3D NAND市場「戰火」不斷，140層還會遠嗎？

三星計劃在2018年搶先量產96層3D NAND產品，並開始投入3D NAND的研發量產工作。

而據應用材料表示，2021年，140層就會到來，3D NAND的堆疊大戰可謂是如火如荼的進行著!

文|Aki

校對|文標

圖源|網絡

集微網消息，市場對於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，援引韓國媒體報導，三星計劃在2018年提升目前64層3D NAND產品的比重，並與今年年內在華城、平澤的工廠搶先量產96層3D NAND產品，甚至還計劃搶先競爭對手，開始投入128層3D NAND的研發量產工作。

而三星的這一舉動或將徹底的引燃本就「戰火」不斷的NAND Flash高層堆疊市場，美、日、韓等多國的內存大廠都將參戰，市場競爭的激烈程度更是讓人難以想像。

「戰火」不斷的3D NAND Flash

2017年下半年是各大廠商3D NAND爭相量產的時期。

三星開始量產64層3D NAND，並利用新平澤工廠提高產量，美光推進64層3D NAND也非常順利，東芝、西部數據也從2017下半年開始量產64層3D NAND。

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

比如，全球NAND Flash第二大廠東芝已於2017年6月與西數同時宣布，採用BiCS4技術的96層3D NAND已完成研發。

現在，隨著東芝半導體事業出售案落下實錘，業內普遍認為，未來東芝將會在NAND Flash突飛猛進。

而美光與英特爾合作開發的NAND Flash產品，也在最近傳出了96層3D NAND研發順利的消息。

至於SK海力士，2017年7月，就已經開始大規模生產72層(第四代)3D NAND快閃記憶體晶片。

雖然目前SK海力士在NAND Flash領域排名落後，但是SK海力士也決定在2018年完成96層3D NAND產品研發。

140層 3D NAND還會遠嗎

在近日舉行的國際存儲研討會2018(IMW 2018)上，應用材料公司介紹了未來幾年3D NAND的發展線路圖。

其中提到，預計到2020年，3D存儲堆疊可以做到120層甚至更高，2021年可以達到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，儘可能提升自己快閃記憶體的存儲密度。

正如之前所說，東芝及西數已計劃在今年大規模生產新的96層BiCS4 儲存晶片，三星也在發展QLC NAND 晶片，將會在第五代NAND技術實現96層這一目標。

3D NAND技術在現在廣泛被使用，其設計與2D NAND 相反，儲存器單元不在一個平面內，而是一個堆疊在另一層之上，以這種方式每顆晶片的儲存容量可以顯著增加，而不必增加晶片面積或者縮小單元，使用3D NAND可以實現更大的結構和單元間隙，這有利於增加產品的耐用性。

但是，3D NAND技術也意味著，增加存儲空間就需要不斷的增加堆疊層數。

而層數的增加也意味著對工藝、材料的要求會提高，要想達到140層堆疊就必須使用新的基礎材料。

而且在堆疊層數增加的時候，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層的快閃記憶體堆棧厚度為3.5μm，層厚度減少到62nm，現在的64/72層快閃記憶體堆棧厚度大約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層數不斷提高，其工藝難度可想而知。

QLC技術或將發力

事實上，降低單位容量生產成本的方式，還包括改善數據儲存單元結構及控制器技術。

目前，存儲單元的結構類型分為以下幾種：SLC、MLC 、TLC 、QLC。

SLC單比特單元(每個Cell單元只儲存1個數據)，因為穩定，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個數據)，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個數據)，成本低，容量大，但壽命越來越短(理論可擦寫1500次)，是目前快閃記憶體顆粒中的最主流產品。

QLC四比特單元(每個Cell單元儲存4個數據)，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的產品還急需解決很多問題。

不過，最近美光與英特爾已經率先採用QLC技術，生產容量高達1Tb、堆疊數為64層的3D NAND，目前該產品已用於SSD出貨，美光與英特爾強調，此為業界首款高密度QLC NAND Flash。

而儘管三星已完成QLC技術研發，但三星可能基於戰略考量，若是太快將其商用化，當前產品價格恐將往下調降，加上三星為NAND Flash與SSD市場領先者，並沒有急於將QLC商用化的理由。

至於東芝則表示，計劃在96層3D NAND產品採用QLC技術。

未來NAND Flash產品若採用可儲存4四比特單元的QLC技術，可望較TLC技術多儲存約33%的數據量，不過，隨著每一儲存單元的儲存數據量增加，壽命亦將跟著降低，為改善這方面的缺點，內存廠商還需要克服很多難題!