存储技术进入爆发期，SK海力士321层NAND，HBM3e，LPDDR5T纷至沓来

电子发烧友网报道（文/黄山明）我们如今正处于信息时代，而存储作为信息的载体，对当今技术的发展至关重要。通常存储芯片是以半导体电路作为存储媒介的存储器，用于保存二进制数据的记忆设备，也是现代数字系统的重要组成部分。

伴随着AI服务器、车载等领域的快速发展，对存储需求也在快速提升，促使存储技术的加速迭代。近期，许多新型存储产品相继问世，也预示着存储技术已然进入到了爆发期。

首个300层以上4D NAND被披露

近日，SK海力士美国公开了其321层4D闪存开发的进展，并展示了现阶段开发的样品，也成为当下全球首家研发300层以上NAND的企业，并表示将在2025年上半年实现量产。

通常NAND闪存会根据在1个单位中储存多少个信息来区分规格SLC为1个，MLC为2个，TLC为3个，QLC为4个，PLC为5个等。随着信息存储量的增加，在同一晶圆面积上可储存更多的数据。

据了解，这款321层1Tb TLC NAND的效率比上一代238层512Gb提高了59%，主要得益于数据存储单元可以以更多的单片数量堆栈至更高，从而在相同芯片上实现更大的存储容量，进一步提高了单位晶圆上芯片的产出数量。

值得注意的是，此次SK海力士公布的两个亮点一个是321层堆叠，另一个则是4D NAND。先说4D NAND，想要知道什么是4D NAND，先要了解2D NAND，这些都是闪存的类型。

所谓2D NAND，便是将用于存储数据的单元水平并排地放置，但放置单元的空间量有限，如果试图缩小单元则会降低闪存的可靠性。随着人们需求的不断增加，2D NAND已经很难在SSD容量上继续增加，因此3D NAND开始诞生。

3D NAND主要指闪存芯片的存储单元为3D的，也就是除了平放外，还可以在纵向上叠放单元，从而获得更高存储密度来实现更高的存储容量，还可获得更高的耐久度和更低的功耗。

但3D NAND也有其劣势，尽管随着先进的工艺带来更大的容量，但3D NAND的可靠性和稳定性以及性能方面都在下降，因为工艺越先进，NAND的氧化层越薄，其可靠性也就越差，厂商就需要采取额外手段弥补这一问题，这必然会提高成本。

这就引入到了4D NAND，其实4D NAND可以被看做是一种特殊的3D NAND，只不过单芯片采用了4层架构设计，结合了3D CTF（电荷捕获闪存）设计、PUC（制造NAND Flash时先形成周边区域再堆栈晶体）技术。这样可以提高NAND闪存的存储密度和容量，同时降低制造成本，取名为4D，不过是为了更好的营销。

而层数的堆叠也是在3D或4D的基础上进行，就好像建造高层楼房一样将存储单元垂直堆叠，对企业而言增加堆叠层数并减少闪存单元高度是提升成本竞争力的关键。

由于NAND主要用于制造SSD存储数据，随着3D NAND和4D NAND的普及，目前市场上消费级SSD容量已经可以达到4TB以上，企业级SSD更是达到了128TB以上。

今年3月份三星电子对外表示，预计在未来十年单颗SSD的容量可达1PB，业界预计QLC/PLC闪存架构与1000层堆叠技术有望助力SSD迈入PB级。

AI助力HBM3e，LPDDR5T通过联发科性能验证

由于近年来AI技术的快速发展，尤其是生成式AI的爆发，促使对存储芯片的快速迭代。这时GDDR和HBM都被推向了市场，此前电子发烧友网也对这些技术做过详细的报道。

GDDR起初是作为高性能DDR存储器规格而设计的，后续逐渐发展到一些数据密集型系统，如汽车、AI、深度学习等。

而HBM则是作为GDDR的替代品，主要用于GPU和加速器。GDDR旨在以较窄的通道提供更高的数据速率，进而实现必要的吞吐量，而HBM2e通过8条独立通道解决这一问题，其中每条通道都使用更宽的数据路径（每通道128位），并以3.6Gbps左右的较低速度运行，HBM3标准则使用16条独立通道（每通道64位），速度翻倍。因此，HBM存储器能够以更低的功耗提供高吞吐量，而规格上比GDDR存储器更小。

最新的HBM3e是HBM3的下一代产品，SK海力士也是当前全球唯一一家在量产HBM3的企业，预计将在2024年上半年实现量产HBM3e。也正是因为HBM的优异性能，包括英伟达、AMD、微软、亚马逊等在内的科技巨头都已经向SK海力士下单预购HBM3e。

英伟达最新发布专为生成式AI打造的 GH200 Grace Hopper平台，便采用了HBM3e。由于需求暴增，SK海力士方面已经决定明年扩大生产，并采用最先进的10nm等级的第五代技术，这些新增产能将大部分用来生产HBM3e。

在移动DRAM上，SK海力士也有了不小的进展。今年初SK海力士便宣布，已成功开发出当前速度最快的移动DRAM产品LPDDR5T（Low Power Double Data Rate 5 Turbo），并已向客户提供了样品。

相比LPDDR5X每秒8.5Gb的速度，LPDDR5T速度再次提升了13%，达到9.6Gbps，甚至为了体现其强劲的速度，还在其名称后加上了“Turbo”作为后缀。

值得注意的是，LPDDR5T仍然运行在JEDEC组织规定的1.01-1.12V超低电压范围内，采用1αnm（第四代10nm级别）工艺制造，可以在达到高性能的同时实现低功耗。

此外，SK海力士还向客户提供了LPDDR5T芯片组合为16GB的封装样品，该样品的数据处理速度可以达到每秒77GB，相当于每秒处理15部全高清电影。LPDDR5T的应用范围也不只局限于智能手机，还将扩展到AI、机器学习、AR/VR等领域。

而在近期，SK海力士宣布，已经与联发科下一代天玑旗舰移动平台完成LPDDR5T内存的性能验证，预计联发科的天玑9300将支持LPDDR5T。最快的话，在今年下半年就有望能够看到搭载天玑9300的智能手机上市，届时也可以体验LPDDR5T对其性能到底带来多少提升。

总结

在生成式AI、机器学习等新兴技术的带动下，存储技术要求越来越高，不仅需要实现更大的存储空间、更低的功耗、更快的读写速度，同时在成本上也做了一定的要求。为了应对这些需求，越来越高堆叠层数的NAND被推出，而针对不同的应用场景，还推出了如HBM3e，LPDDR5T等相关存储器，存储技术正在快速向前推进。

值得注意的是，目前这些最先进的存储器产品几乎都是由SK海力士领头生产。从市场来看，当前SK海力士为全球第二大存储芯片厂商，市场份额约为24%，第一为三星，市场份额约为39%。随着这些最新的存储器产品推出，SK海力士有望向三星发起挑战。