从长江存储的Xtacking,看那些存储器厂商都为3D NAND准备了哪些专利技术

2018-08-10 17:15:57 来源:EEFOCUS
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世界半导体贸易统计协会报告显示,2017年,存储器销售额为历年来新高,超过1200亿美元,占全球半导体市场总值的30.1%。其主要原因,是DRAM(最为常见的系统内存)和NAND Flash从2016年下半年起缺货并引发涨价。

 

 

同时伴着大数据、人工智能、自动驾驶汽车、服务器和物联网等一众新兴应用的兴起,存储市场被长期看好。存储器是各种现代电子设备的核心器件之一,被誉为信息产业的“粮食”。当前电子化、数据化程度越来越高,NAND Flash大容量、高速度、小体积、便携性、较高稳定性以及较低价格等优点使其一举超越其它闪存成为目前乃至未来一段时间统治信息存储领域的关键芯片。随着NAND Flash纳米制程技术不断向下微缩,技术瓶颈越发凸显,各大厂商都将NAND Flash的研发方向转向三维NAND。

 

众所周知,在存储器行业,东芝最早提出了FLASH概念,但目前市场占有率最大的却是韩国三星。对于3D NAND存储技术,同样是东芝最先提出垂直沟道的3D NAND架构并抢占了基础架构专利,但又是三星率先研发出了3D NAND产品,并且在2013年就成功实现量产(2015年8月已开始批量生产业内首款256Gb 48层的3D V-NAND闪存)。

 

中国是目前存储器领域最大消费市场国,市场上之前却并没有3D NAND自主品牌支撑。国家颁布了一系列利好政策予以扶持,同时国内芯片厂商也开始纷纷加大对3D NAND的产业投入。其中进展最快的是做NAND Flash的长江存储。

 

近日就有消息传出,长江存储发布了突破性技术——Xtacking™。称该技术将为3D NAND闪存带来前所未有的I/O高性能,更高的存储密度,以及更短的产品上市周期。

 

当前推向市场的主流产品是64层(或72层)3D NAND,除了3D堆叠之外,存储厂商也在力图通过改善数据储存单元结构与控制器技术以增加单位存储容量。国际大厂正在加快推进3D NAND的技术演进,以便加高自身技术壁垒,拉开与竞争者的差距。

 

销售额的持续增长与技术的不断突破从来就不是偶然,以点看面,与非网小编就带大家从长江存储的Xtacking,看那些存储器厂商都为3D NAND准备了哪些专利技术。


  
1、三星电子96层3D NAND
三星电子是韩国最大的电子工业企业,同时也是三星集团旗下最大的子公司。同时资金投入体量最大,NAND市场占有率居世界首位。

 

 

自2009年到2016年的8年间,三星公司累计在NAND领域投入264亿美金,其大手笔的资金投入快速推动了三星公司的创新研发进程,从而也为三星抢占行业垄断地位奠定了坚实的基础。数据显示,2015年三星在NAND闪存领域的市场占有率已达到38.5%,居世界首位。

 

在全球主要3D NAND型存储器领军企业中,三星公司的发明人数量以东芝的两倍之多而稳居第一;且三星的3D NAND发明人覆盖了全部主要技术环节。

 

三星的第五代V-NAND技术在性能方面有不小的改进,它采用的Toggle DDR 4.0接口运行速率已经从上一代3D NAND的800Mbps提升到了1.4Gbps,同时工作电压也从1.8V降低至1.2V,可以抵消掉接口提速带来的能耗上升。此外读写延迟也有所下降,其读取延迟已压缩到50微秒,写入延迟降低30%达到500微秒。

 

关于这一代3D NAND的制程技术改进细节三星并没有透露多少,目前可知的是每个存储层的厚度已经削薄了20%,以及文首处提及的30%产能提升。三星首批第五代3D NAND颗粒为256Gb TLC,是消费市场和手机存储里常见的规格,对它来说优先考虑需求量大的市场是必然的选择,至于供应服务器和数据中心SSD的1Tb QLC NAND之后再说。

 

2、东芝64层3D NAND
东芝(Toshiba),是日本最大的半导体制造商,也是第二大综合电机制造商,隶属于三井集团。虽然东芝公司最早提出3D NAND架构,并于2012年成功研发163D NAND实验品,但却迟迟未推出相关产品上市,导致其市场步伐落于三星之后。

 

 

作为闪存技术的初始发明人,尽管东芝现在的市场份额和产能被三星超越,但其在3D NAND领域还是有相当的技术积累,实力也是比较雄厚的。

 

3D NAND存储器领域全球主要申请人排名来看,尽管东芝公司1348件的申请量远远高于闪迪、海力士等存储企业,但还是落后于三星公司而屈居第二。

 

东芝已正式出货BiCS FLASH 3D闪存,采用64层堆叠,单晶粒容量512Gb(64GB,TLC),相对于上一代48层256Gb,容量密度提升了65%,这样封装闪存芯片的最高容量将达到960GB。

 

3、海力士半导体72层3D NAND
海力士半导体是世界第三大DRAM制造商。

 

 

在SK Hynix的72层(72L) TLC NAND闪存中,所谓的P-BiCS (Pipe-shaped Bit Cost Scalable)单元,是利用管线式(pipe)闸极链接每一个NAND字符串(NAND string);从其布局可见,该芯片包含4个平面(plane)以及双面字符线开关/译码器(two-sided wordline switches/decoders)。

 

该内存数组的效率约57%,是因为相对较大的内存与其他周边;而SK Hynix的36L与48L产品内存数组效率则分别为67.5%与64.0%。此趋势显示SK Hynix应该会为下一代芯片开发尺寸更小巧的设计。

 

于2018年8月8日,推出了全球首款4D闪存。

 

4、美光64层3D NAND
美光科技有限公司(MicronTechnology,Inc.)是高级半导体解决方案的全球领先供应商之一。

 

 

2017年5月,美光科技率先推出业界首款采用QLC四比特单元存储技术的固态硬盘,并表示已经开始供货。

 

根据美光发布的产品数据,其新推出的5210 ION固态硬盘,采用了64层3D QLC NAND与QLC架构,相较于TLC架构容量更大,使得单颗芯片容量可高达1Tb。

 

5、西部数据
西部数据公司(WesternDigitalCorp)是一家全球知名的硬盘厂商,成立于1970年,目前总部位于美国加州,在世界各地设有分公司或办事处,为全球五大洲用户提供存储器产品。

 

 

西部数据新型BiCS3 X4技术号称在单一芯片上提供768GB的存储容量,与之前的512GB芯片(每单元存储3比特)相比提高了50%的容量。按照西部数据的说法,伴随着容量的提升其仍将提供与BiCS3 X3技术相当的性能。

 

存储器是我国重点发展的核心芯片之一,加快发展步伐,跟上国际技术的演进节奏非常重要。

 

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邱丽婷
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