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NAND:移动设备的下一个战场

更新时间2022-05-30 点击数908

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在数字经济的今天,爆炸式增长的数据总量不但对存储容量提出了更高的要求,大量非结构化数据以及新技术、新应用的层出不穷,也需要更快的存储性能予以支撑。NAND Flash 具有更大的存储容量、更高的擦写速度和更长的寿命,是实现海量存储的核心,已经成为大容量存储的主要选择。随着5G、AI、云计算、物联网等新技术的普及,全闪存存储正快速在各行各业中落地。而移动设备正成为NAND下一个战场。

移动端NAND需求大增,中国需求增速保持增长

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根据Gartner数据显示,2015年全球NAND闪存需求量为87EB,2022年将增长到861EB,2022年社会对NAND闪存的需求量将达到2015年的10倍。在移动存储方面,2018年到2022年手机存储容量预计每年增长29%,2022年智能手机闪存市场规模将达230亿美元。

移动设备端对NAND需求大增。IC Insights发布的《麦克林报告》显示,由于新冠疫情推动远程办公成为主要的工作方式,笔记本电脑、平板电脑等旺盛的市场需求使NAND销售额在2020年增长了24%。据 Strategy Analytics 数据, 全球笔记本电脑出货量在 2020年达到高点后,在2021年同比增长19%,再次达到创纪录的 2.68亿。

随着摄像头、应用处理器和屏幕的不断提升,视频、图片及其他多媒体应用的存储需求激增。智能手机NAND闪存容量迅速增加。NAND闪存容量已经成为消费者购买新款智能手机时较重要的考量因素之一。据Counterpoint智能手机存储研究显示,2020年智能手机NAND闪存平均容量首次超过100GB。

中国的存储器市场发展极其迅速。据国内市调公司统计,在移动通信和计算用SSD领域,中国对NAND的需求占比全球将从2017年的30%和25%,提升到2021年的50%和30%。

随着5G无线通信的到来,智能手机的使用将会成倍增加,对较新型号不断提高标准的需求也会增加。预计未来中国NAND闪存颗粒的市场销售额将保守保持15%以上的年均复合增速,到2026年市场销售规模超过3000亿人民币

5G和AI应用推动下,移动设备对NAND存储性能提出更大挑战

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5G使能AI,AI成就5G。两者的高度融合正成为中国经济的助推器,并给移动终端设备带来爆发性增长。

2020年3月,工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》,要求在做好疫情防控工作的同时,全力推进5G网络建设。在2021年8月31日举行的世界5G大会上,工信部部长肖亚庆表示,中国5G商用两年多来,已建设开通99.3万个5G基站,覆盖全国所有地级市、95%以上的县区、35%的乡镇,5G手机终端连接数超过3.92亿。

国务院早在2017年印发的《新一代人工智能发展规划》中就明确提出,加快智能终端核心技术和产品研发,发展新一代智能手机、车载终端、可穿戴设备等产品形态和应用服务,在2020年3月人工智能又被列为新基建重点发展领域之一。当前,人工智能从计算机视觉、自然语言处理、语音处理等维度全方面推进智能手机、智慧家居、智能车载、智能可穿戴、智能机器人等领域移动终端的发展,据IDC预测,2020年中国将有接近1亿部5G智能终端出货,人工智能赋能移动终端进入高速发展期。

5G增加了存储的复杂程度,因为每台移动设备生成和消耗的数据量都是当前设备的数倍。更高的5G吞吐量催生更丰富的内容流,将为多媒体和视频体验创造无限可能。因此移动设备将需要更复杂的存储系统来满足速度和存储要求,同时又不会增加功耗或占用空间。

而更高级的AI应用进一步增加了存储的复杂程度。移动设备在通过AI引擎执行面部识别、活动预测和增强数据加密等任务时,必须平衡对额外存储与计算能力的需求和尺寸限制、成本效益、电池电量。搭载的 AI 芯片必须能够根据本地数据提供快速、准确的决策,对更快存储性能的需求将呈指数级增长。

5G和AI推动下移动设备的主要存储趋势包括:更高的顺序读取/写入速度和带宽性能;更大的容量;更低的成本;更优化的控制器架构已实现尺寸、损耗方面的性能提升;更先进的嵌入式存储接口,包括UFS 2.1、UFS 3.x、UFS4.x和PCIe;以及更高的可靠性和使用寿命。

先进的NAND技术满足移动设备的存储需求

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超薄、超便携的笔记本电脑、平板电脑等设备需要先进的PCIe 4.0固态硬盘为整个客户端市场的各种用户带来全新的计算体验,以独特的功能解决他们的计算挑战,同时兼具低功耗、大容量、超薄的特性。

相对于机械硬盘等传统存储介质,采用NAND Flash 芯片的SD 卡、固态硬盘等存储装置没有机械结构,无噪音、寿命长、功耗低、可靠性高、体积小、读写速度快、工作温度范围广,是未来大容量存储的发展方向。

对智能手机来说,更快的闪存能够将游戏和文件载入的时间大幅缩短,加快软件打开的速度;更大的存储容量则能够装下更多的照片、视频和 APP,而不用频频清理存储空间,带来更好的用户体验。

对存储速度提升的不断追求推动着技术和标准的进步。几年前移动设备上广泛使用的 eMMC,近两年来几乎被淘汰了,现如今的旗舰智能手机多搭载嵌入式存储接口UFS 3.0 和 UFS 3.1 闪存。

不断提升容量/速度、降低功耗/体积是NAND闪存发展的大方向。对于要求高密度、高容量、占用空间小的移动设备来说,3D NAND 正成为其首选的存储解决方案。64 层 3D NAND 数据存储单元堆栈层垂直构建存储设备,其容量比传统的 2D 平面NAND技术高出六倍。此外,较新的 3D NAND 内存设备使用高性能 UFS 存储接口,可以同时实现读写命令,并具有比上一代 e.MMC 5.1 接口更快的随机读取速度。3D NAND 芯片和快速 UFS 接口组合,可在更小的芯片面积上实现更多存储,从而为配备 AI 的移动设备带来显著的节省成本、低功耗和高性能。

SK海力士一直致力于NAND闪存技术的创新和进步

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作为全球领先的半导体供应商, SK海力士一直致力于NAND闪存技术的创新和进步。
SK海力士开发出176层512Gb(千兆位)TLC(Triple Level Cell)4D Nand 闪存。公司从96层NAND闪存开始在市场上推出结合 CTF(Charge Trap Flash)和高集成PUC(Peri Under Cell)技术的4D产品。176层NAND是第三代4D产品,确保了业界较高水平的每片晶圆生产率,从而实现比特生产效力比上一代提高35%以上,具备了成本竞争力。此产品读取速度比上一代快20%,数据传输速度可达到1.6Gbps。

SK海力士将以读取速度提升约70%、较大写入速度提升约35%的移动端解决方案产品为开端,依次推出消费者用SSD和企业用SSD等,扩大各应用处的市场。利用技术优势持续增强NAND业务的竞争力,为5G和AI时代蓬勃发展的移动存储市场赋能。

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