，而且要保证存储之间的差距不能太大，避免影响效率。
再这样的需求下，很容易就会观察到不同存储介质未来趋势的变化。以 DRAM 为例，DRAM 的容量增长速度是变慢的，当整个数据中心的数据大概是每三年增加两倍时，DRAM 存储是每四年容量才增加两倍，而硬盘容量每九年才增加两倍。而 NAND 存储符合这个机制，它是每两年增加两倍的。 也就是说，当数据量增长不断加快时，DRAM 和硬盘很容易就跟不上这种增长速度，但 NAND 的容量增长可以。
除了容量增长问题，还有一个就是延迟问题。刘钢介绍到，NAND 增加的容量很快，但是从 MLC 到 TLC，再到 QLC，实际上它的时延并没有进步，反而是从 TLC 到 QLC 时延还会下降。从时延角度来讲，新增的 NAND 和处理器之间的时延无法得到改善，在这方面，时延很短的 DRAM 在容量上得不到快速增长，这就形成了新的差距。
除了容量和时延，还有带宽问题。NAND 的容量增长很快，到 QLC 时容量至少达到 8TB，单从接口上来看，如果依旧使用 SATA 接口，每一个单位 TB 分享到的带宽是降低的。也就是说，随着容量点的增加，每一个单位 TB 分享到的带宽反而是变低的。 这三个问题存在于存储层级中，如何解决？刘钢表示，需要新的产品来满足这些需求。
目前来看，DRAM 和 3D NAND 之间的容量和延迟都有着很大差距，英特尔给出了两个方案去填补这个差距：一个是扩大内存这一层级的容量，另外是改善 NAND 的速度，这都可以基于 3D XPoint 傲腾来解决。 傲腾是英特尔面对数据洪流提出的创新型技术解决方案，目前英特尔推出了两种傲腾产品，一种是傲腾数据中心级持久内存，另一种是傲腾 DC 固态盘，其作用就是为了实现扩大内存容量，改善 NAND 速度。
相比于 NAND，傲腾的结构具备更加优良的扩展性，使用一个 Deck，就可以使容量翻倍。而目前的傲腾基本上是两层的，据介绍英特尔傲腾产品接下来会进步到四层，未来还会有八层，容量和性能都能得到大幅提升。 在时延方面，基于 3D XPoint 技术的傲腾 DC 固态盘能够提供更加优秀的延迟表现。比如在沟通会现场的介绍中，在低队列深度下，英特尔傲腾固态盘 DC P4800X 的 IOPS 相比于英特尔固态盘 DC P4600 有成倍的提升；且在不同 QoS 下，随着 IOPS 的提高，英特尔傲腾固态盘 DC P4800X 的读取延迟无明显变化，英特尔固态盘 DC P4600 延迟则会大幅提升。 基于傲腾技术的进步，英特尔也会推出更加符合行业需求的高质量存储产品，在助力行业客户方面，浪潮与英特尔联合宣布，双方将加深在存储领域的合作，共同推动以傲腾（Optane) SSD 为代表的创新存储技术在企业级存储系统中的应用与推广。
在此次沟通会上，浪潮存储产品部副总经理孙斌表示，在固态存储技术领域，浪潮存储和英特尔一方面正在联合开发以傲腾最新的双端口 NVMe SSD 作为高速缓存的全闪存储平台，另一方面将联合推出行业场景化解决方案，结合业务场景，推动行业用户将实时业务部署在全闪存储平台上。
在过去一年时间内，浪潮与英特尔多次在不同地方同台，而作为存储生态圈的一部分，浪潮从 2002 年建立存储品牌，到 2016 年将存储业务线提升到战略位置，以研发为主，致力于为客户带来更大价值的异构存储组合。与英特尔合作，基于傲腾固态盘的强大性能来优化 CEPH 方案，同等 TCO 下能带来更大的容量，同时节约成本。 除了加快推进英特尔傲腾技术进步到四层 Deck 外，英特尔也在生产新一代 NAND SSD，刘钢表示，目前在大连工厂也已经在生产新一代 NAND SSD。
目前，NAND SSD 主要有两种结构设计，一种是英特尔 Floating Gate，另一种是 Charge Trap。这两种设计在结构上有很大不同。比如在上图中，FloatingGate 是浅蓝色部分，黄色部分是绝缘体，通过隧道效应把电子俘获到蓝色的部分当中。在 Floating Gate 技术架构下，每一层之间是断开的，而在 Charge Trap 当中，上下是靠中间的绝缘体把电荷俘获在那里，默认电子进去之后不会逃逸。在层数有限的情况下，Charge Trap 架构是可行的，当堆叠过多时，电子逃逸情况就无法保证。 刘钢表示，目前英特尔的 QLC 颗粒采用的是 96 层堆叠，到了 2020 年，英特尔将会给客户提供 144 层堆叠的 QLC 产品，其在数据中心的应用是很可靠的，且已经有很多客户已经测试过了，正在部署 QLC。 当然面对数据存储的挑战，英特尔的准备不止这些，层数堆叠提高是有限的，同时也要增加每个单元的密度，向 PLC 前进。 转型加速：英特尔大连工厂引领行业升级 英特尔大连工厂不仅是英特尔以数据中心为中心的核心驱动力，同时也是加快中国企业数字化转型的加速器。 以傲腾技术为基础，英特尔傲腾数据中心级持久内存和固态盘已经应用到存储、云、数据库、AI、通信等多个领域，且丰富的产品形态也促进了不同业务场景的数字化升级。
在沟通会上，英特尔展示了与国内多个企业的合作，如英特尔傲腾数据中心级持久内存让腾讯云在同一 SLA 上，单实例内存容量可扩展至只配置 DRAM 内存平台的 1.34 倍；英特尔傲腾数据中心级持久内存让快手 Redis 服务的 TCO 降低了 30%；英特尔的全闪存产品组合，结合英特尔至强可扩展处理器，帮助百度智能云在稳定性、IOPS 等方面实现了更优表现等。 在帮助企业数字化升级的同时，英特尔大连工厂立足本土，注重本地人才培养。通过独具一格的高管培养计划体系，在短时间内实现了人才本地化，也为大连本土半导体人才培养输入新鲜血液做出了卓越贡献。投产之初就需安排 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、本地人才比例已由十年前还是7:3 变为了如今的2:8。 此外，英特尔大连工厂将企业社会责任作为运营的根本理念，不仅利用自身的技术优势，参与解决社会问题，推动社会和谐持续发展，并且通过教育变革项目推动本地创新人才培养，打造出从小学到大学、从学生到教师、从课内到课外全方位多角度的创新人才培养体系。 在前线认为，从英特尔大连工厂，不仅学习到了英特尔不断演进的存储技术，在产品领域，英特尔傲腾产品线不断丰富，面向未来，英特尔傲腾展示了极具活力的增长性，越来越多行业用户的认可，让英特尔在数据存储领域发挥着愈加重要的作用。而通过一系列本土化措施，英特尔大连工厂也将成为英特尔全球工厂中的一颗明珠，持续引领国内甚至全球行业进化。 |
