nand芯片和cpu 为什么内存和闪存制程比CPU低？它们现在都在什么节点？

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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为什么内存和闪存制程比CPU低？它们现在都在什么节点？

总的来说CPU、NAND和DRAM制程情况如下图：

Logic是CPU，Performance Memory是DRAM,最下面的两个是NAND

两者和CPU制程的差距主要原因是它们的最终产品对价格都很敏感。提高制程会让成本急剧提高：

来源：TSMC

现在还能玩得起这种烧钱游戏的只有屈指可数的三位：Intel、TSMC和三星。而NAND和DRAM的厂商也很少，他们既不打算放弃自己的产线而受制于人，又要保证经济可行性，他们有自己的方法。如果说NAND和DRAM颗粒与CPU芯片最大的不同在哪里，那就是它们都是由最简单的单元重复叠加而成，这和CPU有本质不同。要在最小Die size中做出更多颗粒，又要保证经济可行性，就必须算一下成本产出总账才行。从而闪存NAND和DRAM给出的答案有相似之处，又略有不同。

闪存NAND Flash

NAND厂商发现继续在16/15nm以下继续提高制程并不具有经济可行性，它们开始向另一个维度要空间：3D NAND

随着每层堆叠数的提高，单位面积的单元个数不断升高：

综合下来，向垂直方向要发展比作小更有经济可行性。

DRAM

DRAM也已经进入了1x nm的时代。业界的命名规则比较特殊叫做：1x、1y、1z等。1X nm节点在16-19nm之间，1Y nm在14-16nm之间，1Z大概是12到14nm。后面还规划有1α及1β工艺。现在工艺基本在刚刚进入1Y的时候，但已经困难重重。它的关键指标：Cell Pitch的宽度，制程能够带来的减小幅度越来越少。与此同时，典型的DRAM单元结构也带来了负面影响。内存DRAM的每个单元可以看作一个晶体管和一个电容的组合：

进入1Y工艺后，电流外泄和电容器干扰更为明显，需要新的材质，也放慢了制程的提高。为了提高单位面积的容量，DRAM也开始向上寻找机会：

结论

当在平面摊大饼遇到困难后，做个立体的千层饼也许是个更好的办法。DRAM和NAND除了继续探索平面制程的提高之外，更多的在3D上寻找机会。CPU因为结构复杂，3D封装十分困难，但Intel的3D封装技术Foveros为此打开了一条出路，将来会见到更多的logic on logic的芯片出现在市场上。

中国存储芯片，成功反超美韩，但一项关键设备，还掌握在西方手中

众所周知，美国发动的对华“科技战”，特别是在半导体领域对中国一些企业实行的技术禁运，确实对中国的许多半导体企业，以及相应的下游电子设备制造企业造成了一定困难。但是这些困难并没有让中国企业低头，而是激发了中国企业的奋发图强，从数年前就开始了产业链自主化的长征，并且已经取得了一些成绩。

最近，加拿大半导体和微电子行业分析机构TechInsights，就又发现了一个中国企业的巨大成就：中国长江存储在市场上率先推出了首款200层以上的3D NAND闪存芯片，成功反超韩国三星电子、SK海力士以及美国镁光等主要竞争对手，在技术上成为这个半导体细分领域的全球领导者。

（长江存储已经在业界率先量产超过300层的3D NAND闪存芯片X3-9070）

根据TechInsights最新发布的《颠覆性事件》报告，该机构在今年11月对中国监控设备制造商杭州海康威视数字技术有限公司的2 TB SSD固态硬盘进行了逆向工程分析，发现了长江存储最新NAND闪存芯片的证据，在报告中称其为Xtacking 3.0技术，估计堆叠层数为232层。实际上长江存储在2022年的闪存峰会（FMS）上就正式发布了基于晶栈3.0（Xtacking 3.0）架构的第四代3D TLC NAND闪存芯片，型号为X3-9070。相比上一代产品，X3-9070拥有更高的存储密度和更快的I/O速度。

但是按照半导体行业的一般规律，通常来说从技术发布到产品上市还需要一段时间，此前业内猜测长江存储的X3-9070闪存芯片要到2023年才会上市，但是没想到这么快就已经在市场上见到了。根据国内媒体报道，除了海康威视的SSD产品以外，我们国产的致态TiPlus7100系列SSD也使用了X3-9070芯片。

（2022年第二季度全球NAND闪存芯片市场领先企业的利润和市场占有率）

根据行业媒体的统计，2022年第二季度全球NAND闪存芯片市场领先企业分别是韩国三星（市场占有率33%），韩国SK集团（市场占有率19.9），日本铠侠（市场占有率为15.6%），西数（市场占有率13.2%）和美国镁光（市场占有率12.6%）。韩国企业在NAND闪存芯片领率已经占据了全球一半左右的市场。长江存储目前还属于新人，市场占有率不高。

作为行业领先企业，今年镁光、SK海力士和三星电子先后推出了200层以上的3D NAND闪存解决方案。其中最早发布技术的是镁光，在今年5月就宣布推出业界首款232层的3D TLC NAND闪存，并且声称准备在2022年末开始生产，初始容量为1Tb（128GB）；到了今年8月份，SK海力士宣布已研发成功全球首款业界最高层数的238层NAND闪存，并已经向合作伙伴发送512Gb TLC 4D NAND芯片的样品；三星半导体在11月宣布已开始批量生产采用第8代V-NAND技术的1Tb（128GB）TLC 3D NAND闪存芯片，达到了236层。

（业内预测的闪存堆叠技术的发展时间表，长江存储成为一匹黑马）

但是这些企业的产品都还没有在零售市场露面，没想到让长江存储领先上市。TechInsights评论称，这种先进的技术使这家中国公司成为了一个“严肃的竞争者”，它正在“逼近全球存储巨头，”并且预计长江存储将在2030年前成为闪存芯片市场的全球领导者。长江存储的优势包括通过Xtacking技术实现更大的存储空间和更短的开发时间。报告称：“在长江存储的Xtacking技术中，存储器阵列被翻转并结合到CMOS（互补金属氧化物半导体晶体管）上。”“长江存储声称，这种方法将产品开发时间至少缩短了三个月，并将生产周期缩短了20%。”

（NAND闪存和DRAM内存芯片的半导体制程工艺发展路径）

但是TechInsights的报告也警告称，尽管取得了成就，但“长江存储仍然面临着一场艰难的战斗”，因为美国政府最近的行动可能会严重影响该公司的“大规模生产，并迅速发展下一代技术”的能力。10月，美国商务部下属机构工业和安全局（BIS）更新了与“未经核实名单”和美国出口黑名单（官方称为实体名单）相关的政策。长江存储和其他30家中国半导体企业被列入“未经核实名单”，这些企业可能会在采购半导体制造设备时被美国政府卡脖子。产业分析机构Omdia认为，如果美国政府继续加强对长江存储的审查，就有可能“将长江存储的技术冻结在当前水平”。

不过，NAND闪存芯片并不像CPU那样的逻辑芯片一样追求缩小半导体工艺线宽，在可见的未来都会停留在10纳米以上，这样的半导体工艺使用浸没式DUV光刻机就可以完成。而荷兰ASML已经拒绝了美国政府的禁运要求，继续向中国企业提供浸没式DUV光刻机。此外，日本尼康也拥有浸没式DUV光刻机产品，也可以向中国企业供货。因此长江存储是有机会打破美国政府的禁令的。

但是，这一项关键设备仍然掌握在西方国家手中，仍然存在隐患。最稳妥的办法，还是期待我们国产的浸没式DUV光刻机面世，以及将先进半导体生产所需的十几种设备和几十种原料全面国产化。这一天并不遥远。

为什么内存和闪存制程比CPU低？它们现在都在什么节点？

闪存NAND Flash

DRAM

结论

中国存储芯片，成功反超美韩，但一项关键设备，还掌握在西方手中

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