三星最新旗舰850 PRO的3D V-NAND颗粒可能是TLC模拟MLC？（转）

皮可西

转自PCEVA
原帖地址http://bbs.pceva.com.cn/thread-97880-1-1.html
作者neeyuese



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.c ... 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.c ... 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.c ... 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.c ... SAM-K9LPGY8S1M-CCK0

https://chipworks.secure.force.c ... 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。






丧门星的节操早就喂狗了，旗舰级产品也敢这样，用客户当小白鼠，准备提升“工艺”，全线TLC是吧

feiren

正在使用830和840 PRO，惭愧支持三星。。。

jinsm

注意：可能是TLC，貌似用TLC模拟MLC。滋事体大，是浴室大人的怀疑。昨晚看到后很震惊，密切关注后续发展。

kuroo

我累了去每GB15块呵呵，我做视频组RAID同大小三块黑盘1K5 三块SSD 9K  每GB才五毛都不到 价格后者是前者6倍但寿命呢前者是后者6W倍都不止，黑盘才几个钱比真正的企业盘便宜多了，SSD用处至今都很小众是个取代笔电硬盘的好东东，但性能寿命容量都没可比性，这每GB15元的企业SSD还是洗洗睡吧