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NEO半導體X-NAND 帶動記憶體產業的速度革命

NEO半導體X-NAND 帶動記憶體產業的速度革命
NEO Semiconductor獲得全球快閃記憶體高峰會(Flash Memory Summit) 2020年最佳創新快閃記憶體新創公司奬。右二為快閃記憶體高峰會頒獎主席Jay Kramer、 左三為NEO創辦人許富菖執行長、及圑隊成員蔡瑞鵬、黄宜薇、 黄才峻。

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科技

2021-09-17

快閃記憶體是記憶體產業最重要的產品之一,用於資料的儲存,但其讀取與寫入速度愈來愈慢的「倒退式發展」,是記憶體產業數十年來亟欲突破的瓶頸。在2020年11月11日全球快閃記憶體高峰會上,NEO Semiconductor發布了獨創的X-NAND架構。X-NAND改良記憶體架構,在不增加晶片尺寸,且使用原有製程的條件下,將順序讀取與寫入的速度各自提高了15倍與27倍,獲得該年高峰會的「最具創新的快閃記憶體新創公司獎」。

NEO Semiconductor成立於2012年,執行長許富菖回顧創業迄今的歷程,創業之初躬逢三星開發出3D NAND,記憶體架構從平面轉為立體,擴增的立體空間大幅地增加了資料的儲存量。這個突破性的發明,讓2014年的NEO在數個尚在評估的專案中,擇定以突破記憶體效能為目標。許富菖回憶,「新技術的問世,往往會刺激同時期、同領域的新創表現。」

 

當時的NAND flash產業除了3D NAND這個振奮產業的突破,仍有許多橫亙在技術發展上的阻礙。從NAND初期架構SLC(Single-Level Cell)開始,迭代到MLC、TLC、QLC、PLC等,單位記憶體容量的成本雖不斷下降,讀寫速度卻愈變愈慢,與現今科技產業的發展背道而馳。「積弱的記憶體效能將成為5G、AI等發展的限制」,許富菖指出。

 

為提升記憶體性能,NEO將研發方向聚焦在記憶體架構的改良,最終在2018年完成X-NAND的開發,並用兩年多的時間,為這個技術進行專利佈局。X-NAND架構主要應用於閃存記憶體,以QLC為例,在採用X-NAND架構後,其隨機讀取與寫入的速度分別減少至25微秒與550微秒。這讓QLC產品得以具備與SLC匹配的讀寫效能,同時保有其具競爭力的成本效益。

 

若將鏡頭拉遠,X-NAND更將為整個記憶體供應鏈帶來改變。NAND flash是記憶體系統中讀寫效能最慢的環節,歷來市場對其最大的訴求為低價、高容量。而X-NAND突破了NAND flash的讀寫速度限制,許富菖形容,這無異於打破了整個記憶體系統運作效能的天花板。

 

對供應鏈的影響

 

X-NAND可以被應用在整個記憶體產業的上中下游。以最上游的機械式硬碟HDD和固態硬碟SSD為例,過去QLC的性能不佳,市場的接受程度低;但在導入X-NAND架構後,QLC的性能提升,這會大幅改變筆電、手機等高階消費型電子產品的成本結構。此外,更加快PLC與HLC NAND進入市場、取代機械式硬碟的腳步,促進資料中心的運作效能,提高雲端服務水準。

 

其次,亦為新興市場——於DRAM與NAND flash之間發揮緩衝功能的高級儲存級記憶體SCM(Storage Class Memory)注入新動能。NEO規劃以X-NAND架構導入SLC與MLC NAND,提供與現有SCM方案相近的效能,同時將成本降低為原有的五分之一。而在終端應用場景,以serial NAND市場為目標,改良MLC以取代原有的SLC產品,以一半的成本,將速度提升5倍,滿足AI及IoT系統的速度需求。

 

如上文所述,X-NAND問世形同打破了記憶體的效能天花板。許富菖形容,過去受到NAND效能拖累,周邊傳輸介面往往無法百分之百發揮效能。而今X-NAND的導入不只提升了NAND的效能,更讓周邊傳輸介面、控制器、緩衝記憶體如 SCM等的發展都得到鼓勵。未來不僅5G,甚至6G 、7G ,以及功能更強的AI系統 都不再受限 。

 

市場布局

 

在2020年全球快閃記憶體高峰會上得到了創新獎,許富菖表示,NEO做為晶片IP研發公司,未來會以授權IP為主要的商業模式。在X-NAND產品方面,世界主流的記憶體供應商如三星、鎧俠(東芝)、西數、海力士、美光等,以及台灣的serial NAND供應商如旺宏、華邦等,都將是NEO的目標客戶,藉由IP授權,將X-NAND架構導入客戶的生產線中。

 

在終端市場的布局上,許富菖表示,在高峰會發布之後,從各方遞來的橄欖枝中瞭解了X-NAND的應用潛力,其中尤以AI、資料中心的相關企業最為熱切,亦不乏伺服器等業者上門,提出規格相關的布局規畫,期望加速X-NAND產品導入後進入市場的速度。

 

在去年高峰會上初試啼聲,許富菖回憶,NEO一路走來,即便聽了無數次「NAND flash已經發展了30年,不可能有解決方法(指突破效能)了。」仍繼續嘗試,「我相信許多人也曾走到我們走到的這步,也面臨同樣的問題,最終選擇了放棄。如果我們也放棄了,那發展就到此結束了。」

 

許富菖謙虛地形容,X-NAND能成功問世可謂異數,有機緣巧合,靠許多人幫忙,更需要整個團隊的不懈努力與堅持。

 

NEO執行長許富菖

出生:1969年

現職:NEO Semiconductor執行長

經歴:矽谷新創公司工程副總裁

學歴:美國倫斯勒(Rensselaer)理工學院電機工程碩士、國立成功大學機械工程學士

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