Hello，大家好，這是《探索“芯”詞典》欄目的第一篇，本欄目將從半導體技術詞匯入手，在介紹概念的同時，也說一說技術背后的故事。本篇文章要說的詞是“NAND”，諧音“難得”。說到這個“難得”，那就是一把辛酸淚了。上個月東芝位于日本四日市的5座NAND閃存廠發(fā)生了停電意外，雖然在約13分鐘后恢復正常供電，但停工了5天，而且有3座晶圓廠要到本月中旬才能恢復產(chǎn)。
此后，日本政府宣布，從7月4日起開始管控向南韓出口3種生產(chǎn)半導體、智能手機與面板所需的關鍵材料，造成存儲器產(chǎn)業(yè)下游模組廠出現(xiàn)提高報價狀況。
當然，目前還難以衡量東芝NAND閃存廠停電事件以及日本對韓國制裁事件對NAND閃存市場到底影響有多大，但發(fā)展形勢不好判斷，外界分析師用一個詞概括——市場的不確定性。那么，這個“難得”的“NAND”究竟是怎樣的存在？
誕生
NAND要從哪里開始講起呢？話說當年，盤古手握……啊不對，該技術并沒有久遠到那么夸張。最遠不過從1943年說起，那年舛岡富士雄在日本群馬縣高崎市出生了。
1971年，舛岡富士雄在日本東北大學拿到工程系電子工程專業(yè)的博士學位，隨后拿到了東芝的offer。起初在半導體的研究開發(fā)部門，1977年被調至營業(yè)部門。不過那時舛岡富士雄顯然不是做銷售的料，對IBM和英特爾等開展了各種推銷活動，卻賣不出去貨。
東芝心想，算了還是讓這哥們干技術吧。一年后，舛岡富士雄被調離營業(yè)部門轉入半導體工廠的制造技術部門。上帝給你關了銷售才能這個門，偷偷給你開了技術大牛這扇窗。舛岡富士雄在技術做出了不少卓越貢獻。
過了3、4年，舛岡富士雄受ULSI研究中心的當時研究中心所長武石喜幸賞識，被調回研發(fā)部。并在1984年首先提出了快速閃存存儲器ULSI的概念。然而，這并未得到東芝及日本社會的重視。
但是，英特爾看到了這項發(fā)明的潛力，與東芝簽訂了交叉授權許可協(xié)議，成立了300人的閃存事業(yè)部。當時英特爾技術制造本部副社長、香港出身的Stefan Lai評價稱，英特爾改良了東芝發(fā)明的NOR，并成功實現(xiàn)批量生產(chǎn)和低價格，同時炫耀著自己豪宅，贊美“這就是美國夢”。
盡管東芝發(fā)明了NOR，但英特爾先行將其發(fā)展起來。舛岡富士雄并不服氣，在1987年又提出NAND的概念，并且和10位各具特色的同事共同研發(fā)，僅3年時間就獲得成功，并準備推動新發(fā)明實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
由于他的貢獻，東芝獎勵了他一筆幾百美金的獎金和一個位置很高卻悠閑的職位。做為一個工程師，他忍受不了這種待遇，不得不辭職進入大學繼續(xù)科研。
東芝公司的短視很快招來了市場的懲罰。Flash市場迅速擴張，在90年代末期就達到數(shù)百億美金的市場規(guī)模，Intel是這個市場的霸主，而東芝公司只享有很小的份額（NAND，NOR幾乎沒有）。在很長一段時間，東芝公司甚至不承認NOR flash是他發(fā)明的，說是Intel發(fā)明的。直到IEEE在1997年頒給富士雄特殊貢獻獎后才改口。
富士雄覺得自己的貢獻被東芝公司抹殺了，他憤然于2006年起訴了公司，并索要10億日元的補償。最后他和東芝公司達成和解，得到8700萬日元（合758,000美元）。
概念
Flash主要有兩種NOR Flash和NADN Flash。
NOR flash是Intel公司1988年開發(fā)出了NOR flash技術。NOR的特點是芯片內執(zhí)行（XIP, eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在flash 閃存內運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除 速度大大影響了它的性能。
NAND Flash內部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量內存的實現(xiàn)提供了廉價有效的解決方案。Nand-flash存儲器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲，因而在業(yè)界得到了越來越廣泛的應用，如嵌入式產(chǎn)品中包括數(shù)碼相機、MP3隨身聽記憶卡、體積小巧的U盤等。
從存儲原理來看，兩種閃存都是用三端器件作為存儲單元，分別為源極、漏極和柵極，與場效應管的工作原理相同，主要是利用電場的效應來控制源極與漏極之間的通斷，柵極的 電流消耗極小，不同 的是場效應管為單柵極結構，而 FLASH 為雙柵極結構，在柵極與硅襯底之間增加了一個浮 置柵極。
浮置柵極是由氮化物夾在兩層二氧化硅材料之間構成的，中間的氮化物就是可以存儲電荷的 電荷勢阱。上下兩層氧化物的厚度大于 50 埃，以避免發(fā)生擊穿。
此外，根據(jù)NAND閃存中電子單元密度的差異，又可以分為SLC（單層次存儲單元）、MLC（雙層存儲單元）、TLC(三層存儲單元)以及QLC（四層存儲單元）此四種存儲單元在壽命以及造價上有著明顯的區(qū)別。
SLC（單層式存儲），單層電子結構，寫入數(shù)據(jù)時電壓變化區(qū)間小，壽命長，讀寫次數(shù)在10萬次以上，造價高，多用于企業(yè)級高端產(chǎn)品。
MLC（多層式存儲），使用高低電壓的而不同構建的雙層電子結構，壽命長，造價可接受，多用民用高端產(chǎn)品，讀寫次數(shù)在5000左右。
TLC（三層式存儲），是MLC閃存延伸，TLC達到3bit/cell。存儲密度最高，容量是MLC的1.5倍。造價成本最低，使命壽命低，讀寫次數(shù)在1000~2000左右，是當下主流廠商首選閃存顆粒。
QLC則是Quad-Level Cell，或者叫4bit MLC，電壓從0000到1111有16種變化，容量增加了33%，但是寫入性能、P/E壽命會再次減少。
隨著時代發(fā)展，NAND閃存顆粒的技術突飛猛進，并且逐漸形成了幾大超大規(guī)模的專業(yè)閃存顆粒制造商，這些能夠直接切割晶圓和分離出NAND閃存顆粒的廠商，一般稱之為閃存顆粒原廠。
隨著晶圓物理極限的不斷迫近，固態(tài)硬盤上單體的存儲單元內部的能夠裝載的閃存顆粒已經(jīng)接近極限了，更加專業(yè)的術語表述就是單die能夠裝載的顆粒數(shù)已經(jīng)到達極限了，要想進一步擴大單die的可用容量，就必須在技術上進行創(chuàng)新。
于是，3D NAND技術也就應運而生了。
2D NAND真實的含義其實就是一種顆粒在單die內部的排列方式，是按照傳統(tǒng)二維平面模式進行排列閃存顆粒的。
相對應的，3D NAND則是在二維平面基礎上，在垂直方向也進行顆粒的排列，即將原本平面的堆疊方式，進行了創(chuàng)新。
利用新的技術(即3D NAND技術)使得顆粒能夠進行立體式的堆疊，從而解決了由于晶圓物理極限而無法進一步擴大單die可用容量的限制，在同樣體積大小的情況下，極大的提升了閃存顆粒單die的容量體積，進一步推動了存儲顆?？傮w容量的飆升。
現(xiàn)狀
今年5月份，全球市場研究機構集邦咨詢半導體研究中心 ( DRAMeXchange ) 發(fā)布了 2019 年第一季度 NAND Flash 品牌商營收與市占排名。
其中，三星目前仍是營收最高的 NAND Flash 廠商，盡管較上季下滑 25%，但依然達到了 32.29 億美元。同時市場份額保持在 29.9%，排名第一。SK 海力士排名第二，第一季 NAND Flash 營收衰退 35.5%，為 10.23 億美元。東芝第三，第一季營收達 21.8 億美元，季減 20.2%。
西數(shù)第四，營收達 16.10 億美元，季減 25.9%。美光第五，營收季衰退 18.5%，達到 17.76 億美元。英特爾排名第六本季營收來到 9.15 億美元，較上季衰退 17.3%。
此外，DRAMeXchange不久前發(fā)文表示，中國NAND廠商長江存儲器技術公司已經(jīng)將其64層Xtacking芯片樣品提交給各潛在客戶與控制器供應商，主要銷售重點指向中國國內市場。YMTC方面正在其位于武漢的新工廠壓縮32層芯片的生產(chǎn)，計劃為接下來的64層產(chǎn)品提供產(chǎn)能空間。公司還有意在2020年轉向128層NAND以進一步降低產(chǎn)品成本并提升存儲容量出貨量。
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