3D NAND閃存技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)分析

日前，TechInsights高級(jí)技術(shù)研究員Joengdong Choe在2020年閃存峰會(huì)上作了兩次演講，詳細(xì)介紹了3D NAND和其他新興存儲(chǔ)器的未來。

Choe在今年的演講中還披露了他們的2014-2023年路線圖，以及對(duì)閃存行業(yè)總體趨勢(shì)的一些討論。討論內(nèi)容涵蓋了所有主要制造商的TLC和QLC零件，包括三星，Kioxia（以前為東芝），英特爾，美光，SK hynix和YMTC。Choe涵蓋了這些設(shè)計(jì)的幾個(gè)方面，從層數(shù)到CMOS（外圍電路）放置以及其他可能影響位密度和成本的架構(gòu)因素。

TechInsights方面表示，字啊過去，公眾傾向于將注意力集中在3D閃存的層數(shù)上，這可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，因?yàn)閣ordlines（帶有存儲(chǔ)單元的有源層）的實(shí)際數(shù)量會(huì)發(fā)生很大變化。例如，其他層可以用作偽字線，這有助于減輕由于層數(shù)過多而引起的問題。效率的一種衡量標(biāo)準(zhǔn)是分層字線的總數(shù)除以總層數(shù)，通過這種衡量，三星擁有最好的設(shè)計(jì)之一。三星也沒有使用多個(gè)decks或stacks，并沒有像其他制造商當(dāng)前的閃存那樣看到“字符串堆棧”（string stacking）。

一種提高總體效率的方法是將CMOS或控制電路（通常稱為外圍電路）放置在閃存層下面。眾所周知，這有多個(gè)名稱，例如CMOS陣列下（CMOS-under-Array ：CuA），單元下外圍（Periphery-Under-Cell ：PUC）或外圍單元（Cell-On-Periphery ：COP）。YMTC的設(shè)計(jì)有點(diǎn)例外，因?yàn)樗陂W存頂部有一些電路，而CMOS是在綁定到閃存之前在更大的工藝節(jié)點(diǎn)中制成的。Choe說這種技術(shù)有潛力，但目前存在良率問題。

Choe還概述了3D NAND架構(gòu)的歷史以及電荷陷阱閃存（charge trap flash：CTF）和浮柵（Floating gate：FG）的分道揚(yáng)鑣。在過去，英特爾和美光使用浮柵，直到美光在最近發(fā)布的176-D切換到替換門（ replacement gate：RG），而其他制造商還是使用電荷陷阱。盡管英特爾的QLC受益于使用浮柵，因?yàn)樗梢员３指玫哪p性能，但此處的差異可能會(huì)影響閃存的耐用性，可靠性，可擴(kuò)展性以及其他方面。

Kioxia未來的split-gate或split-cell 技術(shù)也很有趣，它可以直接使閃存密度增加一倍，并且由于split-cell的半圓形形狀而具有增強(qiáng)的耐用性，這對(duì)于浮柵特別堅(jiān)固。Choe預(yù)計(jì)，隨著平臺(tái)或堆棧數(shù)量的增加（目前最多為兩個(gè)），層數(shù)將繼續(xù)增加，每個(gè)閃存芯片的存儲(chǔ)量也會(huì)相應(yīng)增加。Choe認(rèn)為，這些技術(shù)與硅通孔（TSV），疊層封裝（PoP / PoPoP）以及向5LC / PLC的遷移等技術(shù)一樣，都指向下一個(gè)十年的500層以上和3 TB裸片的3D閃存。

Choe在第二次演講中詳細(xì)介紹了尖端閃存如何經(jīng)常首先進(jìn)入移動(dòng)和嵌入式產(chǎn)品領(lǐng)域，例如，電話（“ 5G”）是需求的主要推動(dòng)力。他還指出，二維/平面閃存仍用于某些細(xì)分市場-通常像Optane或美光最近發(fā)布的X100一樣，將低延遲SLC用作3D XPoint的存儲(chǔ)級(jí)存儲(chǔ)器（SCM）替代品，盡管通常不再可見在消費(fèi)市場。

更重要的是，他詳細(xì)介紹了閃存成本，單位為美分/ GB，這展示了3D閃存價(jià)格趨于便宜的趨勢(shì)，而專用2D的價(jià)格仍然高出許多倍。無論如何，我們已經(jīng)出現(xiàn)了1xx層產(chǎn)品，例如已經(jīng)發(fā)布的SK hynix 128L Gold P31和Samsung 128L 980 PRO，美光最近發(fā)布的176L帶有閃存的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)在基于Phison E18的驅(qū)動(dòng)器原型中。此外，來自WD / Kioxia的BiCS5預(yù)計(jì)將于明年與Intel的QLC產(chǎn)品一起提供144L。出色的控制器實(shí)施將能夠利用更高的閃存密度。

可以預(yù)見的是，在未來幾年內(nèi)，將實(shí)現(xiàn)更快，容量更大的驅(qū)動(dòng)器。
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