從“徒弟”到“師傅”：探秘英特爾大連工廠，解讀存儲(chǔ)創(chuàng)新DNA

2019年，150多名英特爾大連存儲(chǔ)工廠的工程師風(fēng)塵仆仆地趕赴美國(guó)新墨西哥州。他們此行不是去拜師學(xué)藝，而是到英特爾該州生產(chǎn)基地協(xié)助生產(chǎn)。從2007年開始建廠，成為英特爾眾多基地中的“小學(xué)徒”，到如今為其他生產(chǎn)基地的“傳道授業(yè)解惑”，英特爾大連存儲(chǔ)工廠只用了十余年就實(shí)現(xiàn)了“反向技術(shù)輸出”。

這堪稱奇跡的背后一方面是英特爾大連存儲(chǔ)工廠快速、穩(wěn)步發(fā)展的成果，另一方面英特爾這些年持續(xù)加碼存儲(chǔ)領(lǐng)域創(chuàng)新的一個(gè)縮影。近日，大數(shù)據(jù)在線有幸走入英特爾大連存儲(chǔ)工廠，近距離參觀了英特爾存儲(chǔ)芯片的生產(chǎn)過程，并且有幸與英特爾一眾專家就存儲(chǔ)芯片的生產(chǎn)、制造以及創(chuàng)新進(jìn)行了深入溝通。

大連工廠：英特爾存儲(chǔ)的一個(gè)縮影

大連存儲(chǔ)工廠是英特爾亞洲唯一一家晶圓制作工廠，代號(hào)Fab 68工廠，除了生產(chǎn)制造之外，其還承擔(dān)了一部分研發(fā)工作。從2007年完成選址和開始建設(shè)，英特爾大連存儲(chǔ)工廠雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但是的確是創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。

在這短短的十余年中，英特爾大連存儲(chǔ)工廠其實(shí)經(jīng)歷了多次重要的時(shí)刻，無論是轉(zhuǎn)型還是商業(yè)變化，都能夠順利完成各種復(fù)雜挑戰(zhàn)。2015年之前，大連存儲(chǔ)工廠主要是從事65nm產(chǎn)品的生產(chǎn)，到2015年則開始轉(zhuǎn)型生產(chǎn)3D NAND存儲(chǔ)產(chǎn)品，并且在一年之后就實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，速度之快另業(yè)界為之驚嘆。

英特爾大連工廠鳥瞰圖

眾所周知，2015年其實(shí)是閃存市場(chǎng)非常重要的年份，閃存的3D NAND技術(shù)開始興起，加上之前多年閃存理念的普及，可以說誰能夠率先將3D NAND技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，誰就可以在閃存市場(chǎng)占據(jù)主動(dòng)主動(dòng)權(quán)。

“2017年左右，英特爾3D NAND產(chǎn)品供不應(yīng)求，我們就決定在旁邊新建一個(gè)工廠，代號(hào)叫Fab 68A?！庇⑻貭柗且资源鎯?chǔ)方案事業(yè)部副總裁、英特爾大連存儲(chǔ)技術(shù)與制造基地總經(jīng)理梁志權(quán)透露道。

事實(shí)上，英特爾大連工廠在短短幾年時(shí)間內(nèi)兩次獲得英特爾質(zhì)量金獎(jiǎng)，在英特爾內(nèi)部創(chuàng)造了記錄。在梁志權(quán)看來，英特爾大連工廠成功的秘訣就是在于認(rèn)真和一絲不茍，長(zhǎng)期堅(jiān)持帶來的成果之一就是：大連工廠的工程師從一開始出國(guó)接受培訓(xùn)與學(xué)習(xí)，到現(xiàn)在出國(guó)給英特爾全球各個(gè)基地傳授經(jīng)驗(yàn)和協(xié)助生產(chǎn)。

大數(shù)據(jù)在線近距離參觀Fab 68A工廠之后，親身感受到英特爾大連存儲(chǔ)工廠的自動(dòng)化和智能化程度之高，整個(gè)生產(chǎn)線全部由英特爾自主研發(fā)的MES軟件系統(tǒng)進(jìn)行控制，生產(chǎn)流程高度自動(dòng)化。關(guān)于英特爾大連工廠的MES軟件系統(tǒng)還有一個(gè)小插曲。之前英特爾3D NAND技術(shù)是與另一家閃存公司共同研發(fā)與合作的。因此，在建設(shè)Fab 68A工廠時(shí)，工廠一開始裝配的其實(shí)是這家閃存公司的MES軟件系統(tǒng)，當(dāng)雙方終止合作，英特爾獨(dú)立開始基于自身技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)線改造時(shí)，業(yè)界普遍認(rèn)為這種規(guī)模和復(fù)雜性的工廠往往需要2-3年時(shí)間才能夠完成自主MES系統(tǒng)的研發(fā)、適配和上線。

“我們其實(shí)只用了幾個(gè)月時(shí)間就完成了切換，并且實(shí)現(xiàn)了零關(guān)閉。”梁志權(quán)如是說。

目前，大連工廠是英特爾最大的工廠，并且多次創(chuàng)造了英特爾工廠建設(shè)的新記錄。它其實(shí)就是英特爾存儲(chǔ)近年來高速發(fā)展的一個(gè)縮影。英特爾近年來在存儲(chǔ)領(lǐng)域的布局一直是有先見之明和快人一步，這種動(dòng)作反應(yīng)在業(yè)務(wù)層面就是市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，英特爾非易失性存儲(chǔ)器解決方案部門的收入在2018年大幅增長(zhǎng)22.4%，達(dá)到43.1億美元，成為目前英特爾表現(xiàn)最為出色的業(yè)務(wù)之一。

可以說，正是有大連存儲(chǔ)工廠這樣的堅(jiān)實(shí)后盾，在生產(chǎn)、制造環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)創(chuàng)新技術(shù)的快速量產(chǎn)化，才為英特爾存儲(chǔ)今年的高速成長(zhǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

追尋英特爾存儲(chǔ)創(chuàng)新的DNA

當(dāng)前，英特爾存儲(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新有兩個(gè)方面：一個(gè)3D NAND閃存技術(shù)，另一個(gè)則是傲騰（Optane，Storage Class Memory）技術(shù)。

從整個(gè)數(shù)據(jù)中心宏觀的角度來看，就明白英特爾存儲(chǔ)為什么會(huì)重點(diǎn)聚焦在這兩個(gè)方向。首先是內(nèi)存DRAM雖然速度很快，但是容量增長(zhǎng)一直較為緩慢；其次基于3D NAND的閃存容量近年來不斷提升，在時(shí)延上并沒有得到大的改善，但是在性價(jià)比、容量上正在加速趕上，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械硬盤的替代已經(jīng)勢(shì)不可擋。也就是說在內(nèi)存、閃存、硬盤之間是存在著鴻溝的，這種鴻溝或是容量、或是性能。

英特爾中國(guó)區(qū)非易失性存儲(chǔ)事業(yè)部總經(jīng)理劉鋼

其實(shí)這是計(jì)算機(jī)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)即計(jì)算與存儲(chǔ)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展的必然結(jié)果，CPU在摩爾定律的加持下性能得到突飛猛進(jìn)，但是在存儲(chǔ)方面，無論是性能還是容量其實(shí)都沒有想象中提升那么快。就如英特爾中國(guó)區(qū)非易失性存儲(chǔ)事業(yè)部總經(jīng)理劉鋼所言：“今天存儲(chǔ)市場(chǎng)之所有增長(zhǎng)如此之快，是因?yàn)榇鎯?chǔ)對(duì)于計(jì)算平臺(tái)的影響開始如此之大。在整個(gè)計(jì)算架構(gòu)中，存儲(chǔ)層級(jí)出現(xiàn)了巨大鴻溝，必須要有新技術(shù)和新產(chǎn)品才能滿足?！?/p>

因此，英特爾存儲(chǔ)近年來一直致力于解決這些鴻溝。比如在內(nèi)存與閃存之間，英特爾推出了傲騰（Optane）技術(shù)，用于解決內(nèi)存與閃存之間存在的容量和性能鴻溝。事實(shí)上，目前業(yè)界普遍認(rèn)為SCM是解決內(nèi)存與閃存之間鴻溝有限辦法，但是實(shí)現(xiàn)路線有兩條：一條就是以3D XPoint為代表，比如英特爾的傲騰數(shù)據(jù)中心級(jí)持久內(nèi)存，它是新存儲(chǔ)介質(zhì)的一種創(chuàng)新；而另一條則是一些閃存廠商基于基于SLC NAND架構(gòu)的SCM產(chǎn)品。

從當(dāng)前的市場(chǎng)情況來看，兩種技術(shù)方案都可以為數(shù)據(jù)中心帶來低延遲和高性能的解決方案，而且也是數(shù)據(jù)中心未來潛力最大的細(xì)分領(lǐng)域。根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Mordor Intelligence的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，SCM市場(chǎng)從2019年到2024的年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了38.2%。顯然，英特爾的市場(chǎng)步伐顯然領(lǐng)先一步。

不過，英特爾的市場(chǎng)步伐顯然領(lǐng)先一步。英特爾傲騰數(shù)據(jù)中心級(jí)持久內(nèi)存無論是從產(chǎn)品量產(chǎn)、軟件支持還是解決方案的打造方面已經(jīng)完了大量工作，并且率先在眾多行業(yè)的龍頭客戶中得到應(yīng)用。此外，英特爾并沒有放緩傲騰數(shù)據(jù)中心級(jí)持久內(nèi)存的創(chuàng)新步伐。劉鋼透露，在2020年，新一代的傲騰數(shù)據(jù)中心級(jí)持久內(nèi)存將跟新至強(qiáng)處理器同步發(fā)布，新一代傲騰數(shù)據(jù)中心級(jí)持久內(nèi)存在架構(gòu)上又進(jìn)行了新的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了4個(gè)Deck的堆疊，密度和性價(jià)比會(huì)進(jìn)一步提高。

而在3D NAND方面，英特爾將會(huì)進(jìn)一步加大密度、性能的提升。在3D NAND 閃存中有兩種方實(shí)現(xiàn)方式，一種是Floating Gate，另一種則是Charge Trap。英特爾的技術(shù)屬于前者，在Floating Gate技術(shù)架構(gòu)下，NAND每一層之間是斷開，這種方式帶來的好處就是無論存儲(chǔ)多久也不會(huì)出現(xiàn)電子逃離的現(xiàn)象，而且隨著3D NAND層數(shù)不斷的增加，F(xiàn)loating Gate對(duì)于工藝的要求則會(huì)越來越高，進(jìn)而確保閃存密度的不斷提升。

此外，劉鋼透露，英特爾在3D NAND另一個(gè)創(chuàng)新方向就是縮小每個(gè)單元面積或體積，不浪費(fèi)整個(gè)芯片的空間，英特爾的思路將控制電路放在存儲(chǔ)單元的下面，大幅節(jié)省面積與空間，讓閃存密度進(jìn)一步提升。

除了芯片密度之外，英特爾其實(shí)還通過增加整個(gè)機(jī)架的密度來進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心閃存的密度，比如現(xiàn)在一個(gè)1U服務(wù)器可以做到1PB閃存容量密度。據(jù)悉，英特爾將會(huì)在2020年推出Gen 4 SSD產(chǎn)品，率先達(dá)到144層閃存密度。

浪潮存儲(chǔ)產(chǎn)品線副總經(jīng)理孫斌

除了存儲(chǔ)產(chǎn)品之外，英特爾對(duì)于生態(tài)、解決方案的打造也是不遺余力。比如近年來在存儲(chǔ)市場(chǎng)突起的浪潮公司，英特爾與浪潮進(jìn)行了緊密合作，包括產(chǎn)品優(yōu)化來提升整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的表現(xiàn)。浪潮存儲(chǔ)產(chǎn)品線副總經(jīng)理孫斌就透露，在存儲(chǔ)競(jìng)爭(zhēng)最為熱門和激烈的全閃存領(lǐng)域，浪潮與英特爾有著緊密的合作，包括在全閃存陣列系統(tǒng)中如何優(yōu)化傲騰數(shù)據(jù)中心級(jí)持久內(nèi)存、充分發(fā)揮閃存性能等方面。此外，浪潮還聯(lián)合英特爾推出了中國(guó)首款采用傲騰雙端口的全閃存儲(chǔ)，是當(dāng)前業(yè)界最高性能的中端存儲(chǔ)。

在解決方案層面，英特爾為加速傲騰技術(shù)的應(yīng)用落地，推出了六大類場(chǎng)景，包括存儲(chǔ)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)、AI/分析、高性能計(jì)算、通信等，并且已經(jīng)有包括騰訊云、快手、百度云、阿里云、四川電信、海鑫、青云等一大批落地案例。

這些就是英特爾存儲(chǔ)的創(chuàng)新之道，不僅在產(chǎn)品與技術(shù)層面上不斷實(shí)現(xiàn)突破，而且注重解決方案、合作伙伴生態(tài)的協(xié)同，讓好的技術(shù)能夠加速在行業(yè)中走向落地，最終實(shí)現(xiàn)英特爾、合作伙伴、用戶的共贏。

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