Flash内存成长无极限 3D NAND/SSD应用大热门

物联网的发展导致无论消费性电子、企业、工业、汽车市场对SSD的需求都急速攀升，为NAND Flash内存、控制芯片、SSD模块等供应链业者带来绝佳的成长机会，本活动邀集SSD领域重要厂商， 前瞻未来技术规格的演进与市场应用趋势。

以NAND Flash为基础的固态储存(SSD)势力版图全面扩张。 在4K影音、虚拟现实(VR)与扩增实境(AR)，以及日益蓬勃的物联网智能感测等应用趋势驱动下，无论消费性电子、企业、工业、汽车市场对SSD的需求都急速攀升，为NAND Flash内存、控制芯片、 SSD模块等供应链业者带来绝佳的成长机会，相关厂商无不卯足全力开发更高规格的新一代解决方案。

整体而言，2017年SSD最大的变化在于技术规格的升级，如多信道PCIe SSD的快速崛起，以及读写效能、扩充性和省电方面的突破。 展望2018年，随着3D NAND内存良率与产能提升，与控制器、模块商技术精进，SSD产品效能势将再写新页，市场渗透率亦将更形扩大。 本活动邀集SSD领域重要厂商，前瞻未来技术规格的演进与市场应用趋势。

物联网自2014年台积电董事长张忠谋的演讲中为业界所瞩目，但IoT这个名词最早可以追溯到1999年，大心电子副总经理陈志青(图1)表示，截至2017年广义的物联网装置达到100亿个， 不过预计2020年还将成长五倍达500亿个。 其中装置不断产生数据，而大量数据也带动储存需求，2017年人类产生的数字数据约25皆字节(Zettabytes, ZB)，「皆」代表10的21次方，2025年更将产生163ZB的数据量。

IoT驱动固态储存需求成长

在IoT的应用上，SSD与传统的磁式储存相较，有效能佳(High Performance)、可靠度高(Reliability)、低耗电(Low Power)、弹性构装设计(Flexible Form Factor)等特点。 陈志青说明，在效能部分，SSD的传输接口从1990年代采用PATA，传输速度约133MB/s，到2006年以后演进到SATA/SAS接口，传输速率提升为6~12Gbps，2013年以后再进化到PCIe接口加NVMe协议， Gen3版本四信道架构可以提供32Gbps的速率，传输效能也较SATA/SAS翻倍。

在可靠度部分，Flash为了维持数据完整性，建立了许多数据保护机制，如瞬间断电回复(SPOR)、错误检查及校正(Error Checking and Correcting, ECC)等，一般而言SSD的年故障率(AFR)在1% 以下，磁式硬盘则约3%。 运作可靠性部分，SSD因为机械结构少，在抗震度、噪音甚至操作温度区间都有不错的表现。 另外，SSD也透过监控软件监测储存单元的健康状况，降低非预期的当机状况。

控制器为Flash效能把关

而闪存Flash近几年效能不断提升，包括制程、储存单元、堆栈层数、立体结构、传输接口等全面性的进步。 不过也因为高速的发展，事实上，Flash颗粒会出现越来越多瑕疵，必须靠更多管理机制的协助，维持其效能，群联电子创新技术研发事业群资深经理许江汉(图2)说，这也是Flash需要搭载控制器(Controller)的主要原因。

Flash控制芯片负责数据保护，许江汉解释，ECC技术因应Flash容量的提升，并走向3D立体化半导体结构，也从过去的BCH(Bose Chaudhuri Hochquenghem)发展到低密度奇偶修正码(Low Density Parity Check, LDPC)。 比起BCH算法，LDPC拥有更高的解错效能，如(图3)所示。 透过LDPC新一代错误修正技术，将能为3D TLC NAND带来更高的错误校验能力，进一步提升数据稳定性及P/E Cycle，并搭配RAID ECC强化除错率。

未来SSD的发展朝向M型化的两端发展，许江汉进一步说明，高阶的SSD很多是应用在游戏上，制程采用非常先进的1x奈米(nm)，控制器内建多核处理器，并采用可靠性较高的MLC内存颗粒，导入OPAL 2.0机密技术， 并搭载超级电容降低数据损失率。 低阶的SSD则以成本为重点，可能不搭载DRAM，并分享系统的内存HMB(Host Memory Buffer)，同时也不搭载AES加密，只跑两信道、采用数据压缩技术节省空间，支持较低阶的内存，并使用更多Cell的颗粒。

工业应用高度客制化发展

工业应用在物联网时代也是有高度潜力与市场的应用领域，与一般消费性的应用相较，英柏得科技总经理林传生指出，工业应用SSD客户是企业，并有高度客制化的需求，产品生命周期要求较长，约是五~二十年，质量要求也较高， 要求长期技术服务支持，设计导入周期相对较长，应用领域则非常特定，作业环境也相当多元，并可能于严苛环境高温、低温、高震动与高尘环境下操作。

实际应用在如智能量表(Smart Meter)、测量仪器、售票机、工厂自动化、工业计算机/笔电、POS系统、健康照护装置、安控产品、自驾车与服务器等。 汽车导入智能化与发展自架系统是近年非常热门的领域，操作环境也与工业应用类似，包括车用影音、导航系统，资通讯系统、先进驾驶辅助系统(ADAS)、行车纪录器、数字仪表与自驾车(Autonomous Driving System) 等，都具备高度潜力。

整体而言，工业与汽车应用未来将持续发展，同时也带动SSD在这些领域的应用与成长。 林传生认为，SSD有各种不同的规格、接口、容量、制程、操作需求等，工业与汽车应用在每个层次都要仔细定义，依照应用需求选定规格，并仔细调教，让整个系统的效能与稳定性都达到标准，须注意的细节比消费性应用来的琐碎与严谨。

利基型应用关键在满足特殊需求

工业应用除了市场需求大，对于技术、稳定性的要求也较高，宜鼎国际工控Flash事业处副理林晨欢(图4)说，相较于消费性应用，工业应用的Flash导入新产品的技术会慢一点，工控的内存颗粒预计在2018年才会采用3D TLC的产品，至于四cell的QLC可能还要晚于消费性应用导入的2020年，大概一到二年的时间。

在工业应用的模块类型上， M.2相较于标准的SATA的SSD构装类型，林晨欢认为，M.2模块可以设计成较小的模块，对于物联网的应用非常便利，同时其透过PCIe接口，可以提供高带宽传输，另外也支持多重接口与应用，设计上非常弹性与便利，相信是未来工业应用的趋势之一。

在各式不同应用的需求上，林晨欢举例，服务器的应用需要长时间运作，因为有大量数据需求，所以通常需要小体积与高容量的解决方案，同时智能数据保留(Excellent Data Retention) 技术与更长的产品寿命是这类应用的需求重点。 在比较特别的航天与军事应用上，首要重点就是安全(Security)，包括数据的安全抹写(Secure Erase)，也就是将数据完全消除，终极的方式就是用高电压将数据彻底烧毁完全无法回复。 另外如保护涂层(Conformal Coating)与100%数据完整性(Data Integrity)等，都是其特别的需求。