三星美光利用3D技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)flash的發(fā)展

閃存已經(jīng)享受了一個(gè)偉大的運(yùn)行。微米、三星、SK Hynix和東芝（San Disk）都在生產(chǎn)15nm或16nm芯片，將16GB擠壓到一個(gè)面積約為一便士大小的區(qū)域。隨著成本的降低，這些閃存芯片進(jìn)入了所有智能手機(jī)、筆記本電腦、固態(tài)硬盤、服務(wù)器和存儲(chǔ)陣列。

但傳統(tǒng)的閃存顯然已經(jīng)走到了盡頭。本周，在舊金山舉行的年度半導(dǎo)體會(huì)議IS SCC上，三星談到了縮放平面NAND閃光燈的困難。該公司宣布了一個(gè)14nm128GbMLC（每個(gè)單元兩位）芯片，但指出它無法縮小單個(gè)存儲(chǔ)單元（13%，而最近的歷史平均每代約32%）。因此，三星不得不使用各種技巧來縮小芯片的26%左右，導(dǎo)致模具尺寸為130平方毫米。

幸運(yùn)的是，還有一種選擇。3D NAND沒有嘗試在二維上收縮，而是使用多層堆疊的更大的存儲(chǔ)單元來達(dá)到相同足跡中的更高密度。想想看，就像在城市里建造多層公寓樓，以便把更多的人安置在同一個(gè)空間里。

目前，三星在這方面處于領(lǐng)先地位，它所稱的是V-NAND(垂直NAND)。該公司于2013年8月開始大規(guī)模生產(chǎn)業(yè)界首個(gè)3D NAND，一種24層128 GB的MLC芯片。在ISSCC 2014年，該公司透露，這第一代V-NAND有24層，模具尺寸為133平方毫米，面積密度為每平方英寸0.62太比特。次年，三星重返ISSCC，推出32層128 GB的TLC(每單元三位)設(shè)備，該設(shè)備的面積僅為68.9平方毫米，每平方英寸1.19TB，首次超過了最先進(jìn)硬盤驅(qū)動(dòng)器的面積密度。

本周，三星詳細(xì)介紹了其第三代V-NAND，一種48層256 GB的TLC芯片，尺寸為97.6平方毫米。這使得面積密度達(dá)到每平方英寸1.69Tb。大部分演示都涉及三星在增加更多層和使這些層變薄時(shí)，為保持其3D NAND的性能和可靠性而使用的技術(shù)(3D NAND針對(duì)平面NAND的一些問題進(jìn)行工作，但它本身也帶來了大量制造挑戰(zhàn))。該公司此前曾表示，將使用這款256 GB的TLC芯片，生產(chǎn)高達(dá)16 TB的2.5英寸SSD。

該行業(yè)的其他成員現(xiàn)在正爭先恐后地迎頭趕上。美光公司目前正在生產(chǎn)32層256 GB的MLC和384 Gb的TLC芯片.本周，在ISSCC，它披露了一個(gè)TLC芯片的細(xì)節(jié)正在開發(fā)中，超過32層，將達(dá)到令人印象深刻的768 GB。該公司解釋了為什么盡管使用了氣隙和薄浮柵等技術(shù)，但平面縮放已經(jīng)耗盡了16 nm左右的蒸汽，因?yàn)檫@些柵極被如此緊密地封裝在一起，導(dǎo)致不必要的電容(耦合)和存儲(chǔ)的電子數(shù)量減少，從而降低了操作的可靠性。

向3D的轉(zhuǎn)變大大減少了這種電容耦合，并將存儲(chǔ)在每個(gè)單元中的電子數(shù)量恢復(fù)到相當(dāng)于40 nm平面閃光燈的水平。但它的密度要大得多。由于芯片尺寸為179.2平方毫米，微米768 GB的TLC芯片的面積密度為每平方毫米4.29Gb。相比之下，微米的16 nm 128 GB MLC芯片的密度為每平方毫米0.87Gb。768 GB的芯片也相當(dāng)于每平方英寸2.77Tb--按照三星和硬盤行業(yè)使用的術(shù)語--這使得它的密度明顯高于三星的第三代48層TLC芯片。

東芝和SanDisk已經(jīng)宣布了48層128 GB的MLC和256 GB的TLC芯片，這些芯片將于今年開始在日本南部的新FAB 2上生產(chǎn)(本周該公司宣布計(jì)劃在隔壁再建造一個(gè)3D NAND FAB)。SK Hynix去年開始有限生產(chǎn)36層128 GB的MLC芯片，并計(jì)劃在2016年某個(gè)時(shí)候轉(zhuǎn)向48層256 GB的TLC設(shè)備。大多數(shù)制造商一致認(rèn)為，要將3D NAND擴(kuò)展到96層左右，在單片芯片上提供1TB或更多的數(shù)據(jù)，有一條相對(duì)清晰的途徑。