NAND闪存层数厮杀迈入200层

文︱ 郭紫文

图︱ 网络

近日，美光发布了全新3D NAND闪存芯片，堆叠层数高达232层，计划2022年底投入量产。而今年年初，有消息称三星将于2022年底或2023年上半年推出200层以上NAND闪存，并于2023年上半年开始量产。这意味着，若量产按计划进行，美光将赶超三星，成为首个具备200层以上NAND 闪存量产经验的企业。

自1987年以来，NAND闪存经历了从二维平面向三维结构的演进，堆叠层数逐渐取代工艺制程成为闪存技术最直观的评判标准。2013年8月，三星推出了全球首款3D NAND闪存，堆叠层数仅为24层，却突破了平面技术的瓶颈，同时也将3D NAND闪存从技术概念推向了商业市场。

随着大数据、云计算等新兴技术的蓬勃发展，下游市场对NAND闪存芯片容量、性能和功耗的要求日趋提升，持续拉动3D NAND闪存技术的升级和迭代。从技术演进的角度来看，3D NAND闪存技术正以惊人的速度发展。仅用了9年时间，其堆叠层数便从最初24层增长至232层。随着3D NAND闪存层数厮杀迈入200层，预计NAND闪存头部厂商将会进一步加速技术开发升级，扩大市场布局。

3D NAND闪存技术路线

长期以来，NAND闪存市场呈现寡头竞争局面。自2002年以来，三星已连续20年位居全球市场首位。据TrendForce数据显示，2021年第四季度，三星市占率高达33.1%。在NAND闪存技术赛道，三星一直都是领跑者。自2013年第一代V-NAND闪存问世以来，三星3D NAND闪存技术已经将堆叠层数提升至128层。

进入128层，三星的技术演进速度逐渐放缓，甚至被SK海力士和美光赶超。早前，三星原计划于2021年底量产176层NAND闪存，但考虑到市场情况，量产计划推迟到2022年第一季度。同样176层NAND闪存，美光则抢先一步实现了量产出货。美光于2020年底宣布176层NAND 闪存量产计划，并于2022年初实现了全球首款176层QLC NAND固态硬盘批量出货。

美光NAND技术路线（图源：美光）

如今，美光再次宣布232层NAND 闪存量产计划，不仅在堆叠层数高于三星224层，在量产时间计划上也早于三星。面对竞争对手的紧追不舍，预计三星将面临更大的压力，也将进一步加快200层以上NAND 闪存量产步伐，以夺回技术领先优势。

在技术演进速度方面，美光与SK海力士相对入局较晚，但技术升级速度却更胜一筹。早在2019年，SK海力士便公布了其3D NAND技术发展路线图。近年来，SK海力士的闪存产品也都按照计划有序推进，已于2020年推出了176层NAND闪存。根据技术路线，SK海力士3D NAND闪存堆叠层数将于2025年达到500层，于2030年达到800层以上。路线图并未公布200层以上的NAND闪存规划，但随着美光与三星杀入200层，预计SK海力士也将加快步伐，追赶市场趋势。

在公开路线图中，西部数据与铠侠建立了合作关系，计划将于今年开始量产第6代BiCS，在TLC和QLC配置中堆叠层数可达162层。该公司还声称通过使用新材料缩小存储单元尺寸，从而实现了与市场竞争者176层NAND闪存相比更小的芯片尺寸。此外，西部数据还计划将于2024年推出超过200层的BiCS+内存，并积极寻求提高密度和容量的新技术，以期未来十年内构建500层以上NAND闪存。

在国内市场，长江存储虽然入局较晚，但也在3D NAND闪存技术方面取得了长足进展。2017年，长江存储推出了中国首款3D NAND闪存；2019年，该公司又推出了自主创新的Xtacking 1.0架构，并成功实现了64层 TCL 3D NAND闪存量产。长江存储于2020年成功研发128层3D NAND闪存，目前基于该技术的固态硬盘已经投入市场。

下半年市场景气度将回归

纵观当前NAND闪存市场，由于智能手机、个人电脑等消费电子产品需求疲软，从而导致市场萎靡不振。在TrendForce集邦咨询等多家机构的预测中，今年NAND闪存采购动能将进一步收敛，并进入跌价周期。然而，反复侵袭的疫情、原材料污染等黑天鹅事件叠加之下，NAND闪存市场充满了不确定性，三星、SK海力士等厂商均传出提价讯号。

2021-2027存储市场（图源：Yole）

从NAND市场整体趋势来看，NAND闪存市场景气度将于下半年逐步回归正常，并推升NAND市场持续反弹。据Yole数据显示，2021年NAND闪存市场规模达670亿美元，并将于2022年以24%的速度增长至830亿美元。长期来看，预计到2027年，NAND闪存市场将达到960亿美元，年复合增长率约为6%。

中国首款64层3D NAND闪存成功量产，便宜好用的国产闪存就要来了

非常在线2019年9月2日消息，紫光集团旗下长江存储科技有限责任公司宣布，基于Xtacking架构的64层256Gb TCL 3D NAND闪存已经开始量产。

基于Xtacking架构的64层256Gb TCL 3D NAND闪存是目前全球首款基于Xtacking架构设计并成功实现量产的闪存产品，是全世界同代产品中储存密度最高的产品，Xtacking架构允许NAND的储存单元与外围电路分别使用两张独立的晶圆制造，然后在通过额外的处理步骤将两片晶圆结合起来，在I/O速度和存储密度方面比目前市场上的产品更加出色。

长江存储在去年闪存峰会上宣布了Xtacking架构，并计划于2019年将该技术应用于第二代3D NAND产品的开发上，如今这项技术成功落地，长江存储的承诺也算兑现了，可以预想见的是，随着中国厂商的研制技术追上国际主流水准，加上这些年全球闪存的产能过剩，一场价格大战就要来临，便宜好用的国产闪存必然会掀起半导体产业圈的一场风暴。

紫光集团的目标远不止于此，NAND闪存只不过是第一步，在今年6月紫光集团组建了DEAM内存事业部，正式朝着内存领域进军，前几日紫光集团与重庆政府签署了合作协议，在当地建设内存研发中心及晶圆厂，预计在2021年将实现国产自主内存芯片的量产。

国产DRAM内存一直是紫光集团的目标，目前全球的内存市场有95%都控制在韩国三星、SK海力士和美国美光这三家公司手中，其研发技术水平处于国际顶尖，其他国家和地区的厂商全部难以望其项背，而紫光集团就是要做抗衡三家巨头的的第一人，DRAM内存相比闪存技术更加复杂、人才、资金投入更大，于是紫光集团先选择从闪存下手。

目前，长江存储通过多年的发展，已经打造了一支超过2000人的存储芯片领域的研发人员，为近一步向DRAM内存进军做好了充足的人才储备，随着5G、人工智能和超大规模数据中心时代的到来，紫光集团将迎来最好发展的机会，是对三星、美光等巨头市场份额发起冲击的大好机会，这也就解释了紫光集团近期频频出手加快在DRAM内存领域的布局原因。

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