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NAND闪存的进化之路

来源:杭州东田工控  日期:2019-09-19

    SSD自诞生之日起,用在PC和工控机上后就不断朝着更强的性能、更高的容量和更低的价格进化。想完成这三个目标,首先就需要从NAND闪存着手,包括引入更先进的生产工艺、可存储更多数据的多层单元,以及从2D平铺向3D堆叠的结构转变。

   NAND闪存

    制程工艺

    和我们熟悉的CPU相同,NAND闪存芯片也是由硅晶圆片切割而来,其电气性能受到制程工艺的影响。当CPU改用更先进的制程工艺后(如从14nm升级为10nm),可以在更小尺寸的芯片中集成更多的晶体管,并改善栅极间的漏电率,从而获得更高的频率(性能)和更低的功耗。NAND闪存芯片也是如此,更先进的工艺,可以在相同芯片面积的情况下获得更大的容量。

    多层单元

    硅晶圆片工艺的升级进度很慢,赶不上市场对SSD容量的需求变化。因此,从NAND闪存的单元层数入手,就是缓解这一矛盾的有效手段。NAND闪存是由多个以bit(比特)为单位的单元构成,这些单元通过电荷被打开或关闭来记录存储状态(0,1)。

NAND闪存  

    立体堆叠

    NAND闪存虽然可以通过制程工艺的提升来增加容量并降低成本,但更先进的工艺也会导致NAND的氧化层变薄进而影响可靠性。同时,NAND闪存从SLC→MLC→TLC→QLC,每一次都会招来质疑和谩骂。为了解决上述问题,3DNAND闪存堆叠和硅穿孔(TSV)封装技术便孕育而生了。

  NAND闪存 

    所谓3DNAND(三星还将自家的技术称为V-NAND),就是一种类似“盖楼”的立体堆叠技术,可以在单芯片面积的基础上堆出更多容量。如今,64层的3DNANDI闪存已经渐成市场的主流,三星已经在2018年量产了96层3DNANDSSD(970EVOPlusSSD),东芝和金士顿的96层产品(BG4和A2000)也陆续上市,2019年初东芝甚至宣布了128层的3DNAND颗粒已经开发成功。

    将来的3DNAND技术的好处多多,比如64层3DNAND就能在单颗粒上实现1GB容量,还能明显降低成本和功耗,甚至可以将理论擦写寿命仅有150次的QLC闪存延长到1000次擦写,让我们共同期待这项技术尽早用在PC和工控机上吧。

 

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