MC的前方记者于11月27日受邀参加了英特尔内存与存储媒体沟通会，此次媒体沟通会在辽宁省大连市的英特尔大连存储技术制作与科研基地（下文简称英特尔大连工厂）举行，所以我们的前方记者不仅深度在这里了解到英特尔3D NAND和傲腾技术最新动态和发展方向，同时也有幸参观了英特尔大连工厂。
走进英特尔大连工厂
在本次沟通会上，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先生为我们介绍了英特尔大连工厂的基本情况。
▲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先生
梁志权先生提到，英特尔有两种类型的工厂，下图中蓝色的这几个是晶圆制作工厂，比如说大连工厂就是英特尔在亚洲唯一一家晶圆制作工厂。绿色的是封装测试厂，大家可以从颜色上区分出它们的区别。
▲大连工厂是英特尔在亚洲唯一一家晶圆制作工厂
英特尔大连工厂于2007年奠基，2011年实现全面投产，这座工厂总投资25亿美元，总建筑面积为16.3万平方米，其中洁净厂房的面积就达到1.5万平方米。英特尔大连工厂初期主要生产65nm生产工艺的芯片组等产品，到了2015年，英特尔宣布将投资55亿美元（这也是英特尔迄今在中国最大的单笔投资），将大连工厂升级为“非易失性存储”制造工厂。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 NAND就是来自大连。
▲英特尔大连工厂发展史
作为英特尔大连工厂的负责人，梁志权先生在不仅介绍了英特尔大连工厂的发展历程，同时还重点提及了他们获得的诸多荣誉：“在2007年到2010年建厂的期间，我当时就在这边负责建厂和生产。英特尔一直以质量引以为豪，质量金奖是英特尔公司内部最高的团体奖项，没有任何一个其他的分公司会在成立两年，或者说很短的生产时间内得到英特尔的质量金奖，我们是第一个，也是唯一一个。”
其实英特尔大连工厂获得的荣誉远不止如此，升级为“非易失性存储”制造工厂之后，英特尔大连工厂还于2018年再一次获得了“英特尔质量金奖”，并且从建厂至今，英特尔大连工厂还获得了包括“英特尔大连最佳雇主奖”在内的诸多内部和外部奖项。
在介绍完英特尔大连工厂的基本情况之后，梁志权先生还带MC前方记者参观了英特尔大连工厂的内部环境和生产厂房。在英特尔大连工厂的展览区，MC前方记者看到了从沙子到芯片的完整制造过程，以及的不同尺寸的晶圆（晶圆的尺寸越大，硅晶片的良品率越高，目前英特尔大连工厂生产的晶圆尺寸已经达到12英寸）。值得一提的是，MC前方记者还注意到，英特尔大连工厂的沙盘上还规划了二期工程，这也就意味着英特尔大连工厂还将继续扩建，并进一步提高产能。
▲英特尔大连工厂展览区
▲英特尔大连工厂的展览区展示了从沙子到芯片的完整制造过程，以及的不同尺寸的晶圆。
除此之外，MC前方记者还有幸参观了英特尔大连工厂的生产厂房，由于保密限制，我们不能给大家分享生产厂房的实拍照片，所以在这里给大家简单介绍一下。
英特尔大连工厂的生产厂房有两座，分别为Fab 68和Fab 68A，MC前方记者参观的就是负责生产英特尔3D NAND芯片的Fab 68A。这座工厂一共分为4层，其中核心的无尘车间位于第三层。由于3D NAND芯片的制造需要非常干净的环境，无尘等级达到Class 10（每立方米内比头发丝直径还小的颗粒不超过10个，并且比手术室的无尘等级要求高100倍），所以进入无尘车间的工作人员都要穿上防尘服、佩戴头套和胡须套等防尘设备。
英特尔大连工厂的无尘车间达到了非常高的自动化程度，工程师通常都在办公室内进行远程控制，所以在10分钟左右的无尘车间参观过程中，我们偶尔会看到三三两两的工程师进入无尘车间。在MC前方记者看来，更为忙碌的似乎是天花板上负责运输晶圆的机器人。值得一提的是，英特尔大连工厂并没有设计用于存放晶圆的房间，而是将装有晶圆的盒子直接存放在运输机器人的轨道旁，这样的设计不仅为安放生产设备提供了更多的空间，同时也能够提高生产效率。
▲上图为IM Flash工厂的生产车间，英特尔大连工厂的无尘车间与之相似。
▲IM Flash工厂的天花板上设计了晶圆运输车的运行轨道，而晶圆就存放在轨道附近（上图左侧），方便运输车存取，英特尔大连工厂也采用了相似的设计。
数据增长放大了存储架构之间的差距
相信时常关注存储的朋友们对“存储金字塔”一定不会感到陌生，在早期的“存储金字塔”中主要包括DRAM、NAND、HDD这3种存储介质。
▲早期的数据量较少，所以它们通常储存在DRAM、NAND和HDD中。
随着时间的推移，数据量基本上每三年就会增长两倍。这不仅需要更快的数据处理能力来满足新应用的发展，而且也对数据的存储能力提出了更高的要求。与此同时，原来的DRAM、NAND、HDD这3种存储介质之间的差距也被逐渐放大。那么它们之间究竟有哪些差距呢？英特尔中国区非易失性存储事业部总经理刘钢先生在本次活动中就详细讲解了DRAM、NAND、HDD这3种存储介质在目前存在的以下几个差距，并提出了来自英特尔的解决方案。
▲英特尔中国区非易失性存储事业部总经理刘钢先生
差距一：容量
当数据量每三年增加两倍时，我们就需要更大容量的介质在存储这些数据。与此同时，NAND的容量的增长趋势也非常快——每两年增加两倍。不过，DRAM的容量每四年增加两倍，硬盘容量每九年才增加两倍。也就是说，NAND的容量增长趋势能够跟上数据增长的脚步，但DRAM和硬盘就掉队了。
▲当数据量每三年增加两倍时，NAND的容量增长趋势能够跟上脚步，但DRAM和硬盘就掉队了。
差距二：延迟
虽然近几年NAND的增长迅速，但从MLC到TLC，再到QLC，它们的延迟并没有降低，而且QLC的延迟反而比TLC更高，所以NAND和处理器之间的延迟问题并没有得到改善。另一方面，DRAM的延迟虽然很低，但它的容量增长太慢，而硬盘的延迟同样也没有降低，所以延迟就成了不同存储介质之间的另一差距。
▲虽然NAND的容量大幅提升，但其延迟并没有得到明显改善。
差距三：每一个单位TB分享到的带宽
目前，NAND的容量增长得非常快，QLC NAND的容量完全能够达到8TB，但是如果还是使用SATA接口的话，每一个单位TB分享到的带宽反而是变低了。
▲如果继续使用SATA接口，NAND容量大幅增长的同时，每一个单位TB分享到的带宽反而降低。
如果将容量、延迟和带宽这3大差距放到存储架构的金字塔中，我们就不难发现以下3个问题：第一，DRAM的延迟虽然很低，但它的容量增长太慢；第二，3D NAND容量大幅提升，但延迟没有得到改善；第三，数据中心里需要高密度存储容量，这是硬盘无法做到的，所以就需要成本更低的SSD来替代硬盘。那么如何来解决这3个问题呢？刘钢先生强调：“存储的层级当中出现了巨大的鸿沟，必须有新的产品才可以满足。”
用新产品来弥补
从目前来看，DRAM和3D NAND之间的容量和延迟都相差一千倍之多，如何去填补如此巨大的鸿沟呢？英特尔给出的方案是使用两个方向去填补——一个是扩大内存这一层级的容量，另一个是改善NAND的速度，而这都可以通过基于3D XPoint的傲腾来解决。此外，为了弥补3D NAND和硬盘之间的差距，英特尔提出的解决方案是使用QLC NAND。下面我们首先来看看傲腾。
傲腾未来可期
英特尔目前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，它们的主要作用分别就是前文中提到的扩大内存这一层级的容量，以及改善NAND的速度。
傲腾数据中心级持久内存（下文简称傲腾DCPMM）采用的是DDR4接口，容量为128GB~512GB，并且拥有Memory Mode和APP Direct Mode这两种工作模式。由于傲腾DCPMM的读写速度接近DRAM，并且拥有上述两种工作模式，所以它可以作为扩大内存层级容量的存储介质，并且可以填补位于DRAM之下的一个存储层级。
▲傲腾DCPMM拥有Memory Mode和APP Direct Mode这两种工作模式
傲腾DC固态盘虽然和傲腾DCPMM采用相同的存储介质，但傲腾DC固态盘的外形、接口却与后者有很大的改变——其外形不再是内存DIMM形式，而是设计成了AIC插卡式，以及U.2 2.5英寸外形，接口也变为了PCIe 3.0 x2～PCIe 3.0 x4。它主要用来加快部分热数据与温数据的数据传输，既可以用于整个存储系统中的缓存，也可以用来保存各类持久性数据。
▲目前英特尔推出了英特尔傲腾固态盘DC P4800X和英特尔傲腾固态盘DC P4801X这两种不同规格和接口的产品
傲腾DC固态盘与NAND类似，但前者的性能却更加突出。例如在低队列深度下，英特尔傲腾固态盘DC P4800X的IOPS就要明显高于英特尔固态盘DC P4600。不仅如此，在不同的QoS下，随着IOPS的提高，英特尔傲腾固态盘DC P4800X的读取延迟基本没有明显变化，而英特尔固态盘DC P4600在相同条件下的读取延迟则大幅提高。因此我们可以看到，相比NAND，基于3D XPoint技术的傲腾DC固态盘的确是更高性能/更低延迟的选择，所以它也有能力填补介于傲腾数据中心级持久内存和NAND之间的存储层级。
▲在低队列深度下，英特尔傲腾固态盘DC P4800X的IOPS就要明显高于英特尔固态盘DC P4600。
▲在不同的QoS下，随着IOPS的提高，英特尔傲腾固态盘DC P4800X的读取延迟基本没有明显变化，而英特尔固态盘DC P4600在相同条件下的读取延迟则大幅提高。
值得一提的是，目前英特尔的傲腾结构仅为两层Deck，此次媒体沟通会上英特尔提到下一代傲腾产品将会变成4层Deck，所以其容量和性能都将得到进一步提升。
▲目前英特尔的傲腾结构仅为两层Deck，而下一代傲腾产品将会变成4层Deck。
144层堆叠QLC即将到来
目前NAND SSD主要有两种结构设计，一种是英特尔采用的浮动栅极设计（英文名为Floating Gate），另一种则是传统的电荷撷取设计（英文名为Charge Trap），这两种结构设计有何区别呢？简单来说就是，英特尔采用的浮动栅极设计使用的是独立充电存储节点，其编程擦写循环、单元间电荷隔离、数据持久性都比电荷撷取设计更加优秀，同时前者还有阵列下CMOS结构(CuA)，可节省占用空间，有利于存储密度的扩充。那么问题来了，为什么其他厂商的NAND不采用浮动栅极设计呢？答案很简单，因为这种结构设计对工艺的要求很高。
▲英特尔采用的浮动栅极设计在编程擦写循环、单元间电荷隔离、数据持久性这几个方面都比电荷撷取设计更加优秀
我们知道，英特尔目前的QLC颗粒已经采用96层堆叠，而在本次媒体沟通会上，英特尔表示他们将在明年向合作伙伴提供采用144层堆叠的QLC产品，并且这种产品放在数据中心是很可靠的。
▲采用96层堆叠QLC颗粒的英特尔固态盘660p是目前英特尔的热销产品，其性能比7200RPM的机械硬盘更加优秀，同时和TLC SSD非常接近。
▲英特尔将在2020年给合作伙伴提供采用144层堆叠的QLC产品
目前，QLC是每个Cell里面有16个电子状态，而英特尔在本次媒体沟通会上还提到，他们非常有信心做到每个Cell有32个电子状态。也就是说，英特尔接下来还将推出PLC产品，并进一步提高密度。
▲英特尔在本次媒体沟通会上表示，他们将推出每个Cell有32个电子状态的PCL产品。
▲傲腾DCPMM、傲腾DC固态盘和英特尔3D NAND让“存储金字塔”达到更加完整的新形态，同时也让新业务环境拥有一个更加现代化的存储架构。
英特尔傲腾产品的应用
目前，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、云计算、数据库、AI/分析、高性能计算和通信这几大领域，并且不同领域中英特尔傲腾产品的应用模式也有所不同。
▲英特尔傲腾数据中心级固态盘和持久内存的应用
此外，英特尔傲腾数据中心级持久内存和固态盘也已经拥有大量的运用案例。例如，英特尔傲腾数据中心级持久内存让腾讯云同一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%。此外，英特尔傲腾固态盘让中国电信四川ABM系统的存储性能获得显著提升，而且稳定性也更加优异……
MC观点
从第一款采用3D XPoint技术的傲腾加速盘诞生，再到傲腾固态盘和傲腾数据中心级持久内存的问世，英特尔傲腾产品线已经越来越丰富，技术也日益成熟。不仅如此，通过本次媒体沟通会我们也可以看到，傲腾技术仍然还有较大的发展空间。而在稳步发展的过程中，傲腾已经获得了越来越多行业用户的认可，向我们证明了它的确拥有非常大的潜力。
此外，得益于先进的浮动栅极设计，英特尔QLC 3D NAND不仅已经达到96层堆叠，而且明年还将推出144层堆叠的产品。不仅如此，英特尔还表示会推出PLC 3D NAND，从而为用户提供更大的存储容量和更低的存储成本，所以我们有理由相信，更低成本的全闪存阵列将在未来取代HDD阵列。
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