市场对于3D NAND的需求有多大?140层3D NAND层数还会远吗?

市场对于3D NAND的需求有多大，从这一市场的竞争激烈程度可见一斑！

2018年5月29日，援引韩国媒体报道，三星计划在2018年提升目前64层3D NAND产品的比重，并与今年年内在华城、平泽的工厂抢先量产96层3D NAND产品，甚至还计划抢先竞争对手，开始投入128层3D NAND的研发量产工作。

而三星的这一举动或将彻底的引燃本就“战火”不断的NAND Flash高层堆叠市场，美、日、韩等多国的内存大厂都将参战，市场竞争的激烈程度更是让人难以想象。

“战火”不断的3D NAND Flash

2017年下半年是各大厂商3D NAND争相量产的时期。

三星开始量产64层3D NAND，并利用新平泽工厂提高产量，美光推进64层3D NAND也非常顺利，东芝、西部数据也从2017下半年开始量产64层3D NAND。

与此同时，为了降低NAND Flash生产成本，提升产品的竞争力，美、日、韩等多国的内存大厂近期都在加速更高层堆叠以及QLC四比特单元存储产品的开发。

比如，全球NAND Flash第二大厂东芝已于2017年6月与西数同时宣布，采用BiCS4技术的96层3D NAND已完成研发。现在，随着东芝半导体事业出售案落下实锤，业内普遍认为，未来东芝将会在NAND Flash突飞猛进。

而美光与英特尔合作开发的NAND Flash产品，也在最近传出了96层3D NAND研发顺利的消息。

至于SK海力士，2017年7月，就已经开始大规模生产72层（第四代）3D NAND闪存芯片。虽然目前SK海力士在NAND Flash领域排名落后，但是SK海力士也决定在2018年完成96层3D NAND产品研发。

140层 3D NAND层数还会远吗

在近日举行的国际存储研讨会2018（IMW 2018）上，应用材料公司介绍了未来几年3D NAND的发展线路图。其中提到，预计到2020年，3D存储堆叠可以做到120层甚至更高，2021年可以达到140层以上，是目前主流64层的两倍还多。

目前，各家厂商都在3D NAND上加大力度研发，尽可能提升自己闪存的存储密度。

正如之前所说，东芝及西数已计划在今年大规模生产新的96层BiCS4 储存芯片，三星也在发展QLC NAND 芯片，将会在第五代NAND技术实现96层这一目标。

3D NAND技术在现在广泛被使用，其设计与2D NAND 相反，储存器单元不在一个平面内，而是一个堆叠在另一层之上，以这种方式每颗芯片的储存容量可以显著增加，而不必增加芯片面积或者缩小单元，使用3D NAND可以实现更大的结构和单元间隙，这有利于增加产品的耐用性。

但是，3D NAND技术也意味着，增加存储空间就需要不断的增加堆叠层数。而层数的增加也意味着对工艺、材料的要求会提高，要想达到140层堆叠就必须使用新的基础材料。

而且在堆叠层数增加的时候，存储堆栈的高度也在增大，然而每层的厚度却在缩小，以前的32/36层3D NAND的堆栈厚度为2.5μm，层厚度大约70nm，48层的闪存堆栈厚度为3.5μm，层厚度减少到62nm，现在的64/72层闪存堆栈厚度大约4.5μm，每层厚度减少到60nm，而到了140+层，堆叠厚度将增至大约8微米，每对堆叠层则必须压缩到45-50nm，每升级一次堆栈厚度都会变成原来的1.8倍，而层厚度会变成原来的0.86倍。

随着3D NAND层数不断提高，其工艺难度可想而知！

QLC技术或将发力

事实上，降低单位容量生产成本的方式，还包括改善数据储存单元结构及控制器技术。

目前，存储单元的结构类型分为以下几种：SLC、MLC 、TLC 、QLC。

SLC单比特单元（每个Cell单元只储存1个数据），因为稳定，所以性能最好，寿命也最长（理论可擦写10W次），成本也最高，是最早的顶级颗粒。

MLC双比特单元（每个Cell单元储存2个数据），寿命（理论可擦写1W次）、成本在几种颗粒中算是均衡的。

TLC三比特单元（每个Cell单元储存3个数据），成本低，容量大，但寿命越来越短（理论可擦写1500次），是目前闪存颗粒中的最主流产品。

QLC四比特单元（每个Cell单元储存4个数据），成本更低，容量更大，但寿命更短（理论可擦写150次），想成为接替TLC的产品还急需解决很多问题。

不过，最近美光与英特尔已经率先采用QLC技术，生产容量高达1Tb、堆叠数为64层的3D NAND，目前该产品已用于SSD出货，美光与英特尔强调，此为业界首款高密度QLC NAND Flash。

而尽管三星已完成QLC技术研发，但三星可能基于战略考量，若是太快将其商用化，当前产品价格恐将往下调降，加上三星为NAND Flash与SSD市场领先者，并没有急于将QLC商用化的理由。至于东芝则表示，计划在96层3D NAND产品采用QLC技术。

未来NAND Flash产品若采用可储存4四比特单元的QLC技术，可望较TLC技术多储存约33%的数据量，不过，随着每一储存单元的储存数据量增加，寿命亦将跟着降低，为改善这方面的缺点，内存厂商还需要克服很多难题！