东芝、WD联合开始引领3D NAND技术 韩国Samsung势头正在减弱？

一直以来，三星电子（Samsung，以下简称“三星”）是全球最大的闪存供应商。其几乎每年都会发布半导体芯片技术发展的成果，以此来表明三星已经主导了闪存技术的发展。

图1：2014~2018年三星和东芝WD上市的3D NAND （注：以上时间非产品发布时间）

回顾三星过去，2014年，三星推出了一款3D NAND芯片，每个芯片有24层堆叠和128Gbit存储容量，堆叠方式采用的是MLC方式。这可能是全球第一个正式的3D NAND芯片。

至2015年，三星将堆叠层数的数量增加到32层，并推出用于多级存储的TLC方案，尽管每个硅片的存储容量没有变化，仍然是128Gbit。发布的3D NAND芯片，硅片面积显著减少。该芯片被认为是第一款全尺寸3D NAND闪存。

在2016年，三星发布了一款3D NAND芯片，将每个芯片的存储容量翻倍至256Gbit。通过进一步将堆叠层数量增加到48层来增加存储器密度。此时，第二大闪存供应商东芝存储和西部数据联合体（以下简称“东芝WD联盟”）尚未发布3D NAND芯片。3D NAND芯片的技术受到三星的支配。

东芝WD联盟发布3D NAND芯片

直至2017年，该联盟宣布了一项创新3D NAND技术，每个芯片具有512Gbit的存储容量。奇怪的是，三星也在同一时期发布了一款3D NAND芯片，每个芯片的存储容量为512Gbit。二者的存储技术皆是64层堆叠，并且都采用TLC方式。原型芯片的硅片面积东芝WD联盟为132平方毫米，三星为128.5平方毫米，尺寸几乎相同。二者产品处于技术竞争态势。

去年（2018年），双方在存储产品技术发展方向上略有不同，三星将堆叠层数的数量保持在64层，并通过QLC堆叠方式将每个硅芯片的存储容量增加到1Tbit，这是过去最大容量的3D NAND芯片。作为回应，东芝WD联盟开发出具有最高密度的3D NAND芯片，将堆叠层数量增加至96层。

三星的3D NAND势头正在减弱

然而，2019年有些不同。东芝WD联盟展示了两款高度创新的3D NAND芯片，但三星发布的芯片很难说技术发展与之过去产品先进多少。据笔者看来，东芝WD联盟的势头强劲，三星的势头正在减弱。

图2：2019年三星和东芝WD发布的3D NAND （注：以上时间非产品发布时间）

在今年双方推出的3D NAND芯片中，东芝WD联盟已将多级存储器技术改为QLC方式，同时保持与去年相同数量的堆叠层，每个硅片的存储容量为1.33Tbit，这是有史以来3D NAND芯片最大的容量。此外，该联盟还宣布推出了另外一款3D NAND芯片，该芯片通过增加堆叠层数量大大减少了硅面积。它实现了TLC记录的最高存储密度。

另一方面，三星宣布推出的3D NAND芯片，将堆叠层的数量增加至110层~120层。但是，存储容量和存储密度都不如上一代产品，这显然要落后于东芝WD联盟。

96层超大容量1.33Tbit存储器

这是首次由东芝和西部数据联合开发的最大容量3D NAND芯片。其每个硅片的存储容量非常大，为1.33Tbit。硅芯片面积为158.4平方毫米，存储密度为8.5Gbit/平方毫米，堆叠层数达到96层。

东芝WD联盟去年发布的96层3D NAND芯片具有512Gbit的存储容量和5.95Gbit/平方毫米的存储密度。该芯片将存储容量提高2.67倍，存储密度提高1.43倍。个中原因在于，今年东芝WD联盟发布的96层3D NAND芯片采用了QLC方式。

128层，实现TLC最高存储密度

在另外一款由东芝WD联盟推出的3D NAND芯片中，128层的堆叠层数达到了有史以来的最高水平。每个硅片的存储容量为512Gbit。采用了TLC方式的多级存储器技术。存储密度为7.8Gbit/平方毫米，TLC方案实现了有史以来最高的存储密度，而且硅片面积非常小，仅为66平方毫米。

图3：东芝WD联合开发的3D NAND闪存技术发展历程。

除了高存储密度意外，东芝WD联盟开发的芯片还具有高写入吞吐量的特征。其去年宣布的96层TLC方式的512Gbit芯片的写入吞吐量为57MB/s。另一方面，在目前的512Gbit芯片中，写入吞吐量达到132MB/s，较之前者翻了2倍有余。

三星“第六代”3D NAND原型芯

而三星今年2月对外宣布，“第六代（简称‘V6’）”3D NAND闪存芯片已经在开发中。存储容量为512Gbit，采用TLC的堆叠方式，硅片面积为101.58平方毫米，存储密度为5.04Gbit/平方毫米。

尽管堆叠层的数量高于100层，但硅芯片面积大于去年东芝WD发布的具有相同存储容量的96层3D NAND芯片的面积。

图4：三星3D NAND闪存技术迭代史。

结论：尽管2018年下半闪存企业过得并不经如意。但我们有理由相信，不止三星、东芝/西部数据（WD），美光、SK海力士等闪存企业在技术上的竞争将越向趋于激烈。通过上述对三星和东芝/西部数据(WD）3D NAND芯片的技术发展预判，东芝WD联盟正在奋起追赶，同时也包括部分国内闪存企业，如长江存储、紫光、福建晋华等正逐渐抢食三星原有的市场份额。那么，未来闪存市场究竟几分天下？就让我们拭目以待吧。