美光推出232层3D NAND Flash

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近日，存储芯片大厂美光（Micron）推出业界首个232 层堆叠3D NAND Flash 快闪记忆体，计划用于各种产品包括固态硬盘，2022 年底左右开始量产。

232 层堆叠3D NAND Flash 快闪记忆体采用3DTLC 架构，原始容量为1Tb（128GB）。记忆体基于美光CuA 架构，并使用NAND 字符串堆叠技术，彼此顶部建立两个3D NAND 阵列。CuA 设计的232层堆叠3D NAND Flash 快闪记忆体大大减少美光1Tb3D TLC NAND Flash 尺寸，有望降低生产成本订出更有竞争力的定价，或增加利润。美光并没有宣布新 232 层堆栈的 3D NAND Flash快闪存储器的 I/O 速度或平面数量，但暗示与现有 3DNAND Flash 快闪存储器设备相比，新存储器提供更高性能，对采用 PCIe 5.0 界面的下一代 SSD 特别有用。美光还强调 232 层堆栈 3D NAND Flash 快闪存储器比上一代产品更节省功耗，更具节能优势。该公司围绕业内领先的托管型 NAND 存储、以及数据中心 / 客户端 SSD 产品所需的技术进行了优化研发，且内外部控制器组合一直是其垂直产品集成的一个重要组成部分。

美光称，与上一代工艺节点相比，新一代 232 层 3D TLC NAND 具有更低的功耗。此外美光长期专注于移动应用，并与下游设备制造商保持着良好的合作伙伴关系。 最后，鉴于美光计划在 2022 下半年开启 232 层 3D TLC NAND 的生产，预计各类终端产品（比如 SSD）也会在 2023 年陆续上市。

美光推行芯片远期定价协议，10名客户已签约

美光科技12日宣布为旗下芯片推行名为“远期定价协议”的新机制，希望能解决让半导体产业多年来苦恼的价格波动问题，目前已有 10 名大客户签约，协议为期至少三年，估计一年可带来超过 5 亿美元收入。美光商务长 Sumit Sadana 在旧金山举办的投资者日上宣布此消息，但强调现阶段仍是“试验”性质，并且拒绝透露可能有多少现有的长期合约客户转移到新机制。Sadana 说，长约客户以采购量而非价格为基准，但远期价格协议把规模和价格都考虑进去了。针对合约是否可能强制执行的问题，他坦言，议约两方总是对价格有不同看法。他并表示，美光不打算用降低毛利率的方式推动远期定价协议。“过程中难免有起伏，但最终带来的好处，将超越达成此协议所面临的风险。”针对营运展望，美光预估长期营收将交出偏高的个位数增幅。DRAM 和 NAND 存储器芯片在未来几年都将有强劲的成长，主要由汽车、数据中心、工业终端市场日益增加的需求带动，这将降低美光对个人计算机 (PC) 和智能手机业务的依赖。美光执行长 Sanjay Mehrotra 表示，接下来到2025 年之间，DRAM 业务的年成长率预估介于 14% 至19%，NAND 的年成长率更将超过 20%。Mehrotra 预估，整体存储器产业的规模将能在 2030 年之前达到 3300 亿美元，较 2021 年的1610 亿美元成长逾一倍。存储器芯片占芯片业比重，已经从本世纪初的 10% 上升到 30%。

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3D闪存只讲堆叠层数不谈制程工艺的背后

在我们打开一个固态硬盘的产品信息页面时，总是能看到"采用3D NAND闪存"这样的介绍。大家是否想过，为什么3D结构会取代制程微缩成为闪存的发展方向？

15nm制程成为2D与3D闪存的分水岭，在15nm之后闪存不再像CPU那样继续向更先进的10nm、7nm制程迈进。是什么样的原因使得更先进的半导体制程与NAND闪存无缘？现在的3D闪存到底又是什么制程节点制造的？

TLC转折点

各种闪存新技术的出现，本质上都是为了降低每GB容量的成本。NAND闪存相比内存有一个优势，它在一个单元里可以存储多个比特(bit)的数据。这是制程微缩之外的另一种扩容量、降成本手段。当发展到TLC（3bit/cell）后，遇上麻烦了。

闪存单元的FG浮栅结构就像一个可以存储电子的桶，其中容纳的电子数量会影响到闪存单元的读取阈值电压Vth。在TLC中为了表达3比特数据已经需要用到8种不同的阈值电压，如果发展到QLC的4bit/cell结构，更需要区分出16种阈值电压，这就像蝇头小楷一样难以看清。

电子危机

制程微缩的过程进一步加剧了闪存危机，新制程的FG浮栅结构中能容纳的电子总数不断下降，发展到一个非常危险的水平。下图中的红线是过去BCH纠错技术下的可用界限，除非改变闪存结构，否则制程微缩将难以为继：制造出的闪存单元会因为能够容纳的电子数量太少而极其容易出错。

3D闪存架构提出

3D闪存就是攻城狮们找到的新结构出路。早在2007年，东芝就首次提出BiCS三维闪存结构，成功地解决了当代的发展难题。目前市场上在售的固态硬盘几乎全部使用了3D闪存。

3D闪存并不是简单地把闪存单元从平面堆叠成立体状态，而是涉及了基础的结构变化。下图为东芝BiCS三维闪存与传统平面闪存的结构对比。

最终结果使得闪存单元之间的间隙变大、读写干扰得到降低。同时，Charge Trap取代了传统的Floating Gate结构，有力地提升了闪存单元"抓住"电子的能力，降低了漏电速度。

3D闪存的制程信息

很多地方说3D闪存之所以更耐用，是因为使用了更老的制造工艺。这一点其实只适用于初代的3D NAND，40nm的制程使得初代的3D闪存非常昂贵，没有达到扩容量、降成本的初衷。

尽管闪存原厂都不再透露3D闪存的具体制程信息，TechInsights的分析报告还是给出了我们想要的答案：目前的64层堆叠、96层堆叠技术使用的都是19/20 nm制造工艺。

3D闪存的未来

现在3D闪存已经在固态硬盘当中大为普及，未来还会有4D闪存吗？其实4D概念去年就有闪存厂商提出，不过"4D"只是将闪存中的外围电路拿出来，置于存储单元阵列的下方，属于3D工艺的一个小改进。

目前的主流3D闪存拥有64层堆叠层数，东芝在去年率先宣布96层3D TLC。在即将到来的下个节点是96层堆叠与QLC的结合，东芝的96层BiCS4已实现1.33Tb/die的存储密度，如果以8die封装来计算，每个闪存颗粒就可以提供高达1.33TB的海量存储空间，手机和固态硬盘的容量即将迎来又一次爆发式增长。

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