市場對于3D NAND的需求有多大?140層3D NAND層數(shù)還會遠(yuǎn)嗎?

市場對于3D NAND的需求有多大，從這一市場的競爭激烈程度可見一斑！

2018年5月29日，援引韓國媒體報道，三星計劃在2018年提升目前64層3D NAND產(chǎn)品的比重，并與今年年內(nèi)在華城、平澤的工廠搶先量產(chǎn)96層3D NAND產(chǎn)品，甚至還計劃搶先競爭對手，開始投入128層3D NAND的研發(fā)量產(chǎn)工作。

而三星的這一舉動或?qū)氐椎囊急揪汀皯?zhàn)火”不斷的NAND Flash高層堆疊市場，美、日、韓等多國的內(nèi)存大廠都將參戰(zhàn)，市場競爭的激烈程度更是讓人難以想象。

“戰(zhàn)火”不斷的3D NAND Flash

2017年下半年是各大廠商3D NAND爭相量產(chǎn)的時期。

三星開始量產(chǎn)64層3D NAND，并利用新平澤工廠提高產(chǎn)量，美光推進64層3D NAND也非常順利，東芝、西部數(shù)據(jù)也從2017下半年開始量產(chǎn)64層3D NAND。

與此同時，為了降低NAND Flash生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品的競爭力，美、日、韓等多國的內(nèi)存大廠近期都在加速更高層堆疊以及QLC四比特單元存儲產(chǎn)品的開發(fā)。

比如，全球NAND Flash第二大廠東芝已于2017年6月與西數(shù)同時宣布，采用BiCS4技術(shù)的96層3D NAND已完成研發(fā)。現(xiàn)在，隨著東芝半導(dǎo)體事業(yè)出售案落下實錘，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，未來東芝將會在NAND Flash突飛猛進。

而美光與英特爾合作開發(fā)的NAND Flash產(chǎn)品，也在最近傳出了96層3D NAND研發(fā)順利的消息。

至于SK海力士，2017年7月，就已經(jīng)開始大規(guī)模生產(chǎn)72層（第四代）3D NAND閃存芯片。雖然目前SK海力士在NAND Flash領(lǐng)域排名落后，但是SK海力士也決定在2018年完成96層3D NAND產(chǎn)品研發(fā)。

140層 3D NAND層數(shù)還會遠(yuǎn)嗎

在近日舉行的國際存儲研討會2018（IMW 2018）上，應(yīng)用材料公司介紹了未來幾年3D NAND的發(fā)展線路圖。其中提到，預(yù)計到2020年，3D存儲堆疊可以做到120層甚至更高，2021年可以達(dá)到140層以上，是目前主流64層的兩倍還多。

目前，各家廠商都在3D NAND上加大力度研發(fā)，盡可能提升自己閃存的存儲密度。

正如之前所說，東芝及西數(shù)已計劃在今年大規(guī)模生產(chǎn)新的96層BiCS4 儲存芯片，三星也在發(fā)展QLC NAND 芯片，將會在第五代NAND技術(shù)實現(xiàn)96層這一目標(biāo)。

3D NAND技術(shù)在現(xiàn)在廣泛被使用，其設(shè)計與2D NAND 相反，儲存器單元不在一個平面內(nèi)，而是一個堆疊在另一層之上，以這種方式每顆芯片的儲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。

但是，3D NAND技術(shù)也意味著，增加存儲空間就需要不斷的增加堆疊層數(shù)。而層數(shù)的增加也意味著對工藝、材料的要求會提高，要想達(dá)到140層堆疊就必須使用新的基礎(chǔ)材料。

而且在堆疊層數(shù)增加的時候，存儲堆棧的高度也在增大，然而每層的厚度卻在縮小，以前的32/36層3D NAND的堆棧厚度為2.5μm，層厚度大約70nm，48層的閃存堆棧厚度為3.5μm，層厚度減少到62nm，現(xiàn)在的64/72層閃存堆棧厚度大約4.5μm，每層厚度減少到60nm，而到了140+層，堆疊厚度將增至大約8微米，每對堆疊層則必須壓縮到45-50nm，每升級一次堆棧厚度都會變成原來的1.8倍，而層厚度會變成原來的0.86倍。

隨著3D NAND層數(shù)不斷提高，其工藝難度可想而知！

QLC技術(shù)或?qū)l(fā)力

事實上，降低單位容量生產(chǎn)成本的方式，還包括改善數(shù)據(jù)儲存單元結(jié)構(gòu)及控制器技術(shù)。

目前，存儲單元的結(jié)構(gòu)類型分為以下幾種：SLC、MLC 、TLC 、QLC。

SLC單比特單元（每個Cell單元只儲存1個數(shù)據(jù)），因為穩(wěn)定，所以性能最好，壽命也最長（理論可擦寫10W次），成本也最高，是最早的頂級顆粒。

MLC雙比特單元（每個Cell單元儲存2個數(shù)據(jù)），壽命（理論可擦寫1W次）、成本在幾種顆粒中算是均衡的。

TLC三比特單元（每個Cell單元儲存3個數(shù)據(jù)），成本低，容量大，但壽命越來越短（理論可擦寫1500次），是目前閃存顆粒中的最主流產(chǎn)品。

QLC四比特單元（每個Cell單元儲存4個數(shù)據(jù)），成本更低，容量更大，但壽命更短（理論可擦寫150次），想成為接替TLC的產(chǎn)品還急需解決很多問題。

不過，最近美光與英特爾已經(jīng)率先采用QLC技術(shù)，生產(chǎn)容量高達(dá)1Tb、堆疊數(shù)為64層的3D NAND，目前該產(chǎn)品已用于SSD出貨，美光與英特爾強調(diào)，此為業(yè)界首款高密度QLC NAND Flash。

而盡管三星已完成QLC技術(shù)研發(fā)，但三星可能基于戰(zhàn)略考量，若是太快將其商用化，當(dāng)前產(chǎn)品價格恐將往下調(diào)降，加上三星為NAND Flash與SSD市場領(lǐng)先者，并沒有急于將QLC商用化的理由。至于東芝則表示，計劃在96層3D NAND產(chǎn)品采用QLC技術(shù)。

未來NAND Flash產(chǎn)品若采用可儲存4四比特單元的QLC技術(shù)，可望較TLC技術(shù)多儲存約33%的數(shù)據(jù)量，不過，隨著每一儲存單元的儲存數(shù)據(jù)量增加，壽命亦將跟著降低，為改善這方面的缺點，內(nèi)存廠商還需要克服很多難題！