32层nand 128 原厂3D NAND揭秘：从32层至128层及更高，给产业带来怎样的变化？

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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原厂3D NAND揭秘：从32层至128层及更高，给产业带来怎样的变化？

在三星、东芝存储器（TMC）、西部数据、美光、SK海力士等3D技术快速发展的推动下，不仅NAND Flash快速由2D NAND向3D NAND普及，2019下半年原厂将加快从64层3D NAND向96层3D NAND过渡，同时推进下一代128层3D NAND技术发展进程。

从2013年三星研发出24层3D NAND，到日前SK海力士首发128层1Tb 4D NAND，原厂快速发展的3D技术使得业内人士预测，2023年有望突破200层，甚至更高，而在这个快速发展的过程中，各家原厂3D NAND速度、容量、成本、功耗等都在不断的优化，加强市场竞争力。

原创3D技术发展线路图

2019下半年96层3D NAND抢市占，稳固成本竞争力是关键

自2018年开始，全球经济增长趋缓，半导体市场需求下滑，再加上NAND Flash和DRAM价格持续表现跌势，原厂库存水位持续攀高，同时ASP价格也在持续下滑。据中国闪存市场ChinaFlashMarket数据统计，2019年Q1整体NAND Flash销售额107.5亿美金，环比减少23%，DRAM整体销售环比减少了28%至161.5亿美元，在美光最新Q3财季中，利润再次同比大跌78%。

到2019下半年，原厂将陆续出货96层3D NAND，预计到年底前部分原厂就可实现从64层向96层3D NAND的技术过渡，以提高3D技术稳固在市场上的成本竞争力。

64层 VS 96层，如何实现3D NAND容量和产量的增加？

▽ 64层TLC 3D NAND

目前主流的64层3D NAND技术，东芝存储器、三星和美光量产同等容量的512Gb，单颗Die尺寸大小分别为132mm²、128.5mm²和110.5mm²，用同样大小的Wafer晶圆，切割出来的Die的颗数，三星和东芝存储器相差无几，而美光的产量因为Die的尺寸更小，产出要更高。

3D NAND技术对比：

3D NAND技术对比

美光3D技术发展路线图

▽ 96层TLC 3D NAND

以东芝存储器96层3D NAND量产512Gb容量为例，单颗Die尺寸大小为86.1mm²，相较于上一代的64层3D NAND量产512Gb，相同大小Wafer晶圆条件下，单颗Die产量将增加35%，这意味着成本也会随之降低，这也是东芝存储器和西部数据积极采用新一代96层3D NAND推出UFS、SSD等新品的主要原因。

另一方面，东芝存储器和西部数据在2019年Q1财报中双双表现亏损之势，其中西部数据Q3财季净亏损5.81亿美元；东芝存储器Q4财季净亏损193亿日元。西部数据计划从2019下半年开始出货96层3D NAND，并于年底前实现技术的切换，这将助力提高其在市场低成本的优势，以及获得更多的市场份额。

96层 VS 128层：下一代尺寸更小，容量更大，产量更多

继SK海力士率先发布128层4D NAND之后，预计三星、东芝/西部数据、美光等128层3D NAND也将会陆续发布，早前已传出东芝和西部数据研发出128层3D NAND，美光近期也声称128层3D NAND进展顺利，而基于更高层数堆叠的128层3D技术可实现更高的存储容量。

三星32层量产128Gb，单颗Die的尺寸大小为68.9mm²，等于1.86Gb/mm²；

三星64层量产512Gb，单颗Die的尺寸大小为128.5mm²，等于3.98Gb/mm²；

美光96层量产512Gb，单颗Die的尺寸大小为82.2mm²，等于6.23Gb/mm²；

东芝存储器128层量产512Gb，单颗Die的尺寸大小为66mm²，等于7.8Gb/mm²。

结论1： 从32层3D NAND发展到128层3D NAND，每平方Gb量增长了3倍多，这是NAND Flash容量呈现持续增长趋势的主要因素。

结论2： 每一次3D技术升级，量产的Die容量相同，Die的尺寸不断缩小，同等大小的Wafer晶圆产出的Die的数量更多，成本也就更低。

要实现128层3D NAND在市场上的普及，预计要等到2020年以后，从2021年产量逐步增加，届时NAND Flash产量将进一步增加，单位成本也将进一步下滑。

东芝存储器（TMC）3D技术发展路线图

东芝存储器（TMC）3D技术发展路线图

新一代3D NAND：1.4Gbps传输速率，1.2V的工作电压

随着3D技术迭代更新，三星、东芝/西部数据、美光、SK海力士等96层3D NAND将在2020年实现大规模普及，并逐步取代64层3D NAND。除了SK海力士、长江存储也将导入128层3D NAND，3D技术的发展不仅使容量向1Tb普及，1.4Gbps或更高的传输速度，以及1.2V的工作电压都将成为主流。

▼ SK海力士

日前，SK海力士首发的128层4D NAND，能够实现1Tb超高密度的NAND Flash，同时达到1.4Gbps的数据传输速率，工作电压降至1.2V，相较于2018年推出的96层512Gb TLC 4D NAND I/O接口速度1.2Gbps，性能提高了17%。

SK海力士3D技术发展路线图

▼ 三星

早在2018年，三星量产的90层以上堆叠的第5代V-NAND，采用Toggle DDR 4.0传输介面，传输速率就已达到了1.4Gbps，工作电压从1.8V降至1.2V。三星2017年64层V-NAND的 I/O数据传输速度为1Gbps，比48层速度快1.5倍。

三星3D技术发展路线图

▼ 长江存储

长江存储64层NAND预计将提前于第3季小量试产，利用XtackingTM技术可大幅提升NAND I/O数据传输速度到3.0Gbps，并计划在2020年跳过96层3D NAND，直接进入128层3D NAND堆叠，同时还将在2019年8年推出XtackingTM 2.0，将对128层3D NAND技术进一步优化。

长江存储3D技术发展路线图

新一代3D NAND将优先满足高端智能型手机市场和SSD需求

近几年，消费类和企业级SSD市场需求强劲，基于128层3D NAND的技术优势，SK海力士将在2020上半年大规模生产2TB容量的消费类SSD，这将加快推动消费类SSD需求向TB以上转移，同时降低单位成本，提高消费者向更高容量转移的速度，扩大在市场上的普及率。

企业级市场，SK海力士也将基于128层3D NAND推出16TB和32TB容量NVMe SSD，满足云和数据中心领域需求，再加上三星、东芝存储器/西部数据、美光等也会跟进128层3D NAND，预计16TB和32TB容量的企业级SSD将在2020年倾巢出笼，相较于目前传统HDD 16TB的容量，SSD在容量上已超越HDD。

另外，SK海力士正计划基于128层3D NAND在2020上半年为高端旗舰智能型手机客户开发下一代UFS 3.1产品，更高的容量、更快的速度，以及更低的功耗，是下一代移动市场最佳的解决方案，尤其是迎接5G爆发带来的新的应用商机，可为全球智能型手机需求在2020年复苏提供动力。

SK海力士：全球首次成功研发128层4D Nand闪存

（观察者网讯）

据韩国《中央日报》6月27日报道，SK海力士宣布，该公司已经在全世界率先成功研发出128层4D Nand闪存芯片，将从今年下半年(7月~12月)开始投入量产。新产品比以往96层4D Nand芯片的生产效率提高了40%。

据SK hynix透露，该产品是业界最尖端的128层堆栈4D NAND，适用超均一垂直植入技术、高信赖多层薄膜构成技术、超高速低电力线路设计等技术。同时，该产品也是用TLC存储方式打造的NAND中，首次达到1TB容量的产品。

NAND闪存是一种比硬盘驱动器更好的存储设备，在不超过4GB的低容量应用中表现得尤为明显。随着人们持续追求功耗更低、重量更轻和性能更佳的产品，NAND被证明极具吸引力。NAND闪存是一种非易失性存储技术，即断电后仍能保存数据。它的发展目标就是降低每比特存储成本、提高存储容量。

6月26日，SK海力士宣布成功开发出“128层1Tb的TLC（Triple Level Cell）4D Nand闪存”，即将投入量产。距离该公司在去年10月开发出96层4D Nand闪存芯片过了8个月时间。据悉，最近DRAM和Nand闪存等存储芯片的价格不断下降，SK海力士今年第一季度已经出现亏损，现在似乎打算在Nand闪存领域寻找新的突破口。

据报道，相比传统的3D Nand闪存工程，4D Nand闪存解决了芯片设计过程中最为困扰的面积问题，大大提高了生产效率。SK海力士表示，“新产品使用同样的4D平台，通过对工程进行最佳优化，在比96层产品增加了32层储存单元的情况下，还将全部的工程程序减少了5%”。

SK海力士副总经理吴钟勋（音）表示，128层4D NAND将确保NAND项目的根本竞争力。该产品实现业界最多层堆栈、最高容量，将及时提供各种解决方案。

SK海力士计划从今年下半年开始正式开售128层4D闪存芯片，并接连推出各种产品解决方案。SK海力士还计划积极对云数据中心使用的企业级固态硬盘(SSD)、需要大容量存储芯片的5G移动通信智能手机市场展开攻略。