232层3D闪存芯片来了:单片容量2TB,传输速度提高50%


232层的 3D 闪存芯片来了,数据传输速率提高 50%,容量可达 2TB。

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