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。
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