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从“徒弟”到“师傅”:探秘英特尔大连工厂,解读存储创新DNA

·2020-01-14 17:27·互联网
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2019年,150多名英特尔大连存储工厂的工程师风尘仆仆地赶赴美国新墨西哥州。他们此行不是去拜师学艺,而是到英特尔该州生产基地协助生产。从2007年开始建厂,成为英特尔众多基地中的“小学徒”,到如今为其他生产基地的“传道授业解惑”,英特尔大连存储工厂只用了十余年就实现了“反向技术输出”。

这堪称奇迹的背后一方面是英特尔大连存储工厂快速、稳步发展的成果,另一方面英特尔这些年持续加码存储领域创新的一个缩影。近日,大数据在线有幸走入英特尔大连存储工厂,近距离参观了英特尔存储芯片的生产过程,并且有幸与英特尔一众专家就存储芯片的生产、制造以及创新进行了深入沟通。

大连工厂:英特尔存储的一个缩影

大连存储工厂是英特尔亚洲唯一一家晶圆制作工厂,代号Fab 68工厂,除了生产制造之外,其还承担了一部分研发工作。从2007年完成选址和开始建设,英特尔大连存储工厂虽然时间不长,但是的确是创造了一个又一个奇迹。

在这短短的十余年中,英特尔大连存储工厂其实经历了多次重要的时刻,无论是转型还是商业变化,都能够顺利完成各种复杂挑战。2015年之前,大连存储工厂主要是从事65nm产品的生产,到2015年则开始转型生产3D NAND存储产品,并且在一年之后就实现了量产,速度之快另业界为之惊叹。

众所周知,2015年其实是闪存市场非常重要的年份,闪存的3D NAND技术开始兴起,加上之前多年闪存理念的普及,可以说谁能够率先将3D NAND技术实现量产,谁就可以在闪存市场占据主动主动权。

“2017年左右,英特尔3D NAND产品供不应求,我们就决定在旁边新建一个工厂,代号叫Fab 68A。”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透露道。

事实上,英特尔大连工厂在短短几年时间内两次获得英特尔质量金奖,在英特尔内部创造了记录。在梁志权看来,英特尔大连工厂成功的秘诀就是在于认真和一丝不苟,长期坚持带来的成果之一就是:大连工厂的工程师从一开始出国接受培训与学习,到现在出国给英特尔全球各个基地传授经验和协助生产。

大数据在线近距离参观Fab 68A工厂之后,亲身感受到英特尔大连存储工厂的自动化和智能化程度之高,整个生产线全部由英特尔自主研发的MES软件系统进行控制,生产流程高度自动化。关于英特尔大连工厂的MES软件系统还有一个小插曲。之前英特尔3D NAND技术是与另一家闪存公司共同研发与合作的。因此,在建设Fab 68A工厂时,工厂一开始装配的其实是这家闪存公司的MES软件系统,当双方终止合作,英特尔独立开始基于自身技术进行生产线改造时,业界普遍认为这种规模和复杂性的工厂往往需要2-3年时间才能够完成自主MES系统的研发、适配和上线。

“我们其实只用了几个月时间就完成了切换,并且实现了零关闭。”梁志权如是说。

目前,大连工厂是英特尔最大的工厂,并且多次创造了英特尔工厂建设的新记录。它其实就是英特尔存储近年来高速发展的一个缩影。英特尔近年来在存储领域的布局一直是有先见之明和快人一步,这种动作反应在业务层面就是市场的快速增长。根据相关数据显示,英特尔非易失性存储器解决方案部门的收入在2018年大幅增长22.4%,达到43.1亿美元,成为目前英特尔表现最为出色的业务之一。

可以说,正是有大连存储工厂这样的坚实后盾,在生产、制造环节实现存储创新技术的快速量产化,才为英特尔存储今年的高速成长奠定了坚实基础。

追寻英特尔存储创新的DNA

当前,英特尔存储技术创新有两个方面:一个3D NAND闪存技术,另一个则是傲腾(Optane,Storage Class Memory)技术。

从整个数据中心宏观的角度来看,就明白英特尔存储为什么会重点聚焦在这两个方向。首先是内存DRAM虽然速度很快,但是容量增长一直较为缓慢;其次基于3D NAND的闪存容量近年来不断提升,在时延上并没有得到大的改善,但是在性价比、容量上正在加速赶上,对传统机械硬盘的替代已经势不可挡。也就是说在内存、闪存、硬盘之间是存在着鸿沟的,这种鸿沟或是容量、或是性能。

英特尔中国区非易失性存储事业部总经理刘钢

其实这是计算机冯诺依曼体系结构即计算与存储经过长期发展的必然结果,CPU在摩尔定律的加持下性能得到突飞猛进,但是在存储方面,无论是性能还是容量其实都没有想象中提升那么快。就如英特尔中国区非易失性存储事业部总经理刘钢所言:“今天存储市场之所有增长如此之快,是因为存储对于计算平台的影响开始如此之大。在整个计算架构中,存储层级出现了巨大鸿沟,必须要有新技术和新产品才能满足。”

因此,英特尔存储近年来一直致力于解决这些鸿沟。比如在内存与闪存之间,英特尔推出了傲腾(Optane)技术,用于解决内存与闪存之间存在的容量和性能鸿沟。事实上,目前业界普遍认为SCM是解决内存与闪存之间鸿沟有限办法,但是实现路线有两条:一条就是以3D XPoint为代表,比如英特尔的傲腾数据中心级持久内存,它是新存储介质的一种创新;而另一条则是一些闪存厂商基于基于SLC NAND架构的SCM产品。

从当前的市场情况来看,两种技术方案都可以为数据中心带来低延迟和高性能的解决方案,而且也是数据中心未来潜力最大的细分领域。根据调研机构Mordor Intelligence的预测数据显示,SCM市场从2019年到2024的年复合增长率达到了38.2%。显然,英特尔的市场步伐显然领先一步。

不过,英特尔的市场步伐显然领先一步。英特尔傲腾数据中心级持久内存无论是从产品量产、软件支持还是解决方案的打造方面已经完了大量工作,并且率先在众多行业的龙头客户中得到应用。此外,英特尔并没有放缓傲腾数据中心级持久内存的创新步伐。刘钢透露,在2020年,新一代的傲腾数据中心级持久内存将跟新至强处理器同步发布,新一代傲腾数据中心级持久内存在架构上又进行了新的创新,实现了4个Deck的堆叠,密度和性价比会进一步提高。

而在3D NAND方面,英特尔将会进一步加大密度、性能的提升。在3D NAND 闪存中有两种方实现方式,一种是Floating Gate,另一种则是Charge Trap。英特尔的技术属于前者,在Floating Gate技术架构下,NAND每一层之间是断开,这种方式带来的好处就是无论存储多久也不会出现电子逃离的现象,而且随着3D NAND层数不断的增加,Floating Gate对于工艺的要求则会越来越高,进而确保闪存密度的不断提升。

此外,刘钢透露,英特尔在3D NAND另一个创新方向就是缩小每个单元面积或体积,不浪费整个芯片的空间,英特尔的思路将控制电路放在存储单元的下面,大幅节省面积与空间,让闪存密度进一步提升。

除了芯片密度之外,英特尔其实还通过增加整个机架的密度来进一步提升数据中心闪存的密度,比如现在一个1U服务器可以做到1PB闪存容量密度。据悉,英特尔将会在2020年推出Gen 4 SSD产品,率先达到144层闪存密度。

浪潮存储产品线副总经理孙斌

除了存储产品之外,英特尔对于生态、解决方案的打造也是不遗余力。比如近年来在存储市场突起的浪潮公司,英特尔与浪潮进行了紧密合作,包括产品优化来提升整个存储系统的表现。浪潮存储产品线副总经理孙斌就透露,在存储竞争最为热门和激烈的全闪存领域,浪潮与英特尔有着紧密的合作,包括在全闪存阵列系统中如何优化傲腾数据中心级持久内存、充分发挥闪存性能等方面。此外,浪潮还联合英特尔推出了中国首款采用傲腾双端口的全闪存储,是当前业界最高性能的中端存储。

在解决方案层面,英特尔为加速傲腾技术的应用落地,推出了六大类场景,包括存储、 云计算 、数据库、AI/分析、高性能计算、通信等,并且已经有包括腾讯云、快手、百度云、阿里云、四川电信、海鑫、青云等一大批落地案例。

这些就是英特尔存储的创新之道,不仅在产品与技术层面上不断实现突破,而且注重解决方案、合作伙伴生态的协同,让好的技术能够加速在行业中走向落地,最终实现英特尔、合作伙伴、用户的共赢。

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