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时间:2018-08-18编辑: admin 点击率:

  3D NAND市场“战火”不断,140层还会远吗?

  

援引韩国媒体报道,三星计划在2018年提升目前64层3D NAND产品的比重,并与今年年内在华城、平泽的工厂抢先量产96层3D NAND产品,甚至还计划抢先竞争对手,开始投入128层3D NAND的研发量产工作。

  而三星的这一举动或将彻底的引燃本就“战火”不断的NAND Flash高层堆叠市场,美、日、韩等多国的内存大厂都将参战,市场竞争的激烈程度更是让人难以想象。

  “战火”不断的3D NAND Flash

  2017年下半年是各大厂商3D NAND争相量产的时期。

  三星开始量产64层3D NAND,并利用新平泽工厂提高产量,美光推进64层3D NAND也非常顺利,东芝、西部数据也从2017下半年开始量产64层3D NAND。

  与此同时,为了降低NAND Flash生产成本,提升产品的竞争力,美、日、韩等多国的内存大厂近期都在加速更高层堆叠以及QLC四比特单元存储产品的开发。

  比如,全球NAND Flash第二大厂东芝已于2017年6月与西数同时宣布,采用BiCS4技术的96层3D NAND已完成研发。现在,随着东芝半导体事业出售案落下实锤,业内普遍认为,未来东芝将会在NAND Flash突飞猛进。

  而美光与英特尔合作开发的NAND Flash产品,也在最近传出了96层3D NAND研发顺利的消息。

  至于SK海力士,2017年7月,就已经开始大规模生产72层(第四代)3D NAND闪存芯片。虽然目前SK海力士在NAND Flash领域排名落后,但是SK海力士也决定在2018年完成96层3D NAND产品研发。

  140层 3D NAND层数还会远吗

  在近日举行的国际存储研讨会2018(IMW 2018)上,应用材料公司介绍了未来几年3D NAND的发展线路图。其中提到,预计到2020年,3D存储堆叠可以做到120层甚至更高,2021年可以达到140层以上,是目前主流64层的两倍还多。

  目前,各家厂商都在3D NAND上加大力度研发,尽可能提升自己闪存的存储密度。

  正如之前所说,东芝及西数已计划在今年大规模生产新的96层BiCS4 储存芯片,三星也在发展QLC NAND 芯片,将会在第五代NAND技术实现96层这一目标。

  3D NAND技术在现在广泛被使用,其设计与2D NAND 相反,储存器单元不在一个平面内,而是一个堆叠在另一层之上,以这种方式每颗芯片的储存容量可以显著增加,而不必增加芯片面积或者缩小单元,使用3D NAND可以实现更大的结构和单元间隙,这有利于增加产品的耐用性。

  但是,3D NAND技术也意味着,增加存储空间就需要不断的增加堆叠层数。而层数的增加也意味着对工艺、材料的要求会提高,要想达到140层堆叠就必须使用新的基础材料。

  而且在堆叠层数增加的时候,存储堆栈的高度也在增大,然而每层的厚度却在缩小,以前的32/36层3D NAND的堆栈厚度为2.5μm,层厚度大约70nm,48层的闪存堆栈厚度为3.5μm,层厚度减少到62nm,现在的64/72层闪存堆栈厚度大约4.5μm,每层厚度减少到60nm,而到了140+层,堆叠厚度将增至大约8微米,每对堆叠层则必须压缩到45-50nm,每升级一次堆栈厚度都会变成原来的1.8倍,而层厚度会变成原来的0.86倍。

  随着3D NAND层数不断提高,其工艺难度可想而知。

  QLC技术或将发力

  事实上,降低单位容量生产成本的方式,还包括改善数据储存单元结构及控制器技术。

  目前,存储单元的结构类型分为以下几种:SLC、MLC 、TLC 、QLC。

  SLC单比特单元(每个Cell单元只储存1个数据),因为稳定,所以性能最好,寿命也最长(理论可擦写10W次),成本也最高,是最早的顶级颗粒。

  MLC双比特单元(每个Cell单元储存2个数据),寿命(理论可擦写1W次)、成本在几种颗粒中算是均衡的。

  TLC三比特单元(每个Cell单元储存3个数据),成本低,容量大,但寿命越来越短(理论可擦写1500次),是目前闪存颗粒中的最主流产品。

  QLC四比特单元(每个Cell单元储存4个数据),成本更低,容量更大,但寿命更短(理论可擦写150次),想成为接替TLC的产品还急需解决很多问题。

  不过,最近美光与英特尔已经率先采用QLC技术,生产容量高达1Tb、堆叠数为64层的3D NAND,目前该产品已用于SSD出货,美光与英特尔强调,此为业界首款高密度QLC NAND Flash。

  而尽管三星已完成QLC技术研发,但三星可能基于战略考量,若是太快将其商用化,当前产品价格恐将往下调降,加上三星为NAND Flash与SSD市场领先者,并没有急于将QLC商用化的理由。至于东芝则表示,计划在96层3D NAND产品采用QLC技术。

  未来NAND Flash产品若采用可储存4四比特单元的QLC技术,可望较TLC技术多储存约33%的数据量,不过,随着每一储存单元的储存数据量增加,寿命亦将跟着降低,为改善这方面的缺点,内存厂商还需要克服很多难题。

  

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