232层3D闪存芯片来了：单片容量2TB，传输速度提高50%

Pine 发自 凹非寺

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美光继上次抢先推出176层3D NAND后，近日又率先推出全球首款232层NAND。

△图源美光科技

说起来，跟NAND层数较劲这事儿，并不是美光一家在做。

比如美光的老对手三星，相关研究中心也聚焦在层数上：此前，三星曾抢先业界公布了第八代V-NAND的细节，堆栈层数超过200层。

所以这样“堆高高”，究竟能给芯片性能带来多大的提升？

堆栈层数就像盖楼房

层数越高，NAND闪存可具有的容量就越大。

可以做这样一个简单的比喻：

在一个人满为患的城市，这里的房地产价格昂贵，向外扩展成本很大，唯一的办法是通过增加楼层以支持不断增长的人口，这里的楼层就相当于NAND层。

同样的，停车场和一些基础设施主要位于建筑物下方，以提高空间效率，这相当于最底下的CMOS层。

将NAND的位单元阵列堆叠到更多层中，可在每平方毫米硅片上提供更多存储位，从而实现更高的密度和更低的成本。

3D NAND把解决思路从单纯提高制程工艺转变为堆叠多层，成功解决了平面NAND在增加容量的同时性能降低的问题，实现容量、速度、能效及可靠性等全方位提升。

△图源美光科技

和三星等其他竞争芯片相比，美光新的技术将每单位面积存储的比特密度提高了一倍，每平方毫米封装14.6Gb。

它的1TB芯片被捆绑在2TB的封装中，每个封装的边长都不超过一厘米，可以存储大约两周时长的4K视频。

此外，美光还对芯片的最底层进行了改进，最底下的CMOS层由逻辑和其他电路组成，这些电路负责控制读写操作以及尽可能快速有效地在芯片内外获取数据。

美光优化了其数据传输路径，降低芯片输入和输出的电容，将数据传输速率提高了50%，达到2.4Gb/s。

层数的较量

自从NAND 闪存进入3D时代，堆栈层数犹如摩天大楼一样越来越高，从最初的24/32层一路堆到了现在的176层甚至232层。

层数的较量是整个行业的竞争，三星、美光、SK海力士等企业都致力于层数的突破。

三星是NAND闪存的龙头企业，3D NAND就源于三星。

2013年，三星设计了一种垂直堆叠单元的方法，它将单元集中在单个楼层（类似高层公寓）上，这也是全球首个3D单元结构“V-NAND”，当年可以实现24层堆叠。

此后，三星不断更新技术和扩增产业线，10年间推出了7代产品，以维护自己在NAND闪存市场的地位。

2020年，三星推出了176层的第七代“V-NAND”，它采用了“双堆栈”技术，不是一次性蚀刻所有层，而是将它们分成两部分，然后一层一层堆叠。

因此，第七代V-NAND相较于与第六代的100层，其单元体积减少了35％，它可以在不增加高度的情况下将层数增加到176，同时还可以降低功耗，使效率提高16％。

不过，虽然三星曾抢先公布了第八代V-NAND的细节，称其堆栈层数会超过200层，但这回率先量产200+层闪存的却是美光。

值得一提的是，在此次美光发布的232层3D闪存芯片中，NAND的堆栈技术并不是首创，而是与三星第七代一样采用“双堆栈”技术。

也就是说，将232层分成两部分，每个部分116层，这些层的堆叠是从一个深而窄的孔开始，通过导体和绝缘体的交替层蚀刻。

然后用材料填充孔并加工形成器件的比特存储部分。蚀刻和填充穿过所有这些层的孔的能力是该技术的关键限制。

△图注：图源美光科技

目前，国产芯片企业长江存储的第三代QLC 3D NAND闪存实现了128层堆叠。

对于层数的较量，网友也抱有很乐观的态度：

增加层数几乎不会带来新的问题。

参考链接：[1] https://spectrum.ieee.org/micron-is-first-to-deliver-3d-flash-chips-with-more-than-200-layers[2] https://news.ycombinator.com/item?id=32243862[3] https://ee.ofweek.com/2021-12/ART-8320315-8110-30538953.html

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32层三维NAND闪存芯片年内将量产，芯片产业链受益

位于武汉“中国光谷”的国家存储器基地项目芯片生产机台１１日正式进场安装，这标志着国家存储器基地从厂房建设阶段进入量产准备阶段，我国首批拥有完全自主知识产权的３２层三维ＮＡＮＤ闪存芯片将于年内量产，从而填补我国主流存储器领域空白。

随着下游大数据、物联网、云计等产业的快速发展，集成电路的需求量越来越大。我国是全球半导体需求量最大的地区，占比超过50%，然而我国的集成电路产品尤其是存储芯片却几乎完全依赖于进口。集成电路是一个国家科技发展的核心产业，因此近年来我国不断推出产业政策并提供资金以支持半导体行业的发展，相关企业市场竞争力显著提升。2018年，预计集成电路产业将延续2017年热度。

据了解，目前，我国通用存储器基本全部依赖进口，国家存储器基地于２０１７年成功研发我国首颗３２层三维ＮＡＮＤ闪存芯片。这颗耗资１０亿美元、由１０００人的团队历时２年自主研发的芯片，是我国在制造工艺上最接近国际高端水平的主流芯片，有望使我国进入全球存储芯片第一梯队，有力提升“中国芯”在国际市场的地位。

根据《国家集成电路产业发展推进纲要》的目标：到2020年收入超过8700亿元，实现16/14纳米量产，关键领域技术达到世界领先水平，材料和设备进入全球供应链。政策方面，2000-2010年，以税收优惠为主，仅限IC设计与制造；2011-2013强调技术研发，并扩大到集成电路全产业链；2014年至今，成立大基金，重点支持企业投资并购，预计第二期即将出台，规模超过千亿元。

政策持续助力芯片国产化，为行业龙头发展提供了可靠的保障。A股市场相关上市公司中紫光国芯（002049.SZ）、长川科技（300604.SZ）、江丰电子（300666.SZ）以及北方华创（002371.SZ）等值得关注。

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