现今NAND闪存走向发展死胡同

尽管平面浮栅技术还能够进一步收缩，但工程师们并没有过多关注，现在只专注于3D NAND。

NAND闪存技术是东芝在1989年推出的，使得拇指驱动器，SSD和你的智能机内存成为可能，并最终达到了一个发展的死胡同。

东芝和其他平面浮栅NAND闪存的主流厂商正在搁置这些工程计划转而集中开发3D NAND，又称垂直电荷捕获或浮栅闪存以及其他3D存储器。

负责东芝的存储器业务副总裁，Scott Nelson称平面或2D NAND闪存将持续售卖，因为现在仍有许多“较低密度”的应用程序在用它。但是将它收缩到15nm以下的经济性可以说是毫无意义可言。

“任何的进一步收缩尺寸都太有挑战性，” Nelson表示，“截至目前，依然没有路线图指明会出现另一代浮栅。”

令人意外的是，2D NAND的发展困境是较为近期的。大约一年前半导体研究公司Objective Analysis首席分析师 Jim Handy在和at Imec半导体研究与开发副总裁的谈话中曾表示“实现13nm平面NAND一路都会畅行无阻。”(Imec是半导体企业研究联盟)

就在上个月，Steegen改变了她的看法。

“她说NAND制造商放弃了这个计划，而且把他们所有的资源都放在了3D上，” Handy称，“所以，是的，平面闪存终结在15nm上。”

东芝发展伙伴闪迪也曾在访谈中有相同表示。

2013年，三星第一个推出了垂直TLC "V-NAND"——一个基于电荷捕获闪存(CTF)技术并且垂直互联处理技术链接到单元阵列的32层单元架构。通过使用后者的技术，三星的3D V-NAND能提供相对其20nm平面NAND闪存两倍以上的缩放。

东芝今年早期推出了15nm NAND闪存用于嵌入式多媒体卡(eMMC)。东芝和闪迪在其开发更大密度和容量3D技术的同时仍将售卖其15nm平面NAND用于较低容量应用程序。

三星的3D V-NAND芯片性比以前的平面NAND闪存提供2到10倍更高可靠性和2倍写入性能。

美光在NAND闪存开发方面与英特尔有合作关系，它的研究与开发副总裁，Scott DeBoer称它们的公司计划下一步也将集中在2个新的3D存储器技术上。

英特尔和美光正在开发基于一个浮栅存储器单元的32层3D NAND闪存;它们近期也推出了一个电阻式RAM(ReRAM)存储器也就是最近很热的3D Xpoint。128Gbit芯片，基于新的3D Xpoint技术，提供比平面NAND高达1000倍的性能和恢复力。英特尔和美光称其3D NAND将控制在256Gbits (32GB)或384Gbits (48GB)每芯片。

3D Xpoint技术是英特尔和美光创造的一个新型非易失性存储器的，依靠材料的电阻变化来实现非易失性。在存储单元和选择器里结合架构和独一无二的材料使得3D Xpoint实现更高密度，性能以及耐久性。

美光和英特尔的32层3D NAND旨在降低成本增大容量，而他们的新3D XPoint RAM将取代一些用于高性能应用程序的DRAM和NAND闪存，如大数据分析。

英特尔和美光称3D XPoint RAM为“1989年以来首个新型存储器”，提及了浮栅NAND。

那么为什么不用3D XPoint取代3D NAND?生产起来太贵了，英特尔方面称。因为它的价格点，3D XPoint存储器将居于DRAM(更快更贵的存在)和3D NAND(更慢更便宜的存在)之间。

再加上近期闪迪进入实验性生产的48层3D NAND芯片。随着这些非易失性存储器的涌现，平面NAND无法在规模上竞争，但是从130nm的尺寸(1989年)，甚至是40nm(2006年)也隔了相当长一段时间。

考虑到这一点，人类的一条DNA链直径是2.5纳米，一英寸是25,400,000纳米。现在想一下主要的NAND闪存存储器制造商都在大肆生产15nm和16nm大小的NAND。没有多少空间来进一步收缩了。

而与此同时厂商正在收缩平面NAND制程技术，他们正在逐渐增加存储器单个晶体管或单元的数据比特数数量。从SLC NAND到MLC NAND，再到TLC NAND。

问题是随着晶体收缩，比特数增加，表现数据存储的电子从一个单元泄漏到另一个里还有了数据错误。这意味着我们需要更多的纠错编码(ECC)来维持存储器的可靠性。这一点也已经变得越来越困难了。

结果：不再继续制造尺寸更小更密集的存储器，厂商开始制造垂直NAND类似微型摩天大楼——采用电荷捕获技术的微小NAND向上堆叠层。

东芝和闪迪的BiCS 3D垂直NAND便是如此。

“3D NAND有力地回应了未来相当长一段时间的可预见性缩放比例，”闪迪的存储器技术执行副总裁Siva Sivaram表示，而对于缩放平面NAND,则称每年大约增加两倍容量。

一个1Tbit芯片，外推到一个SD卡的容量，这将意味着一个产品拥有能存储800GB到1TB容量到半个邮票大小对象中的能力。

东芝和SanDisk现在都很笃定3D NAND的未来，它们正在日本三重县翻新重建一个更大的晶圆厂专注生产3D NAND闪存芯片。该工厂将于明年竣工，第二季度开始大规模生产，Sivaram如是说。

“我们的重点，现在是3D NAND，”Sivaram表示。“我们没有做其他的2D产品。”

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