3D NAND堆疊大戰(zhàn)如火如荼！中國(guó)存儲(chǔ)需跟上國(guó)際技術(shù)演進(jìn)節(jié)奏

3D NAND的堆疊大戰(zhàn)正在如火如荼地進(jìn)行。如果說(shuō)幾家國(guó)際閃存大廠，如三星、美光、東芝、西數(shù)、SK海力士當(dāng)前推向市場(chǎng)的主流產(chǎn)品是64層(或72層)3D NAND，那么明年就將跨入96層。在近日舉行的國(guó)際存儲(chǔ)研討會(huì)2018(IMW 2018)上，應(yīng)用材料公司預(yù)測(cè)，到2020年3D存儲(chǔ)堆疊可以做到120層甚至更高，2021年可以達(dá)到140層以上。除了3D堆疊之外，存儲(chǔ)廠商也在力圖通過(guò)改善數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元結(jié)構(gòu)與控制器技術(shù)以增加單位存儲(chǔ)容量，美光便于日前率先推出QLC 3D NAND，將單位存儲(chǔ)容量提升了33%。

這些情況說(shuō)明了國(guó)際大廠正在加快推進(jìn)3D NAND的技術(shù)演進(jìn)，以便加高自身技術(shù)壁壘，拉開(kāi)與競(jìng)爭(zhēng)者的差距。存儲(chǔ)器是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的核心芯片之一，長(zhǎng)江存儲(chǔ)等國(guó)內(nèi)企業(yè)亦有望于今年年底前實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)。在3D NAND新產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)之際，加快發(fā)展步伐，跟上國(guó)際技術(shù)的演進(jìn)節(jié)奏非常重要。

NAND閃存3D堆疊未來(lái)上看140層?

隨著2017年幾大國(guó)際存儲(chǔ)廠商爭(zhēng)相推進(jìn)64層3D NAND量產(chǎn)，今年以來(lái)相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始大量進(jìn)入主流市場(chǎng)。根據(jù)集邦咨詢半導(dǎo)體研究中心(DRAMeXchange)的數(shù)據(jù)，今年第一季度NAND閃存品牌廠營(yíng)收季減3%;第二季度PC用固態(tài)硬盤(pán)(SSD)合約價(jià)均價(jià)下跌3%～11%。而連續(xù)兩個(gè)季度價(jià)格下跌的主要原因，一方面是因?yàn)槭袌?chǎng)仍處于小幅供過(guò)于求的狀態(tài)，另一方面則是因?yàn)榇蠖鄶?shù)SSD供貨商為促銷最新一代的64/72層3D SSD新品，降價(jià)意愿提升。

對(duì)此，DRAM eXchange研究協(xié)理陳玠瑋表示，英特爾、三星、美光、東芝、SK海力士等廠商的最新64/72層3D SSD都已給主要客戶送樣測(cè)試，而且也先后進(jìn)入量產(chǎn)階段。這是今年市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)會(huì)加劇的主因。

在NAND閃存跌價(jià)的行情下，擁有成本優(yōu)勢(shì)成為存儲(chǔ)廠市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。有消息稱，三星開(kāi)始量產(chǎn)64層3D NAND，并利用新平澤工廠提高產(chǎn)量;美光推進(jìn)64層3D NAND也非常順利;東芝、西部數(shù)據(jù)從去年下半年開(kāi)始量產(chǎn)64層3D NAND;SK海力士隨著72層3D NAND產(chǎn)能及良率提升，預(yù)計(jì)今年其搭載72層3D NAND的企業(yè)級(jí)SSD出貨比重將顯著提升。

除了擴(kuò)大64/72層3D NAND生產(chǎn)比重，存儲(chǔ)廠也在推進(jìn)下一代技術(shù)的開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)。有消息稱，三星將搶先在2018年年底前量產(chǎn)96層3D NAND，并投入128層3D NAND研發(fā)。但也有相關(guān)人士表示，由于96層3D NAND技術(shù)難度相對(duì)較大，三星或以92層作為過(guò)渡技術(shù)。東芝與西部數(shù)據(jù)此前曾經(jīng)宣布96層3D NAND已完成研發(fā)，并屢次擴(kuò)大Fab6工廠的投資金額，為96層3D NAND的量產(chǎn)做準(zhǔn)備。英特爾和美光曾表示，第三代3D NAND技術(shù)(96層)的開(kāi)發(fā)將于2018年年底或2019年年初交付，預(yù)計(jì)英特爾和美光96層3D NAND可在2019年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

3D化已經(jīng)成為NAND閃存技術(shù)的主要發(fā)展方向，它指儲(chǔ)存器單元不在一個(gè)平面內(nèi)，而是一個(gè)堆疊在另一層之上。采用這種方式，每顆芯片的儲(chǔ)存容量可以顯著增加，而不必增加芯片面積或者縮小單元，使用3D NAND可以實(shí)現(xiàn)更大的結(jié)構(gòu)和單元間隙。這有利于增加產(chǎn)品的耐用性，降低生產(chǎn)成本。3D堆疊已經(jīng)成為NAND廠商間的主要競(jìng)爭(zhēng)方向。

QLC固態(tài)硬盤(pán)加速進(jìn)入市場(chǎng)

改善數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元結(jié)構(gòu)及控制器技術(shù)，以增加單位存儲(chǔ)容量，降低生產(chǎn)成本，是NAND閃存的另一個(gè)發(fā)展方向。

5月21日，美光科技率先推出業(yè)界首款采用QLC四比特單元存儲(chǔ)技術(shù)的固態(tài)硬盤(pán)，并表示已經(jīng)開(kāi)始供貨。根據(jù)美光發(fā)布的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，其新推出的5210 ION固態(tài)硬盤(pán)，采用了64層3D QLC NAND與QLC架構(gòu)，相較于TLC架構(gòu)容量更大，使得單顆芯片容量可高達(dá)1Tb。

目前，存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)類型分為以下幾種：SLC、MLC、TLC、QLC。QLC四比特單元(每個(gè)Cell單元儲(chǔ)存4個(gè)數(shù)據(jù))，成本更低，容量更大，但壽命更短(理論上可擦寫(xiě)150次)，將使企業(yè)降低生產(chǎn)成本，獲得高競(jìng)爭(zhēng)力。IDC研究副總裁Jeff Janukowicz表示，QLC企業(yè)級(jí)SATA固態(tài)硬盤(pán)提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式，將企業(yè)應(yīng)用程序遷移到閃存，而且有機(jī)會(huì)擴(kuò)大企業(yè)級(jí)閃存的潛在市場(chǎng)。

實(shí)際上，不僅是美光，為了降低NAND閃存的生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，三星、東芝、西部數(shù)據(jù)等公司都在加速Q(mào)LC 3D DAND的開(kāi)發(fā)。2017年7月，東芝與西部數(shù)據(jù)就發(fā)布了采用BiCS4技術(shù)的QLC閃存，核心容量768Gb。根據(jù)東芝與西部數(shù)據(jù)的介紹，采用BiCS4技術(shù)的96層3D NAND已完成研發(fā)，初期用來(lái)制造3D TLC閃存，單顆芯片容量256Gb，而在良品率足夠高之后，會(huì)轉(zhuǎn)向更高容量的3D TLC，并最終制造3D QLC，容量可達(dá)1Tb。此外，三星也在發(fā)展QLC NAND芯片，將會(huì)在第五代NAND技術(shù)上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

中國(guó)存儲(chǔ)需跟上國(guó)際技術(shù)演進(jìn)節(jié)奏

無(wú)論是3D堆疊還是QLC的推出，這些情況均說(shuō)明了隨著3D NAND技術(shù)走向?qū)嵱没?，?guó)際廠商正在加快推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。3D NAND相對(duì)2D NAND來(lái)說(shuō)，是一次閃存技術(shù)上的變革。而且不同于基于微縮技術(shù)的平面閃存，3D存儲(chǔ)器的關(guān)鍵技術(shù)是薄膜和刻蝕工藝，技術(shù)工藝差別較大，而且相對(duì)2D NAND來(lái)說(shuō)，國(guó)際大廠在3D存儲(chǔ)器布局方面走得并不遠(yuǎn)。從現(xiàn)在的情況來(lái)看，很顯然，國(guó)際廠商們也認(rèn)識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，正在紛紛加大技術(shù)研發(fā)的力度，以期爭(zhēng)奪新時(shí)期的高點(diǎn);同時(shí)增加產(chǎn)能與量產(chǎn)上的投入，力求與對(duì)手拉開(kāi)距離。

目前，中國(guó)投入3D NAND的企業(yè)，以長(zhǎng)江存儲(chǔ)為主，目前項(xiàng)目進(jìn)展的速度也很快。根據(jù)公布的資料，2016年12月底，由長(zhǎng)江存儲(chǔ)主導(dǎo)的國(guó)家存儲(chǔ)器基地正式動(dòng)土，預(yù)期分為三個(gè)階段，將建設(shè)三座3D NAND廠。2017年9月，一期廠房提前封頂;11月，成功開(kāi)發(fā)出32層3D NAND芯片;2018年4月11日，生產(chǎn)設(shè)備正式進(jìn)場(chǎng)安裝。

紫光集團(tuán)董事長(zhǎng)、長(zhǎng)江存儲(chǔ)董事長(zhǎng)趙偉國(guó)在裝機(jī)儀式上表示，武漢長(zhǎng)江存儲(chǔ)基地將募資800億元，金額已經(jīng)全數(shù)到位，今年可進(jìn)入小規(guī)模量產(chǎn)，明年進(jìn)入128Gb的3D NAND 64層技術(shù)的研發(fā)。紫光集團(tuán)全球執(zhí)行副總裁暨長(zhǎng)江存儲(chǔ)執(zhí)行董事長(zhǎng)高啟全則披露，長(zhǎng)江存儲(chǔ)的3D NAND閃存已經(jīng)獲得第一筆訂單，總計(jì)10776顆芯片，將用于8GB USD存儲(chǔ)卡產(chǎn)品。

中科院微電子所所長(zhǎng)葉甜春表示：“主流存儲(chǔ)器產(chǎn)品帶有標(biāo)準(zhǔn)化的大宗產(chǎn)品特征，因此這個(gè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也就顯得更加激烈。一家企業(yè)的成功與否往往取決于技術(shù)進(jìn)步的速度與資本投入量。企業(yè)如果不能跟上技術(shù)更新?lián)Q代的速度，很快就會(huì)被淘汰。”葉甜春還強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)品特有結(jié)構(gòu)、企業(yè)特有工藝技術(shù)發(fā)展的重要性，以應(yīng)對(duì)國(guó)際上的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。“一家存儲(chǔ)器廠生產(chǎn)線不會(huì)全部都用通用裝備。在度過(guò)了發(fā)展初期階段后，企業(yè)必然會(huì)發(fā)展出一些特有的工藝技術(shù)，同時(shí)需要對(duì)工藝設(shè)備進(jìn)行定制化改造。我覺(jué)得3～5年后，中國(guó)存儲(chǔ)企業(yè)就應(yīng)走到這一步，否則很難形成自己的客戶群。而要完成工藝設(shè)備的定制，國(guó)內(nèi)裝備企業(yè)的發(fā)展又顯得十分重要。”葉甜春指出。