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140層 3D NAND層數(shù)何時(shí)能實(shí)現(xiàn)?

2018-06-04 14:08:57

預(yù)計(jì)到2020年,3D存儲(chǔ)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,各大廠商都在加大力度研發(fā)3D NAND,想辦法盡可能地提升自己閃存的存儲(chǔ)密度。
 
東芝及西數(shù)已計(jì)劃在今年量產(chǎn)新的96層BiCS4 儲(chǔ)存芯片,三星也在發(fā)展QLC NAND 芯片,將會(huì)在第五代NAND技術(shù)實(shí)現(xiàn)96層這一目標(biāo)。
 
3D NAND技術(shù)在現(xiàn)在已經(jīng)廣泛被使用,其設(shè)計(jì)與2D NAND 相反,儲(chǔ)存器單元不是在一個(gè)平面內(nèi),而是一個(gè)堆疊在另一層之上,這種方式可以讓每顆芯片的儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)更大的結(jié)構(gòu)和單元間隙,這可以增加產(chǎn)品的耐用性。
 

 
但是,3D NAND技術(shù)也表明,增加存儲(chǔ)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(duì)工藝、材料的要求會(huì)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)增加的同時(shí),存儲(chǔ)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(duì)堆疊層則必須壓縮到45-50nm,每升級(jí)一次堆棧厚度都會(huì)變成原來(lái)的1.8倍,而層厚度會(huì)變成原來(lái)的0.86倍。
 
隨著3D NAND層數(shù)不斷提高,其工藝難度可想而知。事實(shí)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(chǔ)存單元結(jié)構(gòu)及控制器技術(shù)。目前,存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為以下幾種:SLC、MLC 、TLC 、QLC。
 
SLC單比特單元(每個(gè)Cell單元只儲(chǔ)存1個(gè)數(shù)據(jù)),因?yàn)榉€(wěn)定,所以性能最好,壽命也最長(zhǎng)(理論可擦寫(xiě)10W次),成本也最高,是最早的頂級(jí)顆粒。
 
MLC雙比特單元(每個(gè)Cell單元儲(chǔ)存2個(gè)數(shù)據(jù)),壽命(理論可擦寫(xiě)1W次)、成本在幾種顆粒中算是均衡的。
 
TLC三比特單元(每個(gè)Cell單元儲(chǔ)存3個(gè)數(shù)據(jù)),成本低,容量大,但壽命越來(lái)越短(理論可擦寫(xiě)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(gè)Cell單元儲(chǔ)存4個(gè)數(shù)據(jù)),成本更低,容量更大,但壽命更短(理論可擦寫(xiě)150次),想成為接替TLC的產(chǎn)品還急需解決很多問(wèn)題。
 
不過(guò),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(qiáng)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(jià)格恐將往下調(diào)降,加上三星為NAND Flash與SSD市場(chǎng)領(lǐng)先者,并沒(méi)有急于將QLC商用化的理由。至于東芝則表示,計(jì)劃在96層3D NAND產(chǎn)品采用QLC技術(shù)。
 
未來(lái)NAND Flash產(chǎn)品若采用可儲(chǔ)存4四比特單元的QLC技術(shù),可望較TLC技術(shù)多儲(chǔ)存約33%的數(shù)據(jù)量,不過(guò),隨著每一儲(chǔ)存單元的儲(chǔ)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(diǎn),內(nèi)存廠商還需要克服很多難題。


本文關(guān)鍵詞:存儲(chǔ)芯片

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