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3D NAND闪存层数堆叠竞赛，200+层谁才是最优方案？

百家作者：闪存市场 2022-08-24 09:52:00

自2013年推出世界首款3D NAND以来，三星在闪存技术上一直保持着领先的地位，并相继发布32层、48层、64层、92层、128层产品，但这个规律似乎从176层3D NAND开始被打破。

3D NNAD技术已经进入200+层竞争，谁才是最优方案？

美光、SK海力士相继在2021年发布基于176层3D NAND的SSD产品，西部数据和铠侠也官宣了第六代162层3D NAND技术，而三星作为存储业界引领者在此番技术比拼中却最为“低调”，并将计划在2021年底开始量产的176层3D NAND产品推迟到今年一季度。

而近期，美光和SK海力士分别发布232层、238层3D NAND，并计划于今年底和明年上半年量产；西部数据和铠侠的新一代闪存产品为212层，还尚未出货；长江存储也刚刚宣布新一代闪存技术，虽未官方公布但据业界消息将达232层。至此，仅有三星还未官方确认，其下一代V-NAND技术究竟能达到多少堆叠层数。

不过，据韩媒消息，三星新一代V8 NAND将达到236层，不过未经过三星官方认证。根据公开消息得知，三星V8将在今年推出，单颗Die容量达1Tb，运行速度为2.4Gb/秒。与V7相比，V8在横向和纵向上都缩小了，同时基础外围逻辑层的尺寸也有所减少，这将使得V8能够通过物理扩展技术，在不增加体积的情况下提高存储容量。

3D NAND技术发展

来源：CFM闪存市场

不同于前几代各大原厂都推出相同或近似堆叠层数的3D NAND，在进入200层后反而发生了变化，212层、232层、236层、238层不尽相同。这其中有内在也有外在的各种原因，包括对产线设备更新率的要求、堆叠技术愈发具有挑战性等等因素导致。这也使得3D NAND再向上堆叠的技术周期将会相对延长。

从已公布的数据来看，无论是美光的232层、SK海力士的238层还是长江存储的新一代闪存技术X3-9070，均能带来2.4Gb/s的数据传输速度，较上一代提升50%。

此外，较上一代产品，美光的232层NAND每单位面积存储的比特密度提高了一倍，每平方毫米封装14.6Gb，其232层 NAND 的写入带宽提升可达100%，读取带宽提升超过 75%；SK海力士的238层NAND在芯片读取数据时的能源消耗也减少了21%；长江存储的X3-9070基于6-plane设计，性能提升50%以上，同时功耗降低25%。亟待三星公布最新数据后再进行全面的比较。

存储工艺复杂化，三星投资1000亿以维持技术领导者地位

在128层工艺节点上，三星是唯一采用“单堆栈”技术生产3D NAND的企业。然而，对于堆叠层数更高的下一代NAND闪存，若不在其中增加强化结构，很难再以相同方式增加层数。因此，三星改用“双堆栈”方式强化结构，推出176层3D NAND，即由两个88层堆叠在一起。美光推出的最新一代232层3D NAND也是同样采用“双堆栈”的方式，将232层分成两个116层，这些层的堆叠是从一个深而窄的孔开始，通过导体和绝缘体的交替层蚀刻，然后再使用材料填充加工。

但是采用双堆栈会增加制造程序，同一时间所能制造的产品数量便会减少，进而产品成本竞争力将会削弱。尽管如此，三星也强调过，即使同样采用“双堆栈”技术，三星的NAND闪存单元高度要低于竞争对手，因此也更具有技术竞争力。由于NAND闪存是像建造高层楼房一样将存储单元垂直堆叠，因此增加堆叠层数并减少闪存单元高度是提升成本竞争力的关键。理论上讲，采用双堆栈技术，3D NAND有望堆叠层数达到256层。据此推论，三星下一代V8产品或将会继续沿用双堆栈技术，但如果未能达到256层或许是两个128层堆叠存在着相当大的难度。

NAND制造工艺十分复杂，往往需要数百道独立工艺流程才能将原始晶圆加工成合适的芯片。除堆栈技术上的难点外，随着堆叠层数的增加，无论是在硅柱刻蚀功能的工艺难度，亦或是如何确保垂直堆叠从上而下的统一性、还是怎样解决因距离缩短增加了存储单元间的电容耦合的问题等等方面上都面临着越来越多的挑战。

因此，三星也于近期宣布，将在2028年前投资超1000亿人民币（20万亿韩元）建立半导体研发中心，用于引领下一代存储技术和系统芯片设计上的发展，以维持其在半导体芯片技术上的领先地位。这一行动也反映出，三星在竞争激烈的存储芯片赛道上感受到了危机，不进则退，三星将回归技术的传统、引领技术的突破。