3D NAND Flash,劍指1000層堆疊!

全球半導體觀察 發佈 2023-11-13T08:18:43.613005+00:00

隨著AI、大數據等技術發展,催生大容量存儲產品的需求,與傳統平面架構2D NAND Flash相比,3D NAND Flash、4D NAND Flash可提供更大存儲空間滿足了業界日益增長的存儲需求,因而逐漸受到大廠重視。

快閃記憶體進入立體堆疊時代之後,在存儲大廠推動下,快閃記憶體堆疊層數越來越高,目前已經突破200層大關。不過,大廠對於層數的追求永不止步,根據韓媒The Elec報導,三星存儲業務高管近日對外表示,2030年V-NAND可以疊加到1000多層。快閃記憶體市場層數堆疊競爭愈演愈烈,未來存儲產品容量有望持續提升。


快閃記憶體層數之爭愈演愈烈,2030年劍指1000層以上


隨著AI、大數據等技術發展,催生大容量存儲產品(如SSD)的需求,與傳統平面架構2D NAND Flash相比,3D NAND Flash、4D NAND Flash可提供更大存儲空間滿足了業界日益增長的存儲需求,因而逐漸受到大廠重視。


目前3D/4D NAND Flash已經突破200層,三星第8代V-NAND層數達到了236層;美光232層NAND Flash已經量產出貨;今年3月鎧俠和西部數據共同宣布推出218層3D NAND快閃記憶體,已開始為部分客戶提供樣品;SK海力士2022年8月成功開發出世界最高238層4D NAND快閃記憶體,今年6月該公司宣布已開始量產238層4D NAND快閃記憶體,並正在與生產智慧型手機的海外客戶公司進行產品驗證。


未來存儲廠商將持續發力更高層數NAND Flash,美光232層之後,計劃推出2YY、3XX與4XX等更高層數產品;鎧俠與西數也在積極探索300層以上、400層以上與500層以上的3D NAND技術;三星則計劃2024年推出第九代3D NAND(有望達到280層),2025-2026年推出第十代3D NAND(有望達到430層),2030年前實現1000層NAND Flash。


不過,要想實現1000層以上NAND Flash並非易事,三星存儲業務高管透露,就像建設摩天大樓一樣,需要考慮坍塌、彎曲、斷裂等諸多穩定性問題,此外還需要克服連接孔加工工藝、最小化電池干擾、縮短層高以及擴大每層存儲容量等挑戰。


兩大擴容方式,未來十年單顆SSD容量可達1PB?


在2D NAND平面時代,廠商主要依靠工藝進行擴容。為了提升快閃記憶體產品容量,廠商會引入先進的製程工藝,如從50nm製程提升至30nm製程,在相同尺寸面積下,可實現更大容量。


不過,再先進的製程工藝在單位面積下的存儲密度也是存在極限的,而且隨著製程提升,存儲密度增加,相鄰存儲單元格電荷干擾問題也就越嚴重,進而導致數據處理錯誤率提升以及使用壽命減少等問題。


為了突破這些瓶頸,快閃記憶體從平面走向立體,堆疊層數越來越高,快閃記憶體晶片容量與性能也不斷提升。


除了堆疊技術之外,另一大擴容的有效手段是改變快閃記憶體晶片結構,從SLC、MLC、TLC、QLC到PLC,五種快閃記憶體顆粒每單元可存儲的信息層層遞進,容量逐步提升,不過性能、可靠性、壽命並未隨之優化,需要藉助一些技術手段以彌補修復。


在快閃記憶體堆疊與架構創新技術推動下,以SSD為代表的快閃記憶體產品容量不斷攀升。目前,消費級SSD常見容量包括256GB、512GB、1TB、2TB、4TB等,企業級SSD容量更大一些,可達16TB、32TB、64TB、甚至128TB以上。


今年3月三星電子對外表示,預計在未來十年單顆SSD的容量可達1PB(1024TB)。業界認為,QLC/PLC快閃記憶體架構與1000層堆疊技術有望助力SSD不斷邁向PB級未來。

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