232層3D閃存芯片來了：單片容量2TB，傳輸速度提高50%
美光首發(fā)
Pine 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI
232層的3D閃存芯片來了，數(shù)據(jù)傳輸速率提高50%，容量可達(dá)2TB。
美光繼上次搶先推出176層3D NAND后，近日又率先推出全球首款232層NAND。
△圖源美光科技
說起來，跟NAND層數(shù)較勁這事兒，并不是美光一家在做。
比如美光的老對(duì)手三星，相關(guān)研究中心也聚焦在層數(shù)上：此前，三星曾搶先業(yè)界公布了第八代V-NAND的細(xì)節(jié)，堆棧層數(shù)超過200層。
所以這樣“堆高高”，究竟能給芯片性能帶來多大的提升？
堆棧層數(shù)就像蓋樓房
層數(shù)越高，NAND閃存可具有的容量就越大。
可以做這樣一個(gè)簡單的比喻：
在一個(gè)人滿為患的城市，這里的房地產(chǎn)價(jià)格昂貴，向外擴(kuò)展成本很大，唯一的辦法是通過增加樓層以支持不斷增長的人口，這里的樓層就相當(dāng)于NAND層。
同樣的，停車場和一些基礎(chǔ)設(shè)施主要位于建筑物下方，以提高空間效率，這相當(dāng)于最底下的CMOS層。
將NAND的位單元陣列堆疊到更多層中，可在每平方毫米硅片上提供更多存儲(chǔ)位，從而實(shí)現(xiàn)更高的密度和更低的成本。
3D NAND把解決思路從單純提高制程工藝轉(zhuǎn)變?yōu)槎询B多層，成功解決了平面NAND在增加容量的同時(shí)性能降低的問題，實(shí)現(xiàn)容量、速度、能效及可靠性等全方位提升。
△圖源美光科技
和三星等其他競爭芯片相比，美光新的技術(shù)將每單位面積存儲(chǔ)的比特密度提高了一倍，每平方毫米封裝14.6Gb。
它的1TB芯片被捆綁在2TB的封裝中，每個(gè)封裝的邊長都不超過一厘米，可以存儲(chǔ)大約兩周時(shí)長的4K視頻。
此外，美光還對(duì)芯片的最底層進(jìn)行了改進(jìn)，最底下的CMOS層由邏輯和其他電路組成，這些電路負(fù)責(zé)控制讀寫操作以及盡可能快速有效地在芯片內(nèi)外獲取數(shù)據(jù)。
美光優(yōu)化了其數(shù)據(jù)傳輸路徑，降低芯片輸入和輸出的電容，將數(shù)據(jù)傳輸速率提高了50%，達(dá)到2.4Gb/s。
層數(shù)的較量
自從NAND 閃存進(jìn)入3D時(shí)代，堆棧層數(shù)猶如摩天大樓一樣越來越高，從最初的24/32層一路堆到了現(xiàn)在的176層甚至232層。
層數(shù)的較量是整個(gè)行業(yè)的競爭，三星、美光、SK海力士等企業(yè)都致力于層數(shù)的突破。
三星是NAND閃存的龍頭企業(yè)，3D NAND就源于三星。
2013年，三星設(shè)計(jì)了一種垂直堆疊單元的方法，它將單元集中在單個(gè)樓層（類似高層公寓）上，這也是全球首個(gè)3D單元結(jié)構(gòu)“V-NAND”，當(dāng)年可以實(shí)現(xiàn)24層堆疊。
此后，三星不斷更新技術(shù)和擴(kuò)增產(chǎn)業(yè)線，10年間推出了7代產(chǎn)品，以維護(hù)自己在NAND閃存市場的地位。
2020年，三星推出了176層的第七代“V-NAND”，它采用了“雙堆?！奔夹g(shù)，不是一次性蝕刻所有層，而是將它們分成兩部分，然后一層一層堆疊。
因此，第七代V-NAND相較于與第六代的100層，其單元體積減少了35％，它可以在不增加高度的情況下將層數(shù)增加到176，同時(shí)還可以降低功耗，使效率提高16％。
不過，雖然三星曾搶先公布了第八代V-NAND的細(xì)節(jié)，稱其堆棧層數(shù)會(huì)超過200層，但這回率先量產(chǎn)200+層閃存的卻是美光。
值得一提的是，在此次美光發(fā)布的232層3D閃存芯片中，NAND的堆棧技術(shù)并不是首創(chuàng)，而是與三星第七代一樣采用“雙堆?！奔夹g(shù)。
也就是說，將232層分成兩部分，每個(gè)部分116層，這些層的堆疊是從一個(gè)深而窄的孔開始，通過導(dǎo)體和絕緣體的交替層蝕刻。
然后用材料填充孔并加工形成器件的比特存儲(chǔ)部分。蝕刻和填充穿過所有這些層的孔的能力是該技術(shù)的關(guān)鍵限制。
△圖注：圖源美光科技
目前，國產(chǎn)芯片企業(yè)長江存儲(chǔ)的第三代QLC 3D NAND閃存實(shí)現(xiàn)了128層堆疊。
對(duì)于層數(shù)的較量，網(wǎng)友也抱有很樂觀的態(tài)度：
增加層數(shù)幾乎不會(huì)帶來新的問題。
參考鏈接：
[1] https://spectrum.ieee.org/micron-is-first-to-deliver-3d-flash-chips-with-more-than-200-layers
[2] https://news.ycombinator.com/item?id=32243862
[3] https://ee.ofweek.com/2021-12/ART-8320315-8110-30538953.html
— 完 —
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