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140層 3D NAND層數何時能實現?

2018-06-04 14:08:57

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,各大廠商都在加大力度研發3D NAND,想辦法盡可能地提升自己閃存的存儲密度。
 
東芝及西數已計劃在今年量產新的96層BiCS4 儲存芯片,三星也在發展QLC NAND 芯片,將會在第五代NAND技術實現96層這一目標。
 
3D NAND技術在現在已經廣泛被使用,其設計與2D NAND 相反,儲存器單元不是在一個平面內,而是一個堆疊在另一層之上,這種方式可以讓每顆芯片的儲存容量明顯增加,并且不用增加芯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,這可以增加產品的耐用性。
 

 
但是,3D NAND技術也表明,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同時,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層數不斷提高,其工藝難度可想而知。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),是目前閃存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采用QLC技術,生產容量高達1Tb、堆疊數為64層的3D NAND,目前該產品已用于SSD出貨,美光與英特爾強調,此為業界首款高密度QLC NAND Flash。
 
而盡管三星已完成QLC技術研發,但三星可能基于戰略考量,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,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產品采用QLC技術。
 
未來NAND Flash產品若采用可儲存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。


本文關鍵詞:存儲芯片

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