走入Intel中國(guó)工廠：144層閃存、全新傲騰深層技術(shù)都在等你！
近日，硬哥有幸受邀，參觀了Intel位于遼寧省大連市的Fab 68晶圓廠，并學(xué)習(xí)了Intel NAND閃存、3D XPoint Optane傲騰方面的深層技術(shù)與未來(lái)規(guī)劃，與諸君分享。
Intel大連工廠2007年奠基，2011年全面投產(chǎn)，這是Intel 1992年愛(ài)爾蘭Fab 10之后新建的第一座晶圓廠，也是Intel在亞洲的第一座晶圓廠，初期總投資25億美元，建筑面積16.3萬(wàn)平方米，其中潔凈室廠房面積1.5萬(wàn)平方米。
大連工廠初期主要生產(chǎn)65nm工藝的芯片組等產(chǎn)品(不生產(chǎn)CPU處理器)，2015年追加投資55億美元(Intel在中國(guó)最大的一筆)，升級(jí)為NVM非易失性存儲(chǔ)制造工廠，主力生產(chǎn)NAND閃存，也是Intel全球同類工廠中最先進(jìn)的之一。
2016年7月，大連廠升級(jí)后的一期項(xiàng)目投產(chǎn)，次年發(fā)布的DC P4500/P4600系列數(shù)據(jù)中心級(jí)固態(tài)盤就使用了這里出產(chǎn)的3D NAND。2018年9月，二期項(xiàng)目投產(chǎn)。目前，Intel最先進(jìn)的96層3D閃存就是來(lái)自大連。
因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高能效生產(chǎn)，Intel大連廠曾兩次獲得全球制造業(yè)務(wù)線金獎(jiǎng)，2012前年還拿到過(guò)Intel全球金獎(jiǎng)，這在Intel還是首例。
Intel還曾公開(kāi)贊揚(yáng)大連廠，相信它是存儲(chǔ)歷史上投產(chǎn)最快的工廠之一。
大連廠特別注重對(duì)于本地人才的培養(yǎng)，投產(chǎn)初期就需安排了300多名員工到美國(guó)和愛(ài)爾蘭專業(yè)培訓(xùn)，并指派200多名外籍員工來(lái)中國(guó)工作。目前，工廠關(guān)鍵高管的外籍、本地人才比例已經(jīng)達(dá)到2:8，而在十年前還是7:3。
值得一提的是，Intel還是大連第一家披露環(huán)境績(jī)效的企業(yè)，也是大連唯一實(shí)現(xiàn)100％餐廚垃圾無(wú)害化處理的企業(yè)。
Intel晶圓廠、封裝測(cè)試廠全球布局
Fab 68布局圖(注意左下角是留給未來(lái)擴(kuò)建的)
優(yōu)秀人才榜
展示區(qū)的Intel處理器內(nèi)核照：你能認(rèn)出來(lái)是哪些嗎？
從沙子到芯片的制造過(guò)程演示
這次有幸參觀了大連廠的內(nèi)部辦公、制造環(huán)境，但因?yàn)楸Ｃ芟拗撇荒艽蠹曳窒碚掌?。上邊兩張圖來(lái)自Intel與美光合資的閃存工廠，與之有些類似。
大連廠的廠房共有四層，其中核心的潔凈室制造區(qū)位于第三層，進(jìn)入必須穿著專門的防護(hù)服(俗稱兔子裝Bunny Suit)，佩戴頭套、胡須套，因?yàn)槔镞叺沫h(huán)境比手術(shù)室還要干凈一百倍，每立方米內(nèi)比頭發(fā)絲直徑還小的顆粒不超過(guò)10個(gè)(Class 10等級(jí))。
由于實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化，制造區(qū)內(nèi)的工作人員非常少，偶爾三三兩兩走過(guò)，更多工作人員就在辦公室內(nèi)遠(yuǎn)程調(diào)控。
至于這里的工藝和設(shè)備有多么高級(jí)和先進(jìn)，看到上邊圖中廠房頂部來(lái)回奔走的“小吊車”了嗎？它們負(fù)責(zé)晶圓的傳輸，每一個(gè)都價(jià)值一輛寶馬。
接下來(lái)是技術(shù)分享環(huán)節(jié)，分為閃存、傲騰兩個(gè)部分。
在計(jì)算體系中，存儲(chǔ)有多種不同類型，處理器緩存、封裝內(nèi)存、DRAM內(nèi)存、NAND閃存、HDD機(jī)械硬盤、磁帶等等，形成了一個(gè)完成的體系，但因?yàn)楦髯蕴攸c(diǎn)迥異，比如內(nèi)存和閃存之間，比如閃存和固態(tài)存儲(chǔ)之間，無(wú)論性能還是容量，仍然存在很大的空白。
DRAM內(nèi)存、3D NAND閃存、3D XPoint傲騰三種存儲(chǔ)中，Intel重點(diǎn)努力的是后兩種，尤其是擴(kuò)展性極佳的傲騰。當(dāng)然如果你熟悉歷史，應(yīng)該記得Intel公司成立之初的業(yè)務(wù)其實(shí)正是DRAM，確切地說(shuō)是SDRAM。
DRAM是平面型的，無(wú)論容量還是性能提升都越來(lái)越困難，比如密度早些年每三年增加四倍，而今每四年才能增加兩倍，而閃存SLC、MLC、TLC、QLC一路走下來(lái)，單位容量帶寬是越來(lái)越低的，與計(jì)算核心的距離其實(shí)在拉大。
當(dāng)然，NAND閃存在可見(jiàn)的未來(lái)內(nèi)仍是應(yīng)用最廣泛的存儲(chǔ)類型，Intel更是采用了先進(jìn)的浮動(dòng)?xùn)艠O設(shè)計(jì)，不同于傳統(tǒng)電荷擷取設(shè)計(jì)，使用的是獨(dú)立充電存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，編程擦寫循環(huán)、單元間電荷隔離、數(shù)據(jù)持久性都更佳，同時(shí)還有陣列下CMOS結(jié)構(gòu)(CuA)，可節(jié)省空間占用，有利于存儲(chǔ)密度的擴(kuò)充。
Intel 2016年量產(chǎn)了第一代32層TLC閃存，單位容量密度384Gb，2017年的第二代64層QLC猛增至1024Gb，而在今年剛投產(chǎn)的是第三代96層QLC，明年將迎來(lái)第四代144層QLC(跳過(guò)128層)。
注意后面三種存儲(chǔ)密度其實(shí)沒(méi)變，更多的是靠增加堆疊層數(shù)而提升容量，這也是NAND閃存面臨的一個(gè)困局。
除了閃存本身容量提升，Intel也一直致力于固態(tài)硬盤容量的提升，比如設(shè)計(jì)了全新的E1.L、E1.S形態(tài)，前者相比U.2容量增加最多1.66倍，散熱效率提升2倍，而后者相比M.2容量可翻一番，散熱效率更是提升3倍，而且都為PCIe 4.0、PCIe 5.0做好了準(zhǔn)備。
說(shuō)到閃存存儲(chǔ)格式，SLC、MLC、TLC、QLC大家都很熟悉了，分別是每個(gè)單元1、2、3、4個(gè)比特位，分別有2、4、8、16種電荷狀態(tài)，壽命確實(shí)在持續(xù)衰退，但是得益于先進(jìn)的浮動(dòng)?xùn)艠O結(jié)構(gòu)，Intel QLC閃存的數(shù)據(jù)持久性更好。
接下來(lái)就是每單元5個(gè)比特位、32種點(diǎn)和狀態(tài)的PLC，Intel的浮動(dòng)?xùn)艠O結(jié)構(gòu)依然可以滿足，當(dāng)然需要在閃存結(jié)構(gòu)、主控和固件優(yōu)化支持方面做出更多的努力，以彌補(bǔ)壽命的不足。
至于再往后，Intel多年前就在研究每單元8個(gè)比特位的NAND閃存，因此仍然是可以繼續(xù)走下去的。
傲騰一直是Intel引以為傲的黑科技，早先與美光合作研發(fā)，但因?yàn)楦鞣N原因，雙方已經(jīng)分手。
Intel坦言，就像過(guò)久了的男女朋友或者夫妻，如果雙方的努力方向不一致，是很難繼續(xù)過(guò)下去的，分手也是迫不得已，包括專利、技術(shù)方面也確實(shí)會(huì)有一些影響，但是未來(lái)Intel會(huì)堅(jiān)定地持續(xù)發(fā)展傲騰，而且是自己?jiǎn)胃?，暫無(wú)計(jì)劃與其他家合作。
相比于NAND閃存，傲騰的結(jié)構(gòu)又完全不一樣，一個(gè)突出特點(diǎn)就是擴(kuò)展性更好，目前只用了區(qū)區(qū)兩層(Deck)，接下來(lái)會(huì)擴(kuò)展到四層，未來(lái)還是八層，容量、性能都不可限量。
傲騰對(duì)比閃存的最大優(yōu)勢(shì)就是隨機(jī)讀寫性能高得多，而延遲又低得多，特別是隨著IOPS的不斷增加，優(yōu)勢(shì)會(huì)越來(lái)越明顯，因此非常適合大型數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。
Intel下一代傲騰產(chǎn)品代號(hào)“Aerospike”，預(yù)計(jì)可以做到130萬(wàn)左右的超高IOPS，是現(xiàn)在傲騰SSD DC P4800X的大約三倍，更是NAND閃存硬盤的四倍多。
更誘人的是，新一代傲騰產(chǎn)品失敗率極低，只有NAND閃存的大約50分之一。
作為拿手戲的延遲，新傲騰更是一騎絕塵，尤其是在16線程這樣的高并行負(fù)載下。
除了作為SSD存儲(chǔ)產(chǎn)品，傲騰還可以作為持久內(nèi)存，并支持內(nèi)存模式、應(yīng)用直接模式兩種針對(duì)不同負(fù)載的工作模式，已經(jīng)搭配可擴(kuò)展至強(qiáng)逐漸普及，Intel也提供了各種配套工具挖掘其潛力。
傲騰持久內(nèi)存目前兼容DDR4，下一步DDR5到來(lái)之后，傲騰也可以輕松遷移兼容，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)，這也是傲騰靈活性的另一個(gè)體現(xiàn)。
傲騰存儲(chǔ)還在發(fā)展階段，尤其是持久內(nèi)存，但已經(jīng)得到了極為豐富的生態(tài)支持，各種頂級(jí)行業(yè)巨頭都有應(yīng)用，包括國(guó)內(nèi)的BAT互聯(lián)網(wǎng)三巨頭、浪潮、金山云等等。
在Intel看來(lái)，相比于NAND閃存，傲騰更具有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展能力，尤其是隨著容量的不斷增長(zhǎng)，單位容量的IOPS并不會(huì)持續(xù)下降，這一點(diǎn)對(duì)企業(yè)級(jí)應(yīng)用至關(guān)重要。
不過(guò)需要注意的是，和早期很多人認(rèn)為的不同，Intel從未考慮用傲騰取代傳統(tǒng)內(nèi)存、硬盤，更多的是用它來(lái)填補(bǔ)存儲(chǔ)體系中的空缺，發(fā)揮各自所長(zhǎng)。在未來(lái)，傲騰固態(tài)盤、傲騰持久內(nèi)存也會(huì)共同發(fā)展，互為補(bǔ)充。
至于和美光分手后，Intel是否會(huì)將傲騰轉(zhuǎn)移到大連廠來(lái)生產(chǎn)，這個(gè)尚未決定。
這就是Intel理想中的存儲(chǔ)架構(gòu)，感覺(jué)如何？
