三星最新旗舰850 PRO的3D V-NAND颗粒可能是TLC模拟MLC？

两个月前，三星发布了新一代SSD旗舰——850 PRO。其搭载的全新32层3D V-NAND颗粒，一时间成为了众人关注的焦点。这里我们暂时先不讨论新技术本身，只谈一个由容量带来的疑惑。

相信不少人已经看过外站的850 PRO评测，比如AnandTech出的。在AnandTech的评测中，提到850 PRO所使用的颗粒，容量是86Gbit/Die。



对于86Gbit这个数字，包括我在内不不少人都有疑问，因为这个数字并不是常见的2的n次幂，比如64Gbit或者128Gbit。那么86Gbit这个数字究竟是怎么来的，下文来揭晓。

三星说过，用在850 PRO上的是第二代3D V-NAND。根据三星官网的消息，三星于2013年8月开始量产第一代2bit MLC 3D V-NAND，使用40nm制程24层工艺提供了128Gbit的单Die容量，当时采用此款颗粒的SSD产品一直没有被正式定义过型号，只有480GB和960GB两个容量的标示，可想而知三星当时并没有大量生产，只是做做形式，在各方面还在进行改进中。



直到现在，采用了此款颗粒的三星的企业级产品845DC PRO终于现身，它采用的依然是24层的第一代2bit MLC 3D V-NAND，搭配28% OP后容量变成400GB/800GB。



经过1年的调校，使其达到稳定态QD32下4KB随机IOPS破50000的性能和全盘容量每天10遍写入的耐久度，只不过价格也不菲，平均每GB需要2.5美金左右，直指Intel DC S3700。在本站精英玩家nighttob最近的帖子《SSD中的新与旧》 中他提到“任何一款产品，从刚上市到成熟稳定，都需要一个时间的过程”。由于这款第一代24层3D V-NAND是做为企业级产品用的，因此三星用了整整一年的时间进行调校。为何三星不在企业级的845DC PRO上采用最新发布的第二代32层3D V-NAND颗粒呢？这又印证了nighttob在帖子中说的“消费者来帮SSD厂家完善自己的产品”，三星是依靠850 PRO的用户来帮未来的企业级产品完善品质。

3D NAND这个新领域需要异常严谨的探索过程，不过一旦入门后，第二步就是尽可能地降低成本，来做到利益最大化。三星推出的第二代3D V-NAND。在依然使用40nm制程的情况下，Die尺寸缩小接近1/4，但层数从24提高到32，而容量反而降低到86Gbit。怎么第二代在物理指标与前代接近的情况下，容量反而下降了？难道是三星良心发现，转做小而精了？当然不是，据我了解，这可能是直接把原本的TLC颗粒模拟成MLC使用，使得原本128Gbit的TLC颗粒缩水了1/3的容量，变成了86Gbit的MLC颗粒。（三星还会继续通过逐步提高层数以实现更大容量，直到1Tbit/Die，同时制程维持40nm不变）

接下来就提供一些信息，看看是否如我所说的那样，由TLC模拟而来。

第一部分：我个人猜测86Gbit的由来





上图是一颗128GB容量的三星850 PRO内部照，图片来自TweakTown网站。这块盘上有2种型号的颗粒，分别是K9HQGY8S5M和K9LPGU8S1M各2颗。一个是2Die封装，另一个是4Die封装，因此整块盘一共有12个Die。用SSD总容量128GB除以12个Die，得到每个Die容量就是86Gbit。

对于86Gbit这个奇怪的数字，我觉得有3种可能：
1.        三星真的做出了86Gbit的容量；
2.        三星故意在颗粒内部留OP来提高性能或者耐久度；
3.        三星用TLC屏蔽1bit来达到MLC的效果（MLC每个cell是2bit，而TLC每个cell是3bit）。这是可能也是最符合常理的，86正好是128的2/3。

为了找出答案，自然要进入下一步。


第二部分：如果说颗粒封装外面的编号不作数的话，那么我们可否从晶片上找出一些信息呢？

以下这些晶片照片来自各大业内的研究实验室，这些照片是Die真正的编号，非外部封装编号。

我们先从840 PRO开始分析吧。





初代840 PRO采用的是21nm MLC颗粒。拿128GB的840 PRO的颗粒封装图来看，我们看到是由4颗256Gb（32GB）的K9HFGY8U5A-CCK0颗粒组成。这些颗粒内部的Die照编号是什么呢？



https://chipworks.secure.force.com/catalog/PROductDetails?sku=SAM-K9HFGY8U5A-CCK0
如图，Wafer编号K9GCGD8U0A，其中
K9=Samsung NAND Flash
G=MLC
CG=64Gb
D8 = DDR 8bit Access
U=2.7v ~ 3.6v
0=普通
A=第二版

也就是说K9HFGY8U5A-CCK0内部是由4个K9GCGD8U0A（64Gb=8GB）组成的32GB容量。


那么我们再看看初代840采用的 21nm TLC，拿120GB的840的颗粒封装图来看，我们看到是由8颗128Gb（16GB）的K9CFGY8U5A-CCK0颗粒组成。这些颗粒内部的Die照编号是什么呢？




https://chipworks.secure.force.com/catalog/PROductDetails?sku=SAM-K9CFGY8U5A-CCK0
如图，Wafer编号K9ACGD8U0A，其中
K9=Samsung NAND Flash
A=3bit MLC = TLC
CG=64Gb
D8 = DDR 8bit Access
U=2.7v ~ 3.6v
0=普通
A=第二版

也就是说K9CFGY8U5A-CCK0内部是由2个K9ACGD8U0A（64Gb=8GB）组成的16GB容量。和前面840 PRO颗粒相比，内部Wafer区别是MLC和TLC的区别，这是完全2条产线生产的。

接下去来看这个是840Evo改版后的19nm TLC颗粒，拿250GB的840 Evo的颗粒封装图来看，我们看到是由2颗1024Gb（128GB）的K90KGY8S7M-CCK0颗粒组成。这些颗粒内部的Die照编号是什么呢？








https://chipworks.secure.force.com/catalog/ProductDetails?sku=SAM-K90KGY8S7M-CCK0
如图，Wafer编号K9ADGD8U0M，其中
K9=Samsung NAND Flash
A=3bit MLC = TLC
DG=128Gb
D8 = DDR 8bit Access
U=2.7v ~ 3.6v
0=普通
M=第一版

也就是说K90KGY8S7M-CCK0内部是由8个K9ADGD8U0M（128Gb=16GB）组成的128GB容量。


接下来我们来看一下本次三星新旗舰850 PRO上采用的颗粒内部Die图片，由上文已知128GB型号采用的颗粒分别是K9HQGY8S5M和K9LPGU8S1M各2颗。

这是三星850 Pro上采用的2种第二代32层 3D V-NAND颗粒。


https://chipworks.secure.force.com/catalog/ProductDetails?sku=SAM-K9LPGY8S1M-CCK0

https://chipworks.secure.force.com/catalog/ProductDetails?sku=SAM-K9HQGY8S5M-CCK0
如图，Wafer编号K9ADGD8S0A，其中
K9=Samsung NAND Flash
A=3bit MLC = TLC
DG=128Gb
D8 = DDR 8bit Access
S=Vcc 3.3v / Vccq 1.8v
0=普通
A=第二版

也就是说K9HQGY8S5M和K9LPGU8S1M内部是由4个和2个K9ADGD8S0A（128Gb=16GB）组成的64GB和32GB的容量，但是被三星故意屏蔽了TLC中的1bit来当成MLC使用。整块128GB的850 PRO其实是192GB的TLC，现在屏蔽1/3容量后模拟当128GB MLC用。


结语

总的来说三星的第二代40nm 32层3D V-NAND采用了共线生产，设计初衷就是直接使用节省成本的TLC架构，然后再把原本的TLC模拟成MLC使用，使得颗粒十分近似于原生MLC（包括速度、耐久度等）。再用颗粒“混搭”的方式，让缩水了1/3容量的128Gbit颗粒组成新消费级旗舰卖。因此即将发布的850 EVO本质也就是颗粒容量全开且不需混搭颗粒的850 PRO，可能还会继续使用840 EVO的那套成熟的SLC Cache。同时还可以直接用目前850 PRO的PCB板和外壳，只用换张贴纸即可，可谓一举多得。

本文只是我研究技术问题的心得，分享一下而已，不存在好与不好的论断。



最后提供一下三星闪存编号Decoder。

我的问题是，三哥为何会知道这个奇怪的数字。。。三星的人告诉他们的么

这不就和当初AMD的CPU（可开核的那批）生产线类似了

不知道以后会不会有SSD固件“开核”提升1/3容量，但性能和寿命下降

不是反复说要用户不要关注 颗粒什么的？

说SSD买的是一个整体

这就是真相？！普通消费者又成试验田

batzxcboy 发表于 2014-8-28 13:20
不是反复说要用户不要关注 颗粒什么的？

说SSD买的是一个整体

TLC模拟MLC又没什么不好，这和TLC模拟SLC不同

原本的TLC模拟成MLC使用，使得颗粒十分近似于原生MLC（包括速度、耐久度等）

850pro p/e比一般mlc还高

我大寒国良心企业三星的黑科技，能把TLC做到接近原生MLC，所以你们就老老实实掏原生MLC的钱买吧

仙賢戀軒 发表于 2014-8-28 15:14
我的问题是，三哥为何会知道这个奇怪的数字。。。三星的人告诉他们的么

三哥用128Gb的2/3来算。他们脑补的厉害，连Die Size都脑补到95.4平方毫米，实际拍wafer的网站量出来是大约85平方毫米。

仙賢戀軒 发表于 2014-8-28 13:14
我的问题是，三哥为何会知道这个奇怪的数字。。。三星的人告诉他们的么

三哥可以自己算啊
他不是查表可以知道一个package里面是多少个die么，然后给die算个总和，用SSD容量一除就是了。

nighttob 发表于 2014-8-28 13:56
三哥可以自己算啊
他不是查表可以知道一个package里面是多少个die么，然后给die算个总和，用SSD容量一除 ...

我的意思是这不能这样匀的吧

比如说如果原本是128Gb的，但是工艺不行有坏块屏蔽一些神马的

虽然我也知道可能性太低。。。

其实这就能看出当年三丧“全家都是MLC”的良苦用心了。
别人家的MLC到我这儿是2-bit MLC，别人家的TLC到我这儿是3-bit MLC，总之都是MLC。
现在我就说是MLC颗粒，你来找我茬啊~

仙賢戀軒 发表于 2014-8-28 13:59
我的意思是这不能这样匀的吧

比如说如果原本是128Gb的，但是工艺不行有坏块屏蔽一些神马的

真是工艺太次的话，是不会投入量产的。
从128Gb OP到86Gb这种事只有企业级能干的出来。

最关键的是新版的decoder是怎么写的。要是K9LPGU8S1M解出来就是MLC DDP 21GB的话，你算出来当然就是86Gbit/Die了。

其实只要价钱够低、质量和寿命高我是无所谓什么工艺的。主要是怕花很多的钱买的东西却不怎么样

虽然对技术不太懂行，但我清楚的知道一件事，三棒不是一个良心企业，绝对不会

看寿命吧，三星这东西，nand里面是串行连接的，坏一个块容易坏一条线。是否真的能到50000pe谁说的准

andyzhang301 发表于 2014-8-28 17:13
看寿命吧，三星这东西，nand里面是串行连接的，坏一个块容易坏一条线。是否真的能到50000pe谁说的准 ...

50000PE！膜拜这个数字……好像当初SLC也没这么高的寿命吧？是不是楼主多写了一个零啊？

不过三星的TLC屏蔽掉1bit当做MLC，如果耐久度和速度都基本不变的话，那又需要纠结什么呢？我一直不齿于三星的TLC当MLC来卖，但是就浴室大侠这篇帖子的这句话“总的来说三星的第二代40nm 32层3D V-NAND采用了共线生产，设计初衷就是直接使用节省成本的TLC架构，然后再把原本的TLC模拟成MLC使用，使得颗粒十分近似于原生MLC（包括速度、耐久度等）。再用颗粒“混搭”的方式，让缩水了1/3容量的128Gbit颗粒组成新消费级旗舰卖。”我认为这是人家三星自己的打市场方式，无可厚非，真要 “颗粒十分近似于原生MLC（包括速度、耐久度等）”，那至少我认可它。当然前提是价格要合理。

frontwing 发表于 2014-8-28 13:40
我大寒国良心企业三星的黑科技，能把TLC做到接近原生MLC，所以你们就老老实实掏原生MLC的钱买吧 ...

TLC模拟MLC损失1/3容量，成本真不一定比别家的MLC低

当时我看见86bit也有点疑惑，怎么做出这种芯片的。。。。肯定不是原生的86bit.。。

看价格~像现在这样~搞个evo的卖mlc价格,搞个mlc水平的卖天价~那没商量该死哪死哪去