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3D NAND时代已至!Xtacking会是中国闪存的机会吗?

导读: 众所周知的是,NAND生产工艺每一次的提升,都会促使存储产品的容量大幅增加。据悉,目前NAND已从2D极限容量的128GB上升到现在的64层512GB,而96层也会逐渐向512GB过渡,技术成熟后量产也可达到1TB。

近日,备受业界关注的“2018年中国闪存市场峰会(CFMS2018)”在深圳开幕,来自三星、美光、西部数据、长江存储、慧荣科技、群联电子以及江波龙等全球存储界大厂以及英特尔、谷歌等科技界巨头的代表们齐聚一堂,围绕“全球闪存市场的最新发展、技术的演进以及行业应用”等话题展开了深度探讨。

存储大厂“豪赌”3D NAND TB时代或指日可待

据业内统计,2018年全球半导体市场规模将达到1500亿美金,其中NAND Flash将超过570亿美金,中国消耗了全球产能的32%,目前已成为全球存储产业中最为重要的市场。NAND产线布局方面,中国闪存市场总经理邰炜表示:“今年上半年,各个原厂主要以量产64层为主,下半年部分原厂已经转为96层或者64层QLC。从目前情况来看,大规模的量产将集中在2019年上半年,量产容量基本是256GB或者512GB,也有部分原厂采用64层QLC量产1TB比如美光,长江存储也计划明年量产64层TLC。”

而在成本方面,由于越来越多的厂商开始从2D NAND工艺向3D NAND过渡,2D转3D能够将NAND的尺寸做的更小且容量更大。举例来讲,如果采用2D工艺来量产128GB的闪存芯片,一片可以切割628个Die,但如果采用3D工艺,在成本几乎不变的前提下64层可以切割出1000个256GB的Die,更高的晶圆材料利用率也使得量产能力大幅提升。

据邰炜介绍:“目前,3D NAND已经是各个原厂主要量产的产品,各主要厂商3D产能的占比方面,三星的3D NAND占总产能的85%、东芝及西部数据占75%、美光也达到了90%、SK Hynix则为60%。得益于此,今年NAND Flash存储市场的存储密度将达到2300亿GB当量,价格上经历了2016年和2017年的连续涨价已经开始下滑,2018年的综合价格指数跌幅会超过40%,后续随着越来越多3D NAND的量产,这个价格还会进一步下跌。”

众所周知的是,NAND生产工艺每一次的提升,都会促使存储产品的容量大幅增加。据悉,目前NAND已从2D极限容量的128GB上升到现在的64层512GB,而96层也会逐渐向512GB过渡,技术成熟后量产也可达到1TB。同时,由于QLC相较于TLC容量更大,所以采用64层QLC以及96层的TLC技术单颗Die均能够达到1TB的量产水平,这种技术能力的大幅提升将推进智能手机存储加速迈向TB时代。

3D Xtacking技术:中国闪存的“王牌”?

3D NAND技术的逐步成熟,的确为全球存储产业做出了莫大的贡献,这一点毋庸置疑。不过,纵使3D闪存的架构非常具有竞争力,但它也存在着诸多的技术缺陷,比如周边电路受到热力和硬力影响,三极管的速度很难提上去,所以周边电路的I/O速度也做不高;而且,按照目前传统的3D NAND方案来做,外围电路基本占据了芯片面积的10%-30%,虽然可以堆积的越来越高,但占据的面积也会不断增长。随着3D NAND逐渐向128层不断堆叠,外围电路的面积会逐渐占据整块芯片的50%以上,周边电路的密度会越来越大,最终导致真正的存储密度的增长会不断减少;还有就是整个闪存的工艺流程也变得越来越长,推向市场的时间也会加长,对产品的整个市场竞争力都会产生一定的负面影响。

作为中国本土存储力量的三大代表之一,长江存储带来了其引以为傲的3D Xtacking技术。长江存储总经理杨士宁博士告诉记者:“采用新型的3D Xtacking架构,实际上我们周边的控制电路基本上可以随意选择任何逻辑电路的先进工艺,甚至以后可以更快,由于跟存储单元完全分开了,这样周边电路的速度可以没有特别大的限制而往上提高。有了这样一个工艺,我们发现在64层这个工艺节点上,我们的存储产品的密度基本上是业界最高的,而且如果用比较传统的方法做96层,它的密度也不会比我们用Xtacking 的64层高太多,大概也只高15%左右。”

而且,传统方案由于需要研发很艰难的工艺,虽然周边电路不是那么难,但是需要将其整合在同一片晶圆上,电路之间的互相干扰会非常大,需要一圈圈的试错,一般会耗费3-6个月的研发时间。“但采用Xtacking的话研发周期会大幅减少,我们估计至少可以减短3个月,因为我们基本上是各个部分都分开来做,最后只需要整合放在一起就好。”杨士宁表示,这样即充分利用了存储单元和外围电路的独立加工优势,又实现了并行且模块化的产品设计和制造,极大的缩短了3D NAND的开发时间。据悉,该方案的相关产品将于2019年真正实现量产。

总之,随着NAND Flash工艺逐渐从2D向3D过渡,技术和产能齐升的态势下,未来不仅是智能手机,诸如智能家居、智能手表以及汽车智能终端等更多的应用场合都将能看到高性价比的NAND产品,且随着越来越多原厂陆续布局和推出64层QLC以及96层的TLC等创新技术,TB级闪存时代也将加速到来。作为中国存储产业的一大得力干将,以Xtacking技术切入3D NAND市场的长江存储,虽然为国产存储技术的发展点燃了希望,但编者认为其未来在与美日韩厂各方势力的不断切磋下,能否真正在全球存储界站稳脚跟,还需要更多时间的考验和市场的磨练!

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