NAND Flash跨入128层时代

2019年Q3度全球NAND闪存市场明显复苏，三星、铠侠(原东芝存储)、美光等主要存储厂商的出货量均有较大幅度增长。据DRAMeXchange数据显示，2019年Q4季度全球NAND闪存市场营收125.46亿美元，环比增长8.5%，位元出货量增长10%左右，合约价也由跌转涨。

技术升级一向是存储芯片公司间竞争的主要策略。随着存储市场由弱转强，处于新旧转换的节点，各大厂商纷纷加大新技术工艺的推进力度，加快从64层3D NAND向96层3D NAND过渡，同时推进下一代128层3D NAND技术发展进程，以期在新一轮市场竞争中占据有利位置。

如前文所言，3D NAND主要依靠die堆叠，采用这种方式可以使得每颗芯片的储存容量可以显著增加，而不必增加芯片面积或者缩小单元，使用3D NAND可以实现更大的结构和单元间隙，这有利于增加产品的耐用性。因此想要增加存储空间就需要不断的增加堆叠层数，这也就是为什么先进存储厂商一直想要追求更多堆叠层数的原因。

东芝方面，也是CTF电荷撷取技术，东芝是目前日本最大的半导体制造商，也是闪存技术的缔造者，于1989年最早研制出了NAND闪存。虽然东芝公司最早提出3D NAND架构，并于2012年成功研发16层3D 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。

据悉，迫于三星的市场压力，东芝计划采用P-BiCS(Pipe-shaped Bit Cost Scalable)技术量产3D NAND产品，样品于2014年Q1送样，计划于2016年第二季度量产；且在2016年度至2018年度，东芝大举投资半导体存储器，投资额将达8千亿日元。

2018 年6 月东芝将铠侠独立出去，并卖给由美国贝恩资本主导的「日美韩联盟」。东芝目前仍持有铠侠40.2%股权。

1月31日，铠侠宣布已研发出3D NAND Flash「BiCS FLASH」的第5代产品，采用堆叠112层制程技术，且已完成试作、确认基本动作。该款堆叠112 层的3D NAND 试作品为512Gb（64GB），采用3bit/cell（TLC：Triple Level Cel）技术的产品，预计将在2020 年第一季进行样品出货，除将用来抢攻需求持续扩大的资料中心用SSD、商用SSD、PC 用SSD 及智能手机等市场外，也将用来抢攻5G、人工智能（AI）、自动驾驶等新市场需求。

铠侠指出，该款112 层3D NAND 产品为该公司和合作伙伴美国Western Digital（WD）所携手研发完成，今后将利用双方共同营运的四日市工厂以及北上工厂进行生产，且今后也计划推出采用堆叠112 层制程技术的1Tb（128GB）TLC 产品以及1.33Tb 的4bit/cell （QLC：Quadruple-Level Cell）产品。关于上述112 层3D NAND 的量产时间，WD 宣布，预定将在2020 年下半年。

美光过去在 2D 平面式 NAND FLash 技术世代，一直与英特尔联合开发技术、分摊产能建置成本等。

不过，从 2D 转进 3D NAND 世代中，美光已经直逼拥头部厂商水准。IC 设计业者分析，美光在 3D NAND 技术层面，已经直逼三星水准，其读写 read/write performance 只有三星可以抗衡，且在相同layer 下，其die size 也是业界最小，技术实力在 3D NAND 时代大幅追上来。

2019年10月初，美光宣布第一批第四代3D NAND存储芯片流片出样。第四代3D NAND基于美光的RG架构，采用128层工艺。在“Mircon Insight2019”技术大会上，美光科技执行副总裁兼首席商务官Sumit Sadana表示，128层3D NAND如果被广泛使用，将大大降低产品每比特成本。

如前文所言，他们即将开始批量生产其基于公司新的RG架构的第四代3D NAND存储设备，美光第四代的28层3D NAND即将流片表示，表示该公司新设计不仅仅是一个概念。

同时，美光还没有计划将其所有产品线都转换为最初的RG处理技术，因此明年公司范围的每位成本将不会大幅下降。尽管如此，该公司承诺在其后续RG节点广泛部署之后，到2021财年（从2020年9月下旬开始）将实现有意义的成本降低。

相比国际先进水平，国内厂商长江存储也在3D NAND上有所突破，并推出了其独特的Xtacking技术。

据相关报道显示，传统3D NAND架构中，外围电路约占芯片面积的20—30％，降低了芯片的存储密度。随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围电路可能会占到芯片Xtacking技术将外围电路连接到存储单元之上，从而实现比传统3D NAND更高的存储密度。

据悉，长江存储的64层3D NAND闪存产品将在2020年进入大规模量产，此外，长江存储还将在今年跳过96层，直接投入128层闪存的研发和量产工作。

从进度来看，128层3D NAND基本将在今年大量进入企业存储市场，逐渐成为主流。但是从此亦可看出，存储厂商间的新一轮技术升级之争亦将变得更加激烈。

半导体专家莫大康指出，存储芯片具有高度标准化的特性，且品种单一，较难实现产品的差异化。这导致各厂商需要在工艺技术和生产规模上比拼竞争力。

因此，每当市场格局出现新旧转换时，厂商往往打出技术牌，以期通过新旧世代产品的改变，提高产品密度，降低制造成本，取得竞争优势。

值得注意的是，今年由于疫情原因，可能影响智能手机及笔记本等消费电子产品的出货，闪存出货量预计会衰退或者持平。因此也有业内人士指出，存储厂可能会更趋向于加大96层3D NAND的生产。

对于中国存储业来说，技术上从2D到3D的改变，是一个难得的发展机遇，但是如何抓住这个机遇仍具挑战。

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引用自:原创-邱丽婷(半导体行业观察) 

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