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三星3D V-NAND技术解析：引领闪存的新时代
发布时间：2013年08月22日 08:30:09 硬盘测评 人已围观
简介三星在过去两年已成为全球最大的NAND供应商，凭借强大的生产能力和顶尖的技术实力。本月初，三星宣布成功量产全球首款3D垂直闪存V-NAND，并在本月中旬推出了企业级V-NAND闪存，进一...
在过去的两年里，三星已经成为全球领先的NAND闪存供应商，凭借出色的生产能力和顶尖的技术实力，稳居行业首位。本月初，三星宣布成功量产全球首个3D垂直闪存V-NAND，并在本月中旬推出了相关的企业级V-NAND闪存。尽管海力士、SanDisk、美光和东芝等其他厂商也在推行各自的垂直闪存项目，但三星在量产方面已经走在了前面，从而获得了更为显著的竞争优势。
三星的V-NAND每个die的容量为128Gb（16GB），利用3D堆叠技术，最多可以实现24层的die堆叠，从而使得总容量可达到384GB。此外，三星还表示V-NAND闪存在写入速度以及可靠性上都有超过两倍的提升。
三星量产V-NAND垂直闪存的意义何在？它是如何实现的？这对整个NAND产业又会带来什么样的影响？Anandtech网站对此进行了深入分析。
传统NAND面临的挑战：提升容量需更先进制程，伴随而来的是性能下降
自从2008年Intel推出X25-M SSD以来，SSD的价格显著下降，当时80GB SSD的价格高达600美元，如今同样的预算却可购买到三星或美光的1TB SSD。摩尔定律不断推动电子产品的进步，晶体管尺寸不断减小，NAND闪存的密度不断提升，价格也相应降低。
然而，晶体管缩小导致的后果是NAND的可靠性与性能逐渐下降。以IMFT近年来的NAND产品的P/E循环及编程时长为例，如下图所示。
不同工艺下的闪存擦写次数及编程时间
在50nm制程时期，P/E次数达到10000次，编程所需时间仅为900us。然而，随着制作工艺的进步，P/E次数已由1000次降低至5000次，再降至3000次。这只是MLC的情况，如果是TLC，P/E次数更是降至1000次。
这一现象的根本原因在于基本的物理特性。2bit MLC每个单元需存储2bit数据，仅需一小部分电子，而3bit MLC（即TLC）中的每个单元储存方式在NAND缩小后则变得复杂，如果进入到14/15/16nm阶段，情况将更加严峻。
三星的简洁说明
在这些微小变化的测量上，特别是在NAND单元日益缩小并互相靠近的情况下，挑战更为显著。20nm工艺之后，单元间的干扰加剧，而在50nm工艺阶段，这些问题之前可借助主控和优质的NAND得以缓解。如今我们已看到，SSD主控需要执行更多ECC和DSP相关工作，以确保数据能被准确读写。
通过更先进制程继续生产传统NAND的路线即将面临瓶颈，目前的工艺预计仅能持续一到两代，之后继续缩小单元的可能性很小。
那么，NAND未来的出路在哪里？答案就是V-NAND技术。三星通过电荷捕获闪存（charge trap flash）技术成功推出3D闪存。
