中國企業如何追趕3D NAND堆疊熱潮？

3D NAND的堆疊大戰正在如火如荼地進行。

如果說幾家國際快閃記憶體大廠，如三星、美光、東芝、西數、SK海力士當前推向市場的主流產品是64層(或72層)3D NAND，那麼明年就將跨入96層。

在近日舉行的國際存儲研討會2018(IMW 2018)上，應用材料公司預測，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。

除了3D堆疊之外，存儲廠商也在力圖通過改善數據儲存單元結構與控制器技術以增加單位存儲容量，美光便於日前率先推出QLC 3D NAND，將單位存儲容量提升了33%。

這些情況說明了國際大廠正在加快推進3D NAND的技術演進，以便加高自身技術壁壘，拉開與競爭者的差距。

存儲器是我國重點發展的核心晶片之一，長江存儲等國內企業亦有望於今年年底前實現小批量產。

在3D NAND新產品技術進入市場之際，加快發展步伐，跟上國際技術的演進節奏非常重要。

NAND快閃記憶體3D堆疊未來上看140層?

隨著2017年幾大國際存儲廠商爭相推進64層3D NAND量產，今年以來相關產品已經開始大量進入主流市場。

根據集邦諮詢半導體研究中心(DRAMeXchange)的數據，今年第一季度NAND快閃記憶體品牌廠營收季減3%;第二季度PC用固態硬碟(SSD)合約價均價下跌3%～11%。

而連續兩個季度價格下跌的主要原因，一方面是因為市場仍處於小幅供過於求的狀態，另一方面則是因為大多數SSD供貨商為促銷最新一代的64/72層3D SSD新品，降價意願提升。

對此，DRAM eXchange研究協理陳玠瑋表示，英特爾、三星、美光、東芝、SK海力士等廠商的最新64/72層3D SSD都已給主要客戶送樣測試，而且也先後進入量產階段。

這是今年市場競爭會加劇的主因。

在NAND快閃記憶體跌價的行情下，擁有成本優勢成為存儲廠市場競爭的關鍵。

有消息稱，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、西部數據從去年下半年開始量產64層3D NAND;SK海力士隨著72層3D NAND產能及良率提升，預計今年其搭載72層3D NAND的企業級SSD出貨比重將顯著提升。

除了擴大64/72層3D NAND生產比重，存儲廠也在推進下一代技術的開發與量產。

有消息稱，三星將搶先在2018年年底前量產96層3D NAND，並投入128層3D NAND研發。

但也有相關人士表示，由於96層3D NAND技術難度相對較大，三星或以92層作為過渡技術。

東芝與西部數據此前曾經宣布96層3D NAND已完成研發，並屢次擴大Fab6工廠的投資金額，為96層3D NAND的量產做準備。

英特爾和美光曾表示，第三代3D NAND技術(96層)的開發將於2018年年底或2019年年初交付，預計英特爾和美光96層3D NAND可在2019年下半年實現量產。

3D化已經成為NAND快閃記憶體技術的主要發展方向，它指儲存器單元不在一個平面內，而是一個堆疊在另一層之上。

採用這種方式，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，降低生產成本。

3D堆疊已經成為NAND廠商間的主要競爭方向。

QLC固態硬碟加速進入市場

改善數據儲存單元結構及控制器技術，以增加單位存儲容量，降低生產成本，是NAND快閃記憶體的另一個發展方向。

5月21日，美光科技率先推出業界首款採用QLC四比特單元存儲技術的固態硬碟，並表示已經開始供貨。

根據美光發布的產品數據，其新推出的5210 ION固態硬碟，採用了64層3D QLC NAND與QLC架構，相較於TLC架構容量更大，使得單顆晶片容量可高達1Tb。

目前，存儲單元的結構類型分為以下幾種：SLC、MLC、TLC、QLC。

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(理論上可擦寫150次)，將使企業降低生產成本，獲得高競爭力。

IDC研究副總裁Jeff Janukowicz表示，QLC企業級SATA固態硬碟提供了一種經濟實惠的方式，將企業應用程式遷移到快閃記憶體，而且有機會擴大企業級快閃記憶體的潛在市場。

實際上，不僅是美光，為了降低NAND快閃記憶體的生產成本，提升產品競爭力，三星、東芝、西部數據等公司都在加速QLC 3D DAND的開發。

2017年7月，東芝與西部數據就發布了採用BiCS4技術的QLC快閃記憶體，核心容量768Gb。

根據東芝與西部數據的介紹，採用BiCS4技術的96層3D NAND已完成研發，初期用來製造3D TLC快閃記憶體，單顆晶片容量256Gb，而在良品率足夠高之後，會轉向更高容量的3D TLC，並最終製造3D QLC，容量可達1Tb。

此外，三星也在發展QLC NAND晶片，將會在第五代NAND技術上實現這一目標。

中國存儲需跟上國際技術演進節奏

無論是3D堆疊還是QLC的推出，這些情況均說明了隨著3D NAND技術走向實用化，國際廠商正在加快推進技術進步。

3D NAND相對2D NAND來說，是一次快閃記憶體技術上的變革。

而且不同於基於微縮技術的平面快閃記憶體，3D存儲器的關鍵技術是薄膜和刻蝕工藝，技術工藝差別較大，而且相對2D NAND來說，國際大廠在3D存儲器布局方面走得並不遠。

從現在的情況來看，很顯然，國際廠商們也認識到了這個問題，正在紛紛加大技術研發的力度，以期爭奪新時期的高點;同時增加產能與量產上的投入，力求與對手拉開距離。

目前，中國投入3D NAND的企業，以長江存儲為主，目前項目進展的速度也很快。

根據公布的資料，2016年12月底，由長江存儲主導的國家存儲器基地正式動土，預期分為三個階段，將建設三座3D NAND廠。

2017年9月，一期廠房提前封頂;11月，成功開發出32層3D NAND晶片;2018年4月11日，生產設備正式進場安裝。

紫光集團董事長、長江存儲董事長趙偉國在裝機儀式上表示，武漢長江存儲基地將募資800億元，金額已經全數到位，今年可進入小規模量產，明年進入128Gb的3D NAND 64層技術的研發。

紫光集團全球執行副總裁暨長江存儲執行董事長高啟全則披露，長江存儲的3D NAND快閃記憶體已經獲得第一筆訂單，總計10776顆晶片，將用於8GB USD存儲卡產品。

中科院微電子所所長葉甜春表示：「主流存儲器產品帶有標準化的大宗產品特徵，因此這個市場的競爭也就顯得更加激烈。

一家企業的成功與否往往取決於技術進步的速度與資本投入量。

企業如果不能跟上技術更新換代的速度，很快就會被淘汰。

」葉甜春還強調了產品特有結構、企業特有工藝技術發展的重要性，以應對國際上的技術競爭。

「一家存儲器廠生產線不會全部都用通用裝備。

在度過了發展初期階段後，企業必然會發展出一些特有的工藝技術，同時需要對工藝設備進行定製化改造。

我覺得3～5年後，中國存儲企業就應走到這一步，否則很難形成自己的客戶群。

而要完成工藝設備的定製，國內裝備企業的發展又顯得十分重要。

」葉甜春指出。