(文章來源:EDA365網(wǎng))
日前,美光發(fā)布第二季度財(cái)報(bào),其在電話會(huì)議中美光透露,即將開始批量生產(chǎn)其基于公司新的RG(replacement gate)架構(gòu)的第四代3D NAND存儲(chǔ)設(shè)備。至此,美光,東芝,SK海力士和三星都已正式挺進(jìn)128層,甚至更高層級(jí),存儲(chǔ)大廠們已經(jīng)為3D NAND的堆疊層數(shù)而瘋狂。
市場(chǎng)需求無疑是最大的驅(qū)動(dòng)力,隨著5G及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)正呈現(xiàn)出爆炸式的增長,由此對(duì)于存儲(chǔ)的需求也越來越大。
此前的閃存多屬于平面閃存 (Planar NAND),我們一般稱之為“2D NAND”。巨大需求推動(dòng)下的2D NAND 工藝不斷發(fā)展,向1znm(12-15nm)逼近, 平面微縮工藝的難度越來越大,接近物理極限,但盡管如此,存儲(chǔ)密度也很難突破128GB容量。并且?guī)淼某杀緝?yōu)勢(shì)開始減弱,有資料指出,16nm制程后,繼續(xù)采用2D 微縮工藝的難度和成本已超過3D技術(shù),因此各存儲(chǔ)大廠都在積極推出3D NAND。
3D NAND,簡單來說,就是通過die堆疊技術(shù),加大單位面積內(nèi)晶體管數(shù)量的增長。有資料稱,3D NAND比2D NAND具有更高的存儲(chǔ)容量,若采用48層TLC 堆疊技術(shù),存儲(chǔ)密度可提升至256GB,輕松突破了平面2D NAND 128GB 的存儲(chǔ)密度極限值。
同時(shí)還具有更高的可靠性,NAND閃存一直有著電荷之間電場(chǎng)干擾問題,導(dǎo)致需要flash control芯片透過復(fù)雜的算法來防止和糾正這么干擾帶來的錯(cuò)誤,最后拖累了資料的傳輸速度。透過3D堆疊技術(shù),單位儲(chǔ)存空間變大,電荷間的電場(chǎng)干擾降低,大幅提升了產(chǎn)品的可靠性,也因資料錯(cuò)誤降低,不僅提升了資料的傳輸速率,更因簡化了糾錯(cuò)算法,進(jìn)而降低了功耗,一舉數(shù)得。進(jìn)一步凸顯了成本效益。
在主要的NAND廠商中,三星于2013年8月就已經(jīng)宣布進(jìn)入3D NAND量產(chǎn)階段,2014 年第 1 季正式于西安工廠投產(chǎn)。其他幾家公司在3D NAND閃存量產(chǎn)上要落后三星至少2年時(shí)間。東芝、美光、SK海力士2015年正式推出3D NAND閃存。Intel 2016年4月初才發(fā)布了首款3D NAND閃存的SSD,不過主要是面向企業(yè)級(jí)市場(chǎng)的。在這些存儲(chǔ)大廠的推動(dòng)下,NAND Flash正在快速由2D NAND向3D NAND普及。
2019年Q3度全球NAND閃存市場(chǎng)明顯復(fù)蘇,三星、鎧俠(原東芝存儲(chǔ))、美光等主要存儲(chǔ)廠商的出貨量均有較大幅度增長。據(jù)DRAMeXchange數(shù)據(jù)顯示,2019年Q4季度全球NAND閃存市場(chǎng)營收125.46億美元,環(huán)比增長8.5%,位元出貨量增長10%左右,合約價(jià)也由跌轉(zhuǎn)漲。
技術(shù)升級(jí)一向是存儲(chǔ)芯片公司間競(jìng)爭(zhēng)的主要策略。隨著存儲(chǔ)市場(chǎng)由弱轉(zhuǎn)強(qiáng),處于新舊轉(zhuǎn)換的節(jié)點(diǎn),各大廠商紛紛加大新技術(shù)工藝的推進(jìn)力度,加快從64層3D NAND向96層3D NAND過渡,同時(shí)推進(jìn)下一代128層3D NAND技術(shù)發(fā)展進(jìn)程,以期在新一輪市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置。
如前文所言,3D NAND主要依靠die堆疊,采用這種方式可以使得每顆芯片的儲(chǔ)存容量可以顯著增加,而不必增加芯片面積或者縮小單元,使用3D NAND可以實(shí)現(xiàn)更大的結(jié)構(gòu)和單元間隙,這有利于增加產(chǎn)品的耐用性。因此想要增加存儲(chǔ)空間就需要不斷的增加堆疊層數(shù),這也就是為什么先進(jìn)存儲(chǔ)廠商一直想要追求更多堆疊層數(shù)的原因。
在發(fā)展3D NAND的過程中,這些廠商通常采用兩種不同的存儲(chǔ)技術(shù):電荷擷取技術(shù)(CTF, Charge Trap Flash)和浮柵(FG, Floating Gate)技術(shù)。CSDN博主“古貓先生”指出,這兩種技術(shù)沒有好壞之分,應(yīng)該是各有千秋。CTF電荷擷取技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理和過程更加簡單,有利于加快產(chǎn)品進(jìn)程。此外,電荷存儲(chǔ)在絕緣層比存儲(chǔ)在導(dǎo)體浮柵中更加的可靠。
FG浮柵技術(shù)從2D NAND開始已經(jīng)很成熟。另外,采用FG浮柵技術(shù)的3D NAND的存儲(chǔ)單元相互獨(dú)立,而采用CTF電荷擷取技術(shù)的3D NAND的存儲(chǔ)單元是連接在一起的。這樣的話,F(xiàn)G浮柵技術(shù)的存儲(chǔ)過程更具操作性。
(責(zé)任編輯:fqj)
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