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nand是什么 V-NAND到底是个啥？三星970EVO Plus强悍性能的背后

发布时间 : 2024-10-05

作者 : 小编

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V-NAND到底是个啥？三星970EVO Plus强悍性能的背后

当我们在聊固态硬盘的时候，我们到底在聊些什么？经历了十数年的行业发展后，固态硬盘的技术规范和产品形态上逐步实现了统一，各家产品的差异已然上升到了内部架构和核心组件方面的技术代差上了。

简单剖析，固态硬盘产品的内核无外乎三大组件，用于调控整体存储功能和特殊机制的“大脑”即主控芯片，产品内部制作成本最高、担当存储重任的闪存颗粒，以及部分产品上用于产品支撑的缓存颗粒。

至于重要性而言，一举打破存储行业格局，让固态硬盘走入千家万户的存储介质，即闪存颗粒部分，可以说是区别固态硬盘好坏的最重要的内核组件。今天，笔者就以业界知名的三星970EVO Plus为实例，简单聊下关于闪存颗粒的技术和功能演变。

01 关于NAND闪存：单位电荷数Bit的变迁

NAND闪存，按照业界一般的理解，本质上是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器，其中非易失性的突出特点，使得这种基于通断电存储的介质能够长久的保存数据，最终使得NAND闪存颗粒走向了前台；其实，熟悉闪存的朋友，可能还听过另一个词，即Dram颗粒，即动态随机存取存储器，同样是基于通断电的特性，只不过DRAM芯片的每次存储数据的过程中需要对于存储信息不停的刷新，无法实现长久存储，因而错过了这次“C位出道”的时机。

三星原厂NAND闪存颗粒

NAND闪存工作的原理是通过单位NAND内部电荷数Bit的通电和放电，实现对数据的存储。基于无机械结构的电荷存储优势，NAND闪存技术能够提供包括高性能、稳定、耐摔耐磕碰、一体成型故障率低等多种特点，迅速成为了各家存储厂商研发的重点。

因而，为了进一步提升NAND闪存容量，满足用户对于大容量存储的需求，在以三星、东芝、Intel等领先的NAND原厂推进下，研发出了不同电荷数Bit的多种NAND颗粒，即为SLC(1bit）、MLC（2bit）、TLC(3bit)、QLC(4bit)以及处于实验阶段即将量产的PLC（5bit）等类型。

不同颗粒类型的bit数分布

可随着单位电荷数Bit的堆叠，带来了两个后果，一是单位电荷Bit的增加对于半导体工艺制程的要求越来越高，从50nm制程一路升级到14/15/16nm制程，半导体制程工艺越来越无法满足更多单位电荷数Bit的堆叠了；二是单位电荷数Bit的堆叠，会在狭小的NAND闪存内部产生大量的干扰电流，严重影响闪存产品的性能和寿命。

02 三星V-NAND技术：从平面到垂直的创新性探索

为了解决单位堆叠的带来的电荷干扰问题以及半导体工艺的瓶颈，三星创新性的提出了在原有制程的基础上将NAND闪存以3D堆叠的形式，封装在NAND闪存之中，一方面解决了在平面的狭小空间内多个电荷数排列产生的电子干扰问题，保证了产品的质量和性能；

全球首款V-NAND技术产品

更为重要的是，解决了工艺制程无法推进容量提升的瓶颈，用3D堆叠替代2D平面排列，让NAND闪存以垂直的形式进行排列，进而提升了总体的容量。

V-NAND和普通2D NAND

朴素的理解就是，此前的NAND闪存就像在单位面积的地基上盖平房，平房的容积是恒定的，要想提升入住人口，只能无下限的降低单位容积率，其后果就是制造工艺和电磁干扰；

而V-NAND技术诞生之后，2D的平房变成了3D垂直的楼房，理论上只要高度不限制，单位面积的地基上的可利用容积几乎等同于无限，即避免了制程工艺的瓶颈又解决了电磁干扰的问题。

01 V-NAND技术是三星970EVO Plus强劲性能的有力支撑

三星V-NAND技术从2013年引入市场，便引发了全行业的关注，从初代的32层（即在单位面积上的堆叠层数）到后续的64层，直到9X层，根据公开消息，三星V-NAND技术或将提升到200+层堆叠，最大限度的提升单位闪存的利用率。

而笔者手中这款三星970EVO Plus便是采用三星全新V-NAND技术研发的旗舰级产品，基于V-NANDND技术在容量和稳定性上巨大优势，搭配着三星自研的Phoenix主控，使得三星970EVO Plus的性能实现了超越。

根据官方提供的数据，三星970EVO Plus最大读取性能达到了3500MB/S，最大写入性能也达到了3300MB/S，几乎达到了消费级固态硬盘的巅峰水准。作为一款推出了数年的旗舰级固态硬盘，在即将踏入存储新纪元的当下，依旧没有任何一款同级别的PCIE3.0固态能够在性能上实现对970EVO Plus的绝对超越。

实测性能

这背后的原因，无外乎三星在V-NAND技术上的近十年的积累，以及在此基础上进行的主控配对和优化。

多说一句，随着PCIE4.0时代的来临，三星也将在新世代推出旗舰级980PRO固态硬盘，进而延续PCIE3.0时代的行业地位，可以预见的是，980PRO固态硬盘依旧会在V-NAND堆叠、主控性能方面实现大跨越的升级，至于三星970EVO Plus则还是会成为PCIE3.0世代下的王者存在。

一文带你搞懂晶圆和半导体晶圆产业链

在2018年半导体行业的小伙伴们最大的感受肯定就是涨涨涨，马上2020年各大厂商又放出消息由于晶圆紧张SSD、存储和其它芯片又要迎来一波涨价潮！！搞物料和采购的小伙伴们一定伤不起。。。又得求爷爷告奶奶开始找资源囤货了。

那么究竟什么是晶圆呢？为什么晶圆在半导体产业链中这么重要呢？ 针对这两个直击灵魂的问题，需要我们从龟腚说起。。不对，从硅锭说起，首先硅锭长下面这样：

晶圆的主要材料是硅，日常生活中随处可见了的沙子中就富含二氧化硅，这些沙子经过一系列复杂的工艺，变成了上图“银光闪闪”的硅锭，将硅锭切割成一片一片的之后它就换了一个马甲，我们称之为“晶圆（wafer)".

至于沙子怎么一步步的变成wafer以及芯片的过程，可以参考下面的文章：一粒沙是怎么变成芯片的。

图沙子提纯、高温整形、旋转拉伸变成“龟腚”

在跟芯片供应商谈价格的时候，供应商经常说的8寸晶圆、12寸晶圆，在形容晶圆厂的时候也会说8寸晶圆厂，12寸晶圆厂，8寸和12寸究竟是什么？一脸迷惑。。。

其实在业内，通常是通过尺寸这个参数来描述这些晶圆的，8寸和12寸指的是晶圆的直径，晶圆的尺寸越大，制造的难度也就越高，当然这些大晶圆切割出来的芯片也就越多。

目前全球芯片市场上，使用最主流的晶圆有三种规格：6 寸、8 寸、12 寸。现在市场上12寸的晶圆是主流，将近7成的产能都是12寸晶圆。

不同种类的芯片一般来说使用的晶圆规格是不一样的，晶圆的规格趋势总体上是往越来越大的方向发展的。

功率半导体——6寸和8寸晶圆MCU等处理器——8寸晶圆逻辑芯片和存储芯片——12寸晶圆

从使用领域的角度来看，目前对12寸晶圆需求最强的是存储芯片（NAND和DRAM），8寸晶圆更多的是用于汽车电子等领域。下表的数据是目前6寸、8寸、和12寸晶圆的占比数据。

另外，不同规格的晶圆的工艺往往也是有差别的。 在工艺的类型划分，可以将wafer划分为3种：抛光片、外延片和以 SOI 硅片。

一般而言，8寸以下的集成电路产线用抛光片，45nm及以下线宽的12 寸晶圆用外延片，SOI 是一种新型工艺。

抛光片是应用最为广泛的工艺，因为其它的工艺都是在抛光片的基础上进行二次开发的，抛光片可以用于制作存储芯片、功率器件以及外延片的衬底材料。

外延片 是在抛光片的基础上生长了一层单晶硅，一般用于通用处理器芯片、二极管以及IGBT功率器件的制造。

SOI 主要用于射频前端芯片、功率器件和汽车电子等领域。

在整个制作晶圆的流程中，制造工序分为如下几步，其中拉晶、抛光和检测是晶圆制造的核心环节。

说完了wafer的基本概念、划分和工艺，有的小伙伴可能会问了，为什么晶圆产业链对芯片影响这么大？

作为芯片设计源头产业我们当然清楚其在最终芯片中的影响因素，但是晶圆往往受到各个时期的产能、晶圆公司的盈利、以及国产晶圆等方方面面的因素有关。

其中除了产能本身导致的原因以外，还有一个重要原因就是半导体厂商的产能在一年以内的周期往往是稳定的，不会轻易的扩产 。当年市场上某款芯片的成本往往取决于各家争取资源的能力，比如2017/2018年就因为部分8寸wafer资源被用于生产IGBT类的功率芯片，从而导致其它的使用8寸晶圆生产的芯片如传感器涨价。

再说到晶圆产业链上，目前市场上的晶圆市场基本被大约15家晶圆厂垄断了95%的份额，主要原因就是晶圆的制造难度很大，而客户对纯度和尺寸的要求又非常高，国产晶圆厂面临着的是逆境突围的局势。

信越半导体、盛高、环球晶圆、世创、LG等为代表的晶圆企业几乎供应了全球八成的半导体企业，而且长期处于供不应求的状态。

在晶圆的下游晶圆代工行业，老大就是宝岛台湾的TSMC即声名赫赫的台积电，找了一下CSIA（中国半导体协会）的数据，台积电竟然占据了晶圆代工52.7%的份额，紧随其后的是三星，市场占有率约为17.8%，第三是格罗方德，大陆的中芯国际以4.3%的市场占有率排在第五位，显然还有很长的道路要走。

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