SK海力士成功研發(fā)128層4D NAND閃存

周斌

6月26日，SK海力士宣布已成功開發(fā)世界上第一款“128層1Tb的4D NAND閃存”，即將投入量產(chǎn)。該技術(shù)的突破為 SK 海力士未來在企業(yè)級固態(tài)硬盤（SSD）、5G移動通信智能手機(jī)市場競爭提供了保障，能夠及時(shí)為客戶提供多種解決方案。我國在存儲芯片領(lǐng)域尚處于起步階段，NAND技術(shù)落后全球先進(jìn)水平兩代左右，未來還有較長路需要追趕。

背景

4D NAND是對3D NAND技術(shù)的優(yōu)化升級，但未將NAND納入新的維度。3D NAND技術(shù)由英特爾和美光提出，將 NAND閃存的技術(shù)思路從一味提升制程工藝轉(zhuǎn)移到更多堆疊層數(shù)，解決了NAND閃存隨著制程工藝升級導(dǎo)致可靠性和性能下降的問題。3D NAND閃存由陣列和外圍電路兩個(gè)主要組件組成，陣列垂直堆疊用于存儲數(shù)據(jù)，而外圍電路排列在單元邊緣。隨著 NAND層數(shù)的增加，外圍電路將消耗大量芯片空間，增加芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜性與尺寸大小，導(dǎo)致成本上升。2018年，SK 海力士提出了新一代的立體堆疊閃存方案“4D NAND”，通過PUC（Periphery Under Cell）設(shè)計(jì)，將外圍電路放置在陣列之下而不是圍繞陣列，以提升存儲密度降低整體成本。4D閃存芯片的面積相較于3D產(chǎn)品減小了20%、讀速提升30%、寫速提升 25%，但從技術(shù)本質(zhì)上看，SK海力士的4D NAND技術(shù)并未像2D到3D那樣將NAND納入新的維度，將其稱為4D NAND更像是一次市場營銷。

128層NAND為業(yè)界最高堆棧數(shù)。自3D NAND技術(shù)問世以來，各大存儲廠商N(yùn)AND產(chǎn)品的主要技術(shù)路線之一是提高堆棧層數(shù)，目前主流產(chǎn)商均在推進(jìn)96層3D NAND產(chǎn)品的市場化。此次SK海力士推出128層NAND，將存儲密度提升至業(yè)界最高水平，單個(gè)存儲器NAND顆粒達(dá)到3600億以上，產(chǎn)品容量達(dá)到1Tb，達(dá)到96層NAND容量（512Gb）的兩倍。從生產(chǎn)效率上看，128層產(chǎn)品較96層產(chǎn)品增加 32層，但在制程手續(xù)上卻減少了5%，且前者單硅片位元生產(chǎn)率較后者高四成，即使不加入新的生產(chǎn)技術(shù)，128層NAND的位元生產(chǎn)率仍然能提高15%以上。

5G時(shí)代漸近，對存儲器提出更高要求。進(jìn)入5G時(shí)代，不論是移動設(shè)備還是數(shù)據(jù)中心均需要速度更快、容量更大的存儲產(chǎn)品。從已發(fā)布的5G手機(jī)來看，8GB﹢256GB是初代5G手機(jī)的標(biāo)配，是4G手機(jī)配置的兩倍。此外，華為在其首款5G手機(jī)Mate20 X 5G中配置了兩塊運(yùn)行內(nèi)存芯片，除一塊美光 LPDDR4 8GB內(nèi)存芯片外，專設(shè)一塊三星LPDDR4X 3GB內(nèi)存芯片供 5G 基帶芯片巴龍5000巴龍5000使用。與美光的LPDDR4相比，三星LPDDR4X在提供相同數(shù)據(jù)傳輸速度的同時(shí)，能夠加快多任務(wù)處理速度，且在功耗上降低了17%。未來，5G 基帶芯片配獨(dú)立的低功耗高速內(nèi)存將成為趨勢，對存儲的需求將呈指數(shù)增長。

案例介紹

事件簡述。6月26日，SK海力士宣布已成功開發(fā)世界上第一款“128層1Tb的TLC4D NAND閃存”，即將投入量產(chǎn)。SK海力士通過在現(xiàn)有 96層NAND的基礎(chǔ)上又增加了32層，使制造所需的工藝總數(shù)減少了5%，1Tb產(chǎn)品所需的NAND數(shù)量將減少一半。值得注意的是，此款產(chǎn)品距離公司在去年10月開發(fā)出96層4D NAND閃存芯片僅過了8個(gè)月時(shí)間。

后續(xù)發(fā)展。SK海力士計(jì)劃從今年下半年開始正式開售128層4D閃存芯片，并接連推出各種產(chǎn)品解決方案。尤其是SK海力士計(jì)劃積極對云數(shù)據(jù)中心使用的企業(yè)級固態(tài)硬盤、需要大容量存儲芯片的5G移動通信智能手機(jī)市場展開攻略，布局未來市場。海力士相關(guān)人員表示，憑借這款128層4D NAND芯片，SK海力士將確保其NAND業(yè)務(wù)的競爭力，及時(shí)為客戶提供多種解決方案。

簡評

我國NAND芯片堆棧層數(shù)落后全球先進(jìn)水平兩代左右，需加快高堆棧NAND的研發(fā)。由于NAND Flash的可靠性會隨著制程工藝的提升而降低，因此主流產(chǎn)商均使用14/16納米繼續(xù)進(jìn)行NAND Flash制造，將資源集中到高堆棧的研發(fā)已是行業(yè)共識。除 SK 海力士實(shí)現(xiàn) 128 層 4D NAND 量產(chǎn)外，各大存儲廠商正著力推動96層3D NAND技術(shù)的主流化，預(yù)計(jì)到2020年將廣泛普及。

我國擁有全球領(lǐng)先的閃存方案，應(yīng)持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)品迭代以保持領(lǐng)先優(yōu)勢。各大存儲生產(chǎn)商在沖擊更高的NAND堆棧層數(shù)外，也紛紛提出了新一代閃存方案，SK海力士的“4D NAND”、美光的“CuA”和長江存儲的“Xtracking”是主要代表。其中，長江存儲的Xtracking架構(gòu)能使存儲單元面積比重從65%提升至90%，在同一堆棧層數(shù)下較SK海力士和美光提升的存儲密度更高，是我國在存儲器領(lǐng)域重大技術(shù)突破之一。未來，我國在提升NAND層數(shù)的同時(shí)，需抓住閃存架構(gòu)上的優(yōu)勢，加速產(chǎn)品迭代，推動我國存儲器產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。