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为什么iPhone 7 Plus的ROM最大只有256GB?

半导体行业观察  · 公众号  · 半导体  · 2016-09-28 08:56

正文


本文综合了PConline和超能网的相关报道

现在的智能手机存储容量越做越大,很早之前,手机能有个8GB、16GB都称得上顶配,随着科技的进步,软件的更新速度不断加快,手机功能越来越多,用户对存储容量的需求量也越来越高。特别是近几年,手机ROM更是到了疯狂的256GB(像iPhone 7 Plus、ZenFone 3尊爵、ZenFone 2 Deluxe)。


虽然不确定未来会不会有更高的规格,但是很明显的是256GB会持续很长一段时间。为啥会这样呢?




一、智能手机为何最大ROM只有256GB?


成本受限


大家都知道容量越大,成本越高。而大部分成本取决于存储介质(存储颗粒),相同容量的情况下,SLC的价格要明显高于MLC和TLC,虽然容量的提升反映在成本的具体数字上可能仅为几百一千。但考虑到手机要大规模生产,聚沙成塔这成语相信大家都懂。


TLC=Trinary-Level Cell,即3bit per cell,该类芯片传输速度较慢,寿命短,生产成本低MLC=Multi-Level Cell,即2bit per cell,该类芯片传输速度一般,寿命一般。至于SLC=Single-Level Cell,即1bit per cell,这类芯片几乎只出现在企业级SSD上,成本较高,当然速度和寿命也是三者中最出色的。



存储颗粒的三种类型


颗粒规格的限制


比较出名的三星、镁光、现代、东芝这些上游存储颗粒供应厂商,其颗粒规格现时尚未突破256GB。由于手机不像电脑那样体积庞大,供应商们通常只能把一颗存储颗粒装在小小的手机内,因此手机容量就取决于这颗存储颗粒的规格。



iPhone 7 nand flash芯片


手机内部空间限制


手机内部空间寸金尺土,目前还无法做到两颗存储颗粒共存,早期的解决方案是插入手机内存卡(TF卡),不过为了轻薄化与传输速度,很多手机都取消了拓展内存卡的功能。但庆幸的是如今手机内置容量都比较大,正常用个2~3年不成问题。



TF内存卡


手机更换周期缩短


现在的智能机更新换代速度非常快,一年一换甚至一年两换的大有人在。之前中央电视台的《东方时空》栏目曾经做过调查,结果表示“52%手机用户平均一年以内换一部手机”。因此对于消费者来说,够用就好,太大也用不完。而厂商更是紧贴着用户的需求进行设计/生产。



 
大环境下云存储的发展


随着科技进步,网速也越来越快,而现在的4G也逐渐取代了之前的3G,未来的5G也呼之欲出,网速的不断提升就衍生了一个新的名词——云存储。作为新兴的存储技术,与传统的购买存储设备和部署存储软件相比,云存储有着成本低、见效快、便于管理、方式灵活等优点,在保证数据安全的情况下,很多用户更愿意把数据存在云端,所以并不需要太多的本地存储空间。



云存储


二、未来发展新趋势:3D NAND


什么是3D NAND?


3D NAND的概念其实不难理解:其原理简单说来就是“堆叠”,目前由英特尔和镁光研究出了一种将它们堆叠最高32层的方法。这么一来,一个MLC的闪存芯片上就可以增加最高32GB的存储空间,如果是单个TLC闪存芯片则可增加48GB。就目前来说3D NAND闪存属于一种新兴的闪存类型,通过把存储颗粒堆叠在一起来解决2D或者平面NAND闪存带来的限制。



3D NAND


3D NAND技术的优点


3D NAND的亮点在于它采用的是立体、垂直堆叠的方式来提高单颗粒中包含芯片的数量,堆叠层数的提高最终会带来容量的成倍提升,极大的提高产品的使用寿命;3D NAND可以提供更高的指令运行效率,使产品的运行性能得以提升;简化了编程阶段,有效减少了产品待机和工作时的能耗。



3D NAND


目前,三星、SK Hynix、东芝/闪迪、Intel/镁光这几大NAND豪门都已经涉足3D NAND闪存了,而武汉新芯科技主导的国家级存储器产业基地,更是国内首家新建的12寸晶圆厂,投产后直接生产3D NAND闪存,可以说未来3D NAND就是突破移动设备ROM容量的必备技术。

四大NAND豪门的3D NAND闪存及特色


在主要的NAND厂商中,三星最早量产了3D NAND,其他几家公司在3D NAND闪存量产上要落后三星至少2年时间,Intel、美光去年才推出3D NAND闪存,Intel本月初才发布了首款3D NAND闪存的SSD,不过主要是面向企业级市场的。


这四大豪门的3D NAND闪存所用的技术不同,堆栈的层数也不一样,而Intel在常规3D NAND闪存之外还开发了新型的3D XPoint闪存,它跟目前的3D闪存有很大不同,属于杀手锏级产品,值得关注。

四大NAND豪门的3D NAND闪存规格及特色


上述3D NAND闪存中,由于厂商不一定公布很多技术细节,特别是很少提及具体的制程工艺,除了三星之外其他厂商的3D NAND闪存现在才开始推向市场,代表性产品也不足。


三星:最早量产的V-NAND闪存


三星是NAND闪存市场最强大的厂商,在3D NAND闪存上也是一路领先,他们最早在2013年就开始量产3D NAND闪存了。在3D NAND路线上,三星也研究过多种方案,最终量产的是VG垂直栅极结构的V-NAND闪存,目前已经发展了三代V-NAND技术,堆栈层数从之前的24层提高到了48层,TLC类型的3D NAND核心容量可达到256Gb容量,在自家的840、850及950系列SSD上都有使用。



三星最早量产了3D NAND闪存


值得一提的是,三星在3D NAND闪存上领先不光是技术、资金的优势,他们首先选择了CTF电荷撷取闪存(charge trap flash,简称CTF)路线,相比传统的FG(Floating Gate,浮栅极)技术难度要小一些,这多少也帮助三星占了时间优势。


有关V-NAND闪存的详细技术介绍可以参考之前的文章:NAND新时代起点,三星V-NAND技术详解


东芝/闪迪:独辟蹊径的BiCS技术


东芝是闪存技术的发明人,虽然现在的份额和产能被三星超越,不过东芝在NAND及技术领域依然非常强大,很早就投入3D NAND研发了,2007年他们独辟蹊径推出了BiCS技术的3D NAND——之前我们也提到了,2D NAND闪存简单堆栈是可以作出3D NAND闪存的,但制造工艺复杂,要求很高,而东芝的BiCS闪存是Bit Cost Scaling,强调的就是随NAND规模而降低成本,号称在所有3D NAND闪存中BiCS技术的闪存核心面积最低,也意味着成本更低。



 
东芝的BiCS技术3D NAND


东芝和闪迪是战略合作伙伴,双方在NAND领域是共享技术的,他们的BiCS闪存去年开始量产,目前的堆栈层数是48层,MLC类型的核心容量128Gb,TLC类型的容量可达256Gb,预计会在日本四日市的Fab 2工厂规模量产,2016年可以大量出货了。


SK Hynix:闷声发财的3D NAND


在这几家NAND厂商中,SK Hynix的3D NAND最为低调,相关报道很少,以致于找不到多少SK Hynix的3D NAND闪存资料,不过从官网公布的信息来看,SK Hynix的3D NAND闪存已经发展了3代了,2014年Q4推出的第一代,2015年Q3季度推出的第二代,去年Q4推出的则是第三代3D NAND闪存,只不过前面三代产品主要面向eMCC 5.0/5.1、UFS 2.0等移动市场,今年推出的第四代3D NAND闪存则会针对UFS 2.1、SATA及PCI-E产品市场。




SK Hynix的3D NAND闪存堆栈层数从36层起步,不过真正量产的是48层堆栈的3D NAND闪存,MLC类型的容量128Gb,TLC类型的也可以做到256Gb容量。


Intel/美光:容量最高的3D NAND闪存


这几家厂商中,Intel、美光的3D NAND闪存来的最晚,去年才算正式亮相,不过好菜不怕晚,虽然进度上落后了点,但IMFT的3D NAND有很多独特之处,首先是他们的3D NAND第一款采用FG浮栅极技术量产的,所以在成本及容量上更有优势,其MLC类型闪存核心容量就有256Gb,而TLC闪存则可以做到384Gb,是目前TLC类型3D NAND闪存中容量最大的。
 
美光、Intel的3D NAND容量密度是最高的


384Gb容量还不终点,今年的ISSCC大会上美光还公布了容量高达768Gb的3D NAND闪存论文,虽然短时间可能不会量产,但已经给人带来了希望。


Intel的杀手锏:3D XPoint闪存


IMFT在3D NAND闪存上进展缓慢已经引起了Intel的不满,虽然双方表面上还很和谐,但不论是16nm闪存还是3D闪存,Intel跟美光似乎都有分歧,最明显的例子就是Intel都开始采纳友商的闪存供应了,最近发布的540s系列硬盘就用了SK Hynix的16nm TLC闪存,没有用IMFT的。


Intel、美光不合的证据还有最明显的例子——那就是Intel甩开美光在中国大连投资55亿升级晶圆厂,准备量产新一代闪存,很可能就是3D XPoint闪存,这可是Intel的杀手锏。



3D XPoint闪存是Intel掌控未来NAND市场的杀手锏


这个3D XPoint闪存我们之前也报道过很多了,根据Intel官方说法,3D XPoint闪存各方面都超越了目前的内存及闪存,性能是普通显存的1000倍,可靠性也是普通闪存的1000倍,容量密度是内存的10倍,而且是非易失性的,断电也不会损失数据。


由于还没有上市,而且Intel对3D XPoint闪存口风很严,所以我们无法确定3D XPpoint闪存背后到底是什么,不过比较靠谱的说法是基于PCM相变存储技术,Intel本来就是做存储技术起家的,虽然现在的主业是处理器,但存储技术从来没放松,在PCM相变技术上也研究了20多年了,现在率先取得突破也不是没可能。


相比目前的3D NAND闪存,3D XPoint闪存有可能革掉NAND及DRAM内存的命,因为它同时具备这两方面的优势,所以除了做各种规格的SSD硬盘之外,Intel还准备推出DIMM插槽的3D XPoint硬盘,现在还不能取代DDR内存,但未来一切皆有可能。

总结:


科技在进步,我们永远无法预知未来,未来的手机又会发展成啥样呢?目前,小编还是建议大家购买64GB、128GB的手机更为合适,够用就好。考虑到用户需求的问题,相信之后很长一段时间也不会出超过256GB存储规格的手机。摩尔精英


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