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8月6日闪迪和东芝两家闪存厂商宣布了旗下最新3D NAND技术的闪存芯片即将问世，这款号称世界第一款48层3D NAND闪存采用3bit/cell多值化技术，容量为32GB，采用15纳米工艺，比市面上最优秀的商用闪存芯片电路密度提高了2倍、存储速度提高4-5倍，而能耗将进一步降低。并且，因为采用了3D堆栈技术，新芯片的面积将缩小，非常适合智能手机、平板电脑之类的设备。据说，明年iPhone7很可能会搭载上述两家厂商的新型3D NAND闪存芯片。 其实，3D NAND闪存早已不是什么新鲜玩意，因为去年三星早就快人一步宣布量产世界首款3D V-NAND闪存，不同的是三星量产的是3D垂直闪存V-NAND。今天我们就来具体分析三星的V-NAND闪存。 三星V-NAND：不再缩小cell单元，堆叠更多层数 3D V-NAND技术3D是指立体存储，V指的是垂直存储，说起来就是不再追求缩小cell单元，而是通过3D堆叠技术封装更多cell单元，这样也可以达到容量增多的目的。 这种变化其实没有说起来这么简单。SSD中使用的是浮栅极MOSFET（Floating gate MOSFET），电子储存在栅极中，它相当于一个导体。这种晶体管的缺点就是写入数据时，栅极与沟道之间会形成一次短路，这会消耗栅极中的电荷，也就是说每次写入数据都要消耗一次栅极寿命，一旦栅极中的电荷没了，cell单元就相当于挂了，不能再存储数据。 三星的V-NAND闪存就放弃了传统的浮栅极MOSFET，改用自家的电荷撷取闪存（charge trap flash，简称CTF）设计。每个cell单元看起来更小了，但是里面的电荷是储存在一个绝缘层而非之前的导体上的，理论上是没有消耗的。这种看起来更小的电荷有很多优点，比如更高的可靠性、更小的体积，不过这些还只是其中的一部分。 使用CTF结构的V-NAND闪存被认为是一种非平面设计，绝缘体环绕沟道（channle），控制栅极又环绕着绝缘体层。这种3D结构设计提升了储存电荷的的物理区域，提高了性能和可靠性。 可靠性和性能提升是V-NAND闪存的一个方面，还有就是3D堆叠。由于三星已经可以垂直方向扩展NAND密度，那就没有继续缩小晶体管的压力了，所以可以使用相对更旧的工艺来生产V-NAND闪存，现在使用的是30nm级别的，介于30-39nm之间。 使用旧工艺的好处就是P/E擦写次数大幅提升，目前的19/20nm工艺MLC闪存的擦写次数普遍是3000次，三星的V-NAND闪存可达35000次，这也是三星说可靠性提升2-10倍的由来。 使用旧工艺甚至也没妨碍三星提高NAND密度，三星之前公布的V-NAND是128Gb核心的，目前主流19/20nm工艺的核心容量是64Gb，如果用传统工艺制造128Gb核心的NAND，那么工艺需要15nm。 更大容量的NAND有着更少的干扰，编程时间会更短，这意味着性能会提高。此外，更大容量的NAND的读写不需要那么多次的重试，因此总功耗也会更低。 目前的128Gb核心NAND已经很好，不过这肯定不是终点，三星预计在2017年实现每核心1Tb，这都要归功于3D NAND。此外，理论上三星还可以使用更先进的制程工艺来提高储存密度，只是这样做也会面临传统二维NAND结构需要面对的难题。另外，目前的V-NAND还是2bit MLC，有需要的话三星还可以选择使用3bit MLC（TLC）来进一步提高储存密度。 闪存新技术的应用和推广，代表着整个闪存产业的最高技术水平，也将SSD的性能和运行速度又进行了一次全面提升。对消费者利好的就是，我们未来可以看到SSD在储存密度、性能及可靠性上的改进，还有使用电子设备的体验性会更好。 |
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