关于浮栅技术的介绍和分析以及应用

英特尔(Intel)和美光(Micron)合作研发NAND flash多年，8日宣布准备拆伙，将在完成第三代3D NAND研发之后，正式分道扬镳。

Anandtech、巴伦报导，英特尔和美光12年前成立合资公司IM Flash Technologies，发展NAND。英特尔资助研发成本，并可分享NAND销售收益。不过两家公司NAND策略迥异，英特尔的NAND几乎全用于企业市场的固态硬盘(SSD)。美光除了贩售SSD、也供应NAND flash芯片。

目前两家公司的3D NAND制程，进入第二代，可堆叠64层，正在研发第三代，预料可堆叠96层，预计在2018年底、2019年初问世。此一制程之后，英特尔和美光将各走各的路。

Anandtech猜测，也许是NAND堆叠层数破百之后，需要调整String Stacking的堆叠方式，两家公司对此看法不同，因而分手。另一个可能是，目前3D NAND的生产主流是电荷储存式(Charge trap) ，三星电子等都采用此一方式，英特尔/美光是唯一采用浮栅 (floating gate)架构的业者。也许是两家公司中有一家想改采电荷储存式架构，但是此举等于坦承失败，代表从2D NAND转换成3D NAND后，续用浮栅是错误决定，因而闹翻。

值得注意的是，两家公司仍会继续共同研发3D XPoint存储，此一技术被誉为打破摩尔定律的革命技术。

英特尔、美光(Micron Technology)开发出新世代存储芯片「3D Xpoint」，分析师相当看好此一新科技，有人称这是革命性技术，可打破摩尔定律的束缚，显示美光和英特尔的研发能力不逊于韩厂。

巴伦2015年报导，瑞信的John Pitzer为美光大多头，他高度赞赏3D Xpoint，认为未来3~5年商机为每年90~120亿美元，美光/英特尔或许能拿下50%市占。他估计伺服器DRAM市场将从当前的80亿美元，成长到130~170亿美元，企业/数据中心NAND也会从当前的60亿美元，成长到90~100亿美元；新技术可分别吃下两大市场的30%市值。

MKM Partners的Ian Ing则称，过去50年来，存储设计都以电晶体为基础，3D Xpoint或许会打破限制。

几大阵型的NAND Flash区别

在主要的NAND厂商中，三星最早量产了3D NAND，其他几家公司在3D NAND闪存量产上要落后三星至少2年时间，Intel、美光前年才推出3D NAND闪存，Intel去年才发布了首款3D NAND闪存的SSD，不过主要是面向企业级市场的。

这四大豪门的3D NAND闪存所用的技术不同，堆栈的层数也不一样，而Intel在常规3D NAND闪存之外还开发了新型的3D XPoint闪存，它跟目前的3D闪存有很大不同，属于杀手锏级产品，值得关注。

1）三星：最早量产的V-NAND闪存

三星是NAND闪存市场最强大的厂商，在3D NAND闪存上也是一路领先，他们最早在2013年就开始量产3D NAND闪存了。在3D NAND路线上，三星也研究过多种方案，最终量产的是VG垂直栅极结构的V-NAND闪存，目前已经发展了三代V-NAND技术，堆栈层数从之前的24层提高到了48层，TLC类型的3D NAND核心容量可达到256Gb容量，在自家的840、850及950系列SSD上都有使用。

值得一提的是，三星在3D NAND闪存上领先不光是技术、资金的优势，他们首先选择了CTF电荷撷取闪存（charge trap flash，简称CTF）路线，相比传统的FG（Floating Gate，浮栅极）技术难度要小一些，这多少也帮助三星占了时间优势。

三星3D NAND产品一路从堆叠24层、32层到48层等，目前堆叠64层3D NAND已是整体产能中的主流。过去堆叠24层、32层及48层产品，其单位容量生产成本也许仅较2D NAND贵一些或相同，但是从堆叠64层3D NAND开始，其生产成本与功能优势皆大幅超过2D NAND。

三星内部人士表示，2018年将努力让堆叠64层3D NAND生产比重过半，至于堆叠96层3D NAND产品，计划将于2018年上半开始正式投产，未来堆叠64层及96层产品，将是三星3D NAND的两大主力，而且到了2018年下半，3D NAND生产比重也计划进一步拉高至90%以上。

据Digitimes消息，三星3D NAND比重已在2017年第4季突破80%，三星计划除了部分车用产品外，2018年将进一步提升3D NAND生产比重至90%以上，全面进入3D NAND时代。

2）东芝/闪迪：独辟蹊径的BiCS技术

东芝是闪存技术的发明人，虽然现在的份额和产能被三星超越，不过东芝在NAND及技术领域依然非常强大，很早就投入3D NAND研发了，2007年他们独辟蹊径推出了BiCS技术的3D NAND——之前我们也提到了，2D NAND闪存简单堆栈是可以作出3D NAND闪存的，但制造工艺复杂，要求很高，而东芝的BiCS闪存是Bit Cost Scaling，强调的就是随NAND规模而降低成本，号称在所有3D NAND闪存中BiCS技术的闪存核心面积最低，也意味着成本更低。

东芝和闪迪是战略合作伙伴，双方在NAND领域是共享技术的，他们的BiCS闪存前年开始量产。去年6月，东芝联合西部数据（Western Digital）旗下闪迪（SanDisk）宣布，研发出全球首款采用堆栈96层工艺技术的3D NAND Flash产品，且已完成试作、确认基本动作。

该款堆栈96层的3D NAND试作品为256Gb(32GB) ，相比目前64层堆栈的闪存使用的BiCS 3技术，96层3D NAND闪存使用的是BiCS 4技术（3bit/cell，TLC），BiCS 4技术最大的意义不只是堆栈层数更多，西数提到96层3D NAND闪存不仅会有TLC类型的，还会支持QLC，也就是4bit MLC闪存。

3）SK Hynix：闷声发财的3D NAND

在这几家NAND厂商中，SK Hynix的3D NAND最为低调，相关报道很少，以致于找不到多少SK Hynix的3D NAND闪存资料，不过从官网公布的信息来看，SK Hynix的3D NAND于 2014年Q4推出的第一代，2015年Q3季度推出的第二代，前年Q4推出的则是第三代3D NAND闪存，只不过前面三代产品主要面向eMCC 5.0/5.1、UFS 2.0等移动市场，去年推出的第四代3D NAND闪存则会针对UFS 2.1、SATA及PCI-E产品市场。

SK Hynix的3D NAND闪存堆栈层数从36层起步，不过真正量产的是48层堆栈的3D NAND闪存，MLC类型的容量128Gb，TLC类型的也可以做到256Gb容量。

去年四月，SK海力士宣布研发出全球首款，容量 256Gb 的第 4 代 72 层堆叠 3D NAND Flash，预计 2017 年下半年量产。而该产品量产后，将超越当时由日本半导体大厂东芝（Toshiba）所推出的容量 256Gb 的 64 层 3D NAND Flash 的储存密度。

4）Intel/美光：容量最高的3D NAND闪存

这几家厂商中，Intel、美光的3D NAND闪存来的最晚，前年才算正式亮相，不过好菜不怕晚，虽然进度上落后了点，但IMFT的3D NAND有很多独特之处，首先是他们的3D NAND第一款采用FG浮栅极技术量产的，所以在成本及容量上更有优势，其MLC类型闪存核心容量就有256Gb，而TLC闪存则可以做到384Gb，是目前TLC类型3D NAND闪存中容量最大的。

值得一提的是，美光、Intel的3D NAND容量密度是最高的。

前年的ISSCC大会上美光还公布了容量高达768Gb的3D NAND闪存论文，虽然短时间可能不会量产，但已经给人带来了希望。

不过Intel的杀手锏在于3D XPoint闪存。

IMFT在3D NAND闪存上进展缓慢已经引起了Intel的不满，虽然双方表面上还很和谐，但不论是16nm闪存还是3D闪存，Intel跟美光似乎都有分歧，最明显的例子就是Intel都开始采纳友商的闪存供应了，之前发布的540s系列硬盘就用了SK Hynix的16nm TLC闪存，没有用IMFT的。

Intel、美光不合的证据还有最明显的例子——那就是Intel甩开美光在中国大连投资55亿升级晶圆厂，准备量产新一代闪存，很可能就是3D XPoint闪存，这可是Intel的杀手锏。

这个3D XPoint闪存我们之前也报道过很多了，根据Intel官方说法，3D XPoint闪存各方面都超越了目前的内存及闪存，性能是普通显存的1000倍，可靠性也是普通闪存的1000倍，容量密度是内存的10倍，而且是非易失性的，断电也不会损失数据。

由于还没有上市，而且Intel对3D XPoint闪存口风很严，所以我们无法确定3D XPpoint闪存背后到底是什么，不过比较靠谱的说法是基于PCM相变存储技术，Intel本来就是做存储技术起家的，虽然现在的主业是处理器，但存储技术从来没放松，在PCM相变技术上也研究了20多年了，现在率先取得突破也不是没可能。

相比目前的3D NAND闪存，3D XPoint闪存有可能革掉NAND及DRAM内存的命，因为它同时具备这两方面的优势，所以除了做各种规格的SSD硬盘之外，Intel还准备推出DIMM插槽的3D XPoint硬盘，现在还不能取代DDR内存，但未来一切皆有可能。

据了解，未来两代XPoint正在开发中。这可能会将XPoint芯片内部的分层从2层增加到4层，然后再到8层，每次增加层数芯片容量都会翻番。另外，也可以通过堆叠芯片来达到同样的目的。

还有另外一种说法和猜测是，这两种增加容量的方法都面临困难。