電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃晶晶）存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)在2022年經(jīng)歷了市場(chǎng)行情下跌、價(jià)格下滑、原廠縮減資本支出等形勢(shì)。不過(guò)數(shù)據(jù)中心、汽車、工業(yè)等需求仍然堅(jiān)挺。市場(chǎng)波動(dòng)并不會(huì)改變存儲(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新的大方向。我們看到3D NAND Flash 200層+、UFS4.0、DDR5、PCIE5.0、存算一體、DNA存儲(chǔ)等技術(shù)形態(tài)持續(xù)演進(jìn)，推動(dòng)2023年存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。

3D NAND Flash突破200層+

2022年下半年，閃存正式進(jìn)入200+時(shí)代。

3D NAND使用多層垂直堆疊技術(shù)，擁有更大容量、更低功耗、更優(yōu)耐用性以及更低成本的優(yōu)勢(shì)。最早是三星電子在2013年率先開(kāi)發(fā)出可以商業(yè)化應(yīng)用的24層3D NAND，在2020年3DNAND高端先進(jìn)制程進(jìn)入176層階段。

2022年7月，美光發(fā)布232層TLC3D NAND，當(dāng)年底量產(chǎn)。據(jù)悉，該芯片擁有每秒2.4GB的I/O速度，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)14.6Gb/mm2的TLC存儲(chǔ)密度。這也使得其存儲(chǔ)容量達(dá)到了1TB，封裝后可達(dá)2TB，還可以通過(guò)堆疊獲得更高容量。

同時(shí)，三星、西部數(shù)據(jù)和鎧俠都在準(zhǔn)備200層以上3D NAND量產(chǎn)。

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UFS4.0進(jìn)入中高端智能手機(jī)

2022年8月，JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)正式發(fā)布UFS 4.0協(xié)議。UFS 4.0專為移動(dòng)應(yīng)用程序和計(jì)算系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，可滿足高性能和低功耗的需求，在較早版本的標(biāo)準(zhǔn)上引入了顯著的帶寬和數(shù)據(jù)保護(hù)改進(jìn)，帶來(lái)更高的帶寬、更低的功耗、更全面的安全性。UFS 4.0利用M-PHY 5.0規(guī)范和UniPro 2.0規(guī)范，最終使得UFS接口帶寬翻倍，順序讀寫(xiě)速度可達(dá)4200MB/s和2800MB/s。UFS4.0能夠提供每通道帶寬速度增至23.2Gbps，是UFS 3.1的兩倍，能效提升46%。

三星于2022年5月宣布開(kāi)發(fā)出業(yè)內(nèi)首款UFS 4.0存儲(chǔ)產(chǎn)品，8月宣布UFS 4.0閃存投入量產(chǎn)。UFS 4.0會(huì)率先用于旗艦級(jí)智能手機(jī)上，滿足處理高分辨率圖像、重負(fù)載游戲時(shí)更高的數(shù)據(jù)吞吐速度需求。未來(lái)，UFS 4.0還會(huì)在更多移動(dòng)設(shè)備、AR、VR設(shè)備上普及。據(jù)鎧俠官方消息，旗下UFS 4.0閃存已在國(guó)內(nèi)率先批量交付，將成為新一代旗艦機(jī)型的標(biāo)配。

中高端智能機(jī)正式進(jìn)入U(xiǎn)SF4.0時(shí)代。2022年11月以來(lái)，vivo X90系列、iQOO11系列，以及小米13系列都確認(rèn)搭載UFS4.0閃存。

DDR5逐漸成為主流

2020年7月，JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)正式發(fā)布下一個(gè)主流存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)DDR5 SDRAM的最終規(guī)范，這標(biāo)志著存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新的里程碑時(shí)代。DDR5與DDR4相比帶寬提高36%，目前DDR4帶寬25.6GB/s，DDR5帶寬為32GB/s；DDR5的工作頻率最低高達(dá)4800MHz以上，最高頻率達(dá)到6400MHz。DDR4分別為1600MHz和3200MHz；最新的DDR5可支持單一芯片容量64GB，最高容量上限可增加到128GB，較DDR4提高了四倍。

自2021年10月英特爾第十二代Alder Lake處理器支持DDR5標(biāo)準(zhǔn)，2022年DDR5開(kāi)始應(yīng)用于服務(wù)器市場(chǎng)。2022年1月和8月，AMD發(fā)布的銳龍6000和7000也都支持DDR5。銳龍7000系列處理器全面支持DDR5，且不再支持DDR4內(nèi)存。隨后，英特爾發(fā)布Raptor Lake、AMD第四代EPYC (霄龍)服務(wù)器Genoa CPU以及英特爾1月初發(fā)布的第四代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器(代號(hào)Sapphire Rapids)，都支持DDR5內(nèi)存。

DDR內(nèi)存應(yīng)用需要CPU和內(nèi)存接口芯片的配合。隨著越來(lái)越多主流CPU廠商的新品支持DDR5內(nèi)存，DDR5的市場(chǎng)滲透率將持續(xù)提升。

Yole預(yù)測(cè)，2023年手機(jī)、筆記本電腦和PC等主流市場(chǎng)開(kāi)始廣泛采用DDR5，2023年DDR5內(nèi)存出貨量將超過(guò)DDR4，2026年DDR5內(nèi)存市占將達(dá)到90%。

另外用于內(nèi)存擴(kuò)展的CXL開(kāi)放互連技術(shù)，基于PCIe物理層，CXL能夠在CPU和工作負(fù)載加速器(如GPU、FPGA和網(wǎng)絡(luò))之間創(chuàng)建高速、低延遲的互連性，使設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)內(nèi)存一致性，允許資源共享。支持CXL1.1版本的內(nèi)存擴(kuò)展器將隨著CPU的支持在今年進(jìn)入市場(chǎng)。最新進(jìn)展方面，去年8月CXL 3.0協(xié)議規(guī)范發(fā)布，基于PCIe 6.0標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步擴(kuò)展架構(gòu)與數(shù)據(jù)管理能力。

PCIe 5.0在服務(wù)器端應(yīng)用

PCIe5.0標(biāo)準(zhǔn)在2019年5月就已經(jīng)發(fā)布，但是直到2022年P(guān)CIe 5.0還未大規(guī)模進(jìn)入商用進(jìn)程。PCIe 5.0標(biāo)準(zhǔn)每通道GB/s的傳輸速度為8GB/s。PCIe 5.0速度是PCIe 4.0的兩倍。高帶寬和低延遲的特性尤其適合應(yīng)用于人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)(AI/ML)、數(shù)據(jù)中心、邊緣、5G基礎(chǔ)設(shè)施和圖形計(jì)算等領(lǐng)域。

2021年底英特爾發(fā)布的12代酷睿平臺(tái)支持PCIe 5.0，2022年下半年后相繼發(fā)布的AMD銳龍7000系列處理器、英特爾13代酷睿、AMD第四代EPYC (霄龍)服務(wù)器Genoa CPU、英特爾第四代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器(代號(hào)Sapphire Rapids)均支持PCIe 5.0。

隨著處理器平臺(tái)相繼對(duì)PCIe 5.0的支持，明年將看到搭載PCIe 5.0 SSD的服務(wù)器進(jìn)入市場(chǎng)。2023年P(guān)CIe5.0在服務(wù)器市場(chǎng)的應(yīng)用會(huì)逐漸起量。

2023年初在AMD PCIe 5.0生態(tài)中的不少存儲(chǔ)廠商發(fā)布了PCIe 5.0 SSD。受限于價(jià)格、能耗等因素消費(fèi)端會(huì)比服務(wù)器應(yīng)用的導(dǎo)入時(shí)間慢一到兩年，PC導(dǎo)入PCIe 5.0應(yīng)用會(huì)在2025年左右。

另外，目前顯卡還不支持PCIe 5.0，消息稱英偉達(dá)和AMD將在2023年發(fā)布的中端型號(hào)上引入PCIe 5.0支持。

2022年1月PCI-SIG組織正式發(fā)布PCIe 6.0標(biāo)準(zhǔn)，也是該技術(shù)誕生以來(lái)變化最大的一次。與PCIe 5.0相比帶寬再次翻倍，達(dá)到了64 GT/s。PCIe 6.0×16通道的帶寬達(dá)到了256 GB / s，并且延遲相比上一代更低。這一技術(shù)將持續(xù)為高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)中心、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車等帶來(lái)連接的飛躍。

存儲(chǔ)廠商紛紛投入存算一體研發(fā)

傳統(tǒng)的馮諾伊曼架構(gòu)計(jì)算單元與內(nèi)存是兩個(gè)分離的單元，數(shù)據(jù)需在兩者之間來(lái)回搬運(yùn)。不僅通道狹窄而且功耗大。為了打破“存儲(chǔ)墻”的限制，存算一體芯片應(yīng)運(yùn)而生。

存算一體技術(shù)是直接在存儲(chǔ)器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，將存儲(chǔ)和計(jì)算放在一顆芯片當(dāng)中，減少數(shù)據(jù)頻繁的移動(dòng)。它的出現(xiàn)更加適用于云端、自動(dòng)駕駛、數(shù)據(jù)中心等大算力場(chǎng)景?？捎糜诖嫠阋惑w的存儲(chǔ)器有NOR FLASH、NAND Flash、SRAM、RRAM、MRAM、DRAM等。

國(guó)內(nèi)存算一體芯片廠商包括Mythic、知存科技、千芯科技、后摩智能、蘋(píng)心科技、億鑄科技、智芯科、九天睿芯、閃易半導(dǎo)體、恒爍半導(dǎo)體、至訊創(chuàng)新等。其中例如Mythic、知存科技、閃易半導(dǎo)體以Flash為存儲(chǔ)介質(zhì)，存算一體芯片已量產(chǎn)，主要應(yīng)用于可穿戴等小算力、低功耗場(chǎng)景。億鑄科技以RRAM為存儲(chǔ)介質(zhì)，其存算一體芯片計(jì)劃2023年Q3量產(chǎn)商用。如今，存儲(chǔ)芯片和主控芯片廠商都或多或少對(duì)存算一體芯片進(jìn)行研發(fā)投入。

DNA新型存儲(chǔ)

2021年在我國(guó)“十四五”規(guī)劃中明確提出“加快布局量子計(jì)算、量子通信、神經(jīng)芯片、DNA存儲(chǔ)等前沿技術(shù)，加強(qiáng)信息科學(xué)與生命科學(xué)、材料等基礎(chǔ)學(xué)科的交叉創(chuàng)新”。

DNA存儲(chǔ)技術(shù)利用人工合成的脫氧核糖核酸（DNA）作為存儲(chǔ)介質(zhì)，具有高效、存儲(chǔ)量大、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、易獲取且免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。DNA分子是一種密集存儲(chǔ)介質(zhì)，1克DNA能夠存儲(chǔ)大約2拍字節(jié)，相當(dāng)于大約300萬(wàn)張CD。用DNA存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年。

2016年微軟宣布購(gòu)買1000萬(wàn)條DNA用于研究數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。2019年，華為宣布成立戰(zhàn)略研究院，表示主要研發(fā)前沿技術(shù)，比如光計(jì)算、DNA存儲(chǔ)及原子制造。
國(guó)內(nèi)外眾多高校和科研機(jī)構(gòu)都紛紛投入DNA存儲(chǔ)研發(fā)。2022年9月天津大學(xué)合成生物學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新DNA存儲(chǔ)算法，將十幅精選敦煌壁畫(huà)存入DNA中，通過(guò)加速老化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證壁畫(huà)信息在實(shí)驗(yàn)室常溫下可保存千年，在9.4℃下可保存兩萬(wàn)年。

作為一項(xiàng)新型的存儲(chǔ)技術(shù)，DNA存儲(chǔ)比較適合冷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，也就是無(wú)需經(jīng)常訪問(wèn)和調(diào)用的數(shù)據(jù)。目前在軍用存儲(chǔ)方面有一些應(yīng)用，但DNA存儲(chǔ)在存儲(chǔ)成本和效率方面還存在難題，真正商用化還需要時(shí)間。