從3D NAND Flash豪門廠商看SSD未來

2025-05-15 07:28:09

    平面結構的NAND快閃記憶體已接近其實際擴展極限，給半導體存儲器行業帶來嚴峻挑戰。新的3D NAND技術，垂直堆疊了多層數據存儲單元，具備卓越的精度。基於該技術，可打造出存儲容量比同類NAND技術高達三倍的存儲設備。該技術可支持在更小的空間內容納更高存儲容量，進而帶來很大的成本節約、能耗降低，以及大幅的性能提升以全面滿足眾多消費類行動裝置和要求最嚴苛的企業部署的需求。

    傳統NAND開始面臨一種困境，容量要想提高，製程就越先進，可靠性和性能越低。於是不再追求縮小單位，通過3D堆疊技術封裝更多cell單元，則成為快閃記憶體擴容的新方向。

    Intel：3D XPoint快閃記憶體

    3D Xpoint採用全新的交叉點陣結構，能夠支持對單個存儲單元的獨立訪問。每個垂直導線呈現更有效率的密集排列，1280億個內存儲存單元相互連接。另外，這些存儲單元還能夠立體堆棧。目前的規劃是使用20nm製程製造，雙層堆棧、能夠存儲128Gb的快閃記憶體。未來通過製程縮微以及堆疊更多層存儲單元可以達到更高的存儲容量。由於還沒有上市，而且Intel對3D XPoint快閃記憶體口風很嚴，所以我們無法確定3D XPpoint快閃記憶體背後更多細節。但Intel主要面向企業級SSD，故不多做討論。

    三星3D V-NAND技術

    三星SSD全新3D V-NAND到底是什麼意思呢？3D是指立體存儲，V指的是垂直存儲，可靠性和性能提升是V-NAND快閃記憶體的一個方面，還有就是3D堆疊。由於三星已經可以垂直方向擴展NAND密度，那就沒有繼續縮小電晶體的壓力了，所以三星可以使用相對更舊的工藝來生產V-NAND快閃記憶體，現在使用的是30nm級別的，介於30-39nm之間。

    使用舊工藝的好處就是P/E擦寫次數大幅提升，目前的19/20nm工藝MLC快閃記憶體的擦寫次數普遍是3000次，三星的V-NAND快閃記憶體可達35000次，更大容量的NAND有著更少的幹擾，編程時間會更短，這意味著性能會提高。此外，更大容量的NAND的讀寫不需要那麼多次的重試，因此總功耗也會更低。

    東芝/閃迪：BiCS技術

    由於2D NAND快閃記憶體簡單堆棧是可以作出3D NAND快閃記憶體的，但製造工藝複雜，要求很高，而東芝的BiCS快閃記憶體是Bit Cost Scaling，強調的就是隨NAND規模而降低成本，號稱在所有3D NAND快閃記憶體中BiCS技術的快閃記憶體核心面積最低，也意味著成本更低。目前已經率先實現64層堆棧，比之前的48層堆棧更先進，核心容量256Gb（32GB），未來還會推出容量高達512Gb的產品。東芝表示64層堆棧的3D NAND快閃記憶體單位面積容量增加了40%，每片晶圓所能生產的NAND容量也變大了，成本隨之降低。

    SK Hynix

    SK Hynix的3D NAND快閃記憶體已經發展了3代了，2014年Q4推出的第一代，2015年Q3季度推出的第二代，去年Q4推出的則是第三代3D NAND快閃記憶體，只不過前面三代產品主要面向eMCC 5.0/5.1、UFS 2.0等移動市場，今年推出的第四代3D NAND快閃記憶體則會針對UFS 2.1、SATA及PCI-E產品市場。

    SK Hynix的3D NAND快閃記憶體堆棧層數從36層起步，不過真正量產的是48層堆棧的3D NAND快閃記憶體，MLC類型的容量128Gb，TLC類型的也可以做到256Gb容量。

    就成本而言，技術演進帶來NAND Flash產出增加，成本降低。「以64GB NAND Flash晶片來看，一片12寸Wafer，如果採用1Xnm MLC可切割600片，採用1Ynm MLC可切割750片，1Ynm TLC 可切1000片。這意味著在原材料成本不變的情況下，即使原廠不增加新的產能，新的投片，整個市場的產出也將增加30%以上。3D同樣如此，隨著48層的陸續投產，它的成本下降會越來越明顯。」

    消費類SSD未來三大趨勢，3D、TLC和PCIe。「TLC代表更低的成本，3D代表更高的容量，PCIe代表更快的速度。而影馳科技一直作為行業先驅，不斷完善自身產線。同時引進高新技術。近日，推出了鐵甲戰將M.2系列SSD，連續讀取和寫入分別達到2400、1200MB/S，性能彪悍，根據相關產線負責人透露，影馳將會在16年Q3-Q4季度配合群聯完成東芝 64層堆棧3D NANA Flash 相關測試，然後率先搭載東芝的 BICS 快閃記憶體完成首秀，到時候又會給我們帶來怎樣的驚喜呢？敬請期待吧！  

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