[情報] 3D NAND原廠垂直單元效率對比,哪家儲存
3D NAND原廠垂直單元效率對比,哪家儲存效率更高?
https://www.icsmart.cn/78902/
近日市場研究機構Techinsights對於三星、SK海力士/Solidigm、美光、KIOXIA/WD、YMTC
的200層以上的3D NAND Flash進行了對比分析,發現三星的垂直單元效率 (VCE,
vertical cell efficiency) 是最高的。
傳統的NAND快閃記憶體單元採用平面電晶體結構,包括控制柵極(Control Gate)和浮動
柵極(Float Gate)。通過向單元施加電壓,電子在浮動柵極中儲存和移除。
https://i.imgur.com/sCaegjK.jpg
多年來,供應商將平面 NAND 的單元尺寸從 120nm 縮小到 1xnm 節點,使容量增加了
100 倍。然而,當單元尺寸達到了 14nm 的極限,這意味著該技術不再可擴展,由此
NAND原廠紛紛轉向3D NAND,以實現超過 2D NAND 結構的資料密度,並能夠在更新一代的
技術節點上製造。
具體來說,平面 NAND 由帶有儲存單元的水平串組成。而在 3D NAND 中,儲存單元串被
拉伸、摺疊並以“U 形”結構垂直豎立。實際上,這些單元以垂直方式堆疊以縮放密度。
因此,3D NAND儲存單元有多個層級。
https://i.imgur.com/SPBso7E.jpg
3D NAND的層數描述了堆疊在一起的字線(Word Line)數量。在這些字線層上切出一個垂
直柱,柱子與每條字線的交點代表一個物理單元。也就是說,每個 3D NAND 儲存單元都
類似於一個微小的圓柱形結構。每個微小單元由中間的垂直通道和結構內部的電荷層組成
,通過施加電壓,電子可以進出絕緣電荷儲存膜,然後讀取訊號。
平面 NAND 在每個節點上都減小了單元尺寸,而 3D NAND 則採用了更寬鬆的工藝,大約
在 30nm 到 50nm 之間。3D NAND 記憶體容量的擴展主要是通過新增垂直層來實現的,在
這種3D NAND結構中,單元密度會隨著堆疊中層數的增加而增加。然後,每隔一到兩年,
供應商就會從一代技術遷移到下一代技術。
根據研究資料顯示,供應商平均每代 3D NAND 都會增加 30% 至 50% 的層數。而每一代
新的晶片將會增加 10% 至 15% 的晶圓成本。這也使得NAND 的每bit成本能夠平均以每年
約20%幅度降低。
現在,超過200層的TLC NAND 產品已經逐漸成為主流,比如三星236層NAND 、SK 海力士
238層NAND、美光 232層NAND 、YMTC 232層NAND。此外還有一些接近200層的廠商,比如
鎧俠(KIOXIA)和西部資料的 112層/162層NAND 和 Solidigm 的 144層/ 192層 (FG)
NAND。
https://i.imgur.com/OpFdFIK.jpg
△Techinsights從 SK 海力士 2TB SSD PC811 HFS002TEM9X152N (裝置:
H25T3TDG8C-X682) 中提取了 SK 海力士 238L 512 Gb 3D NAND 晶片,該晶片尺寸為
34.56mm2 ,位密度為 14.81 Gb/mm2 。
談到 3D NAND 單元效率,垂直單元效率 (VCE,vertical cell efficiency) 對於 NAND
單元工藝、設計、整合和裝置操作而言非常重要。
隨著堆疊的總柵極數量的增加,單元 VC(vertical cell)孔高度也會增加。為了降低
VC 高度和縱橫比,其中一種方法是通過減少虛擬柵極(dummy gates)、通過柵極(
passing gates)和選擇柵極(select gates)的數量來提高垂直單元效率。垂直單元效
率可以用總柵極中active cell 的百分比來定義,也就是用active WL (Word Line)除
以整合的總柵極數來計算。垂直單元效率越高,工藝整合度越高,縱橫比越低,整體效率
越高。
https://i.imgur.com/z7w5Suh.jpg
VCE可定義為活躍單元佔總柵極的比例,即Active WL 數量除以總整合柵極數量×100%。
例如,一個NAND串由Active WL、通道WL(含dummy WL)和選擇器(源極/漏極)組成。若
其包含96個Active WL和總計115個柵極,則VCE為83.5%,計算方法為96/115×100%。VCE
越高,對工藝整合越有利,能實現更低的縱橫比和更高的生產效率。
Techinsights發現,在多代 3D NAND 產品中,三星始終以最高的垂直單元效率領跑行業
。他們最新的多層V-NAND 在前幾代以高效著稱的基礎上,擁有令人印象深刻的垂直單元
效率。美光和YMTC也在其產品中展示了強勁的垂直單元效率資料,這反映出它們在減少虛
擬柵極、通過柵極和選擇柵極數量方面取得了顯著進步,從而最佳化了垂直單元效率。
https://i.imgur.com/hyM6iWx.jpg
△3D NAND 垂直單元效率趨勢
總結來看,三星每一代產品的VCE都是最高的,比如採用單層結構的128層是94.1%,176層
COP V-NAND是92.1%,236層2nd COP V-NAND是94.8% 。YMTC的232層Xtacking 3.0的VCE是
91.7%,美光232層是91%。KIOXIA 162層的VCE稍低一些,為88%。SK海力士238層共有259
個門,VCE為91.9%,仍然低於三星的236L。
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看來3D NAND還是三星第一
3D NAND 200層以上的垂直單元效率三星94.8%第一斷層式領先
其他都是91%左右 KIOXIA(最高只有162層)最爛只有88%
三星今年4月時宣布量產第九代V-NAND 290層
計畫明年下半年推出第十代V-NAND 430層
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 118.166.206.179 (臺灣)
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三星236層目前只有990 PRO 4TB
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