来源:全球半导体观察 原作者:奉颖娴
闪存进入立体堆叠时代之后,在存储大厂推动下,闪存堆叠层数越来越高,目前已经突破200层大关。不过,大厂对于层数的追求永不止步,根据韩媒The Elec报道,三星存储业务高管近日对外表示,2030年V-NAND可以叠加到1000多层。闪存市场层数堆叠竞争愈演愈烈,未来存储产品容量有望持续提升。
随着AI、大数据等技术发展,催生大容量存储产品(如SSD)的需求,与传统平面架构2D NAND Flash相比,3D NAND Flash、4D NAND Flash可提供更大存储空间满足了业界日益增长的存储需求,因而逐渐受到大厂重视。
目前3D/4D NAND Flash已经突破200层,三星第8代V-NAND层数达到了236层;美光232层NAND Flash已经量产出货;今年3月铠侠和西部数据共同宣布推出218层3D NAND闪存,已开始为部分客户提供样品;SK海力士2022年8月成功开发出世界最高238层4D NAND闪存,今年6月该公司宣布已开始量产238层4D NAND闪存,并正在与生产智能手机的海外客户公司进行产品验证。
未来存储厂商将持续发力更高层数NAND Flash,美光232层之后,计划推出2YY、3XX与4XX等更高层数产品;铠侠与西数也在积极探索300层以上、400层以上与500层以上的3D NAND技术;三星则计划2024年推出第九代3D NAND(有望达到280层),2025-2026年推出第十代3D NAND(有望达到430层),2030年前实现1000层NAND Flash。
不过,要想实现1000层以上NAND Flash并非易事,三星存储业务高管透露,就像建设摩天大楼一样,需要考虑坍塌、弯曲、断裂等诸多稳定性问题,此外还需要克服连接孔加工工艺、最小化电池干扰、缩短层高以及扩大每层存储容量等挑战。
在2D NAND平面时代,厂商主要依靠工艺进行扩容。为了提升闪存产品容量,厂商会引入先进的制程工艺,如从50nm制程提升至30nm制程,在相同尺寸面积下,可实现更大容量。
不过,再先进的制程工艺在单位面积下的存储密度也是存在极限的,而且随着制程提升,存储密度增加,相邻存储单元格电荷干扰问题也就越严重,进而导致数据处理错误率提升以及使用寿命减少等问题。
为了突破这些瓶颈,闪存从平面走向立体,堆叠层数越来越高,闪存芯片容量与性能也不断提升。
除了堆叠技术之外,另一大扩容的有效手段是改变闪存芯片结构,从SLC、MLC、TLC、QLC到PLC,五种闪存颗粒每单元可存储的信息层层递进,容量逐步提升,不过性能、可靠性、寿命并未随之优化,需要借助一些技术手段以弥补修复。
在闪存堆叠与架构创新技术推动下,以SSD为代表的闪存产品容量不断攀升。目前,消费级SSD常见容量包括256GB、512GB、1TB、2TB、4TB等,企业级SSD容量更大一些,可达16TB、32TB、64TB、甚至128TB以上。
今年3月三星电子对外表示,预计在未来十年单颗SSD的容量可达1PB(1024TB)。业界认为,QLC/PLC闪存架构与1000层堆叠技术有望助力SSD不断迈向PB级未来。
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