NAND市场,激战打响

NAND市场,激战打响

随着人工智能(AI)相关半导体对高带宽存储(HBM)需求的推动,NAND闪存市场也感受到了这一趋势的影响。 

目前,NAND闪存市场的竞争正在加剧,存储巨头三星和SK海力士正加紧努力,以提升NAND产品的性能和容量。 

两大巨头轮番出手 ,三星投产第九代V-NAND闪存

今年4月,三星宣布其第九代V-NAND 1Tb TLC产品开始量产,这将有助于巩固其在NAND闪存市场的卓越地位。 

那么V-NAND闪存是什么呢? 

众所周知,平面NAND闪存不仅有SLC、MLC和TLC类型之分,而且为进一步提高容量、降低成本,NAND的制程工艺不断进步。虽然更先进的制程工艺带来了更大的容量,但容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降。比如:制程工艺不断革新的同时,NAND cell单元之间的干扰现象越来越严重。 

三星的V-NAND便不再追求缩小cell单元,而是通过3D堆叠技术封装更多cell单元,实现增加容量的目的。 

2013年,三星发布全球首款V-NAND闪存并量产,标志着3D NAND闪存从技术概念向商业市场的转变。而如今,这一技术已经迭代到第九代。 

与第八代V-NAND相比,第九代V-NAND的单位面积存储密度提高了约50%,这得益于行业内最小的单元尺寸和最薄的模具层。为了提升产品质量和可靠性,三星采用了新的创新技术,诸如避免单元干扰和延长单元寿命,同时取消备用通道孔则大幅减少了存储单元的平面面积。 

第九代V-NAND采用了新一代Toggle 5.1闪存接口,让数据传速速度提升33%,高达3.2Gbps。新的接口可为最新的PCIe 5.0 SSD提供足够的性能带宽保障。与上一代产品相比,第九代V-NAND在低功耗设计方面也有改进,其功耗降低了10%,可使SSD变得更为节能。 

目前三星已启动1Tb TLC第九代V-NAND的大规模生产,随后将于今年下半年推出QLC的型号。 

SK海力士开发新一代移动端NAND闪存解决方案“ZUFS 4.0”

今年5月,SK海力士宣布,公司开发出用于端侧(On-Device)AI的移动端NAND闪存解决方案产品ZUFS(Zoned UFS)4.0’。 

SK海力士表示:“ZUFS 4.0为新一代移动端NAND闪存解决方案产品,其产品实现业界最高性能并专为端侧AI手机进行优化。” 

ZUFS按数据的各自特性来区分管理智能手机应用程序生成的数据。与现有UFS不分区域而混合存储的方式不同,ZUFS可以对不同用途和使用频率的数据进行分区(Zone)存储,提高手机操作系统的运行速度和存储设备的数据管理效率。 

由此ZUFS将在长期使用环境下,手机应用程序的运行时间与现有UFS相比改善了约45%。而且,ZUFS在存储读写性能下降方面实现了4倍以上改善效果,从而产品的使用寿命也提升了约40%。 

SK海力士给客户提供初期试用产品,而基于此产品规格与客户协作开发出符合JEDEC标准的4.0产品。公司将于今年第三季度开始ZUFS 4.0产品的量产。 

其实,自NAND闪存进入3D时代以来,芯片层数一直是各大NAND闪存芯片厂商竞争的焦点,堆栈层数越来越高。在3D NAND技术的竞争中,存储厂商从最初的24层、32层发展到128层、176 层,甚至超过200层。在此背景下,各存储厂商有着不同的押注,一起看看各家的发展路线如何。 

只是卷到200层?各家技术路线为何?

根据TomsHardware此前报道,三星正在准备发布的第9代V-NAND技术产品,达到了280层,相比第8代V-NAND技术的236层有了进一步的提高。三星的技术路线便是选择V-NAND架构。 

SK海力士321层NAND计划2025年上半年开始量产

SK海力士在去年8月美国圣克拉拉举行的2023闪存峰会上,首次展示了全球首款321层NAND闪存。

SK海力士的技术路线便是选择4D堆叠。值得注意的是,SK 海力士在 2018 年研发的 96 层 NAND 闪存就超越了传统的 3D 方式,并导入了 4D 方式。 

传统的 3D NAND 架构由堆叠的 NAND 阵列和外围电路组成。在大多数设计中,外围电路放置在 3D NAND 阵列旁边,这种布局占用了裸片区域,并最终限制了可用于内存本身的区域数量。SK 海力士将过去放置在存储单元旁侧的外围电路转移至存储单元下方,减少了芯片占用空间。并将其称之为4D NAND。 

相比 3D 方式,4D 架构具有单元面积更小,生产效率更高的优点。 

321层1Tb TLC NAND的效率比上一代238层512Gb提高了59%。这是由于数据存储的单元可以以更多的单片数量堆栈至更高,在相同芯片上实现更大存储容量,进而增加了单位晶圆上芯片的产出数量。

SK海力士相关负责人表示,“以正在量产的最高级238层NAND积累的技术经验为基础,公司正在有序进行321层NAND的研发。”值得注意的是,早在2022年,SK海力士就已成功研发238层4D NAND闪存。

作为业界首家公布300层以上NAND具体开发进展的公司,SK海力士宣布,将进一步完善321层NAND闪存,并计划于2025年上半年开始量产。 

铠侠和西部数据宣布推出 218 层 3D NAND 闪存

去年3月,铠侠和西部数据宣布推出 218 层 3D NAND 闪存。该闪存利用了1Tb三层单元(TLC)和四层单元(QLC)的四个平面,通过创新的横向收缩技术,将位密度提高了50%以上。其NAND I/O接口速度超过了3.2Gb/s,比上一代产品提高了60%,再加上写入性能和读取延迟有着20%的提升幅度,将加速用户的整体性能和可用性。 

产品发布时,铠侠首席技术官Masaki Momodomi表示,很高兴通过与西部数据独特的工程合作,成功地推出了具有业界最高位密度的第八代BiCS FLASH,目前已开始向部分客户提供样品,未来将用于一系列以数据为中心的应用,包括智能手机、物联网设备和数据中心。 

铠侠选用的是BiCS架构,这是铠侠在2007年提出的概念。此外,西数、铠侠还开发了新的CBA技术,也就是将CMOS直接键合在阵列之上,每个CMOS晶圆、单元阵列晶圆都使用最适合的技术工艺独立制造,再键合到一起,从而大大提升存储密度、I/O速度。 

美光宣布232 层 QLC NAND 现已量产

今年4月,美光宣布其 232 层 QLC NAND 现已量产,并在部分 Crucial 英睿达固态硬盘(SSD)中出货。与此同时,美光 2500 NVMe SSD也已面向企业级存储客户量产,并向 PC OEM 厂商出样。 

美光 232 层 QLC NAND 可为移动设备、客户端设备、边缘和数据中心存储设备带来无与伦比的性能,其主要优势包括:业界领先的存储密度,比竞争对手最新产品的存储密度提升高达28%;业界领先的 2400 MT/s1 NAND 输入/输出(I/O)速度,比上一代产品提升 50%;读取性能比上一代产品提升 24%;编程性能比上一代产品提升 31%。 

1000层都未必是终点

增加 3D NAND 器件中的有源层数量是当今提高闪存记录密度的最佳方法,因此所有 3D NAND 制造商都努力每 1.5 到 2 年就推出新的工艺节点来实现这一目标。 

虽然当下的竞争主要聚焦在200层左右,但是200层远远不是终点,近两年已经有巨头开始瞄准1000层堆叠的3D NAND。 

在2023年的IEDM会议上,三星电子预测在不久的将来,堆叠字线的数量将超过1,000层,他们也正在进行技术开发,目标是实现1,000层。 

三星表示3D NAND 闪存层的速度正在呈指数级增长。最初,大约需要五代才能达到 100 层。对于三星来说,第5代(V5)有92层,第6代(V6)有128层。然而,从第六代(V6)的128层开始,只过了两代就增加了100层。比如:第8代(V8)最多有236个字线层。这意味着第8代在第6代之上堆叠了 108 层。 

如果按照这个速度下去,第9代(V9)将达到300层以上,第10代(V10)将达到430层,第11代(V11)将达到580层。如今,三星正在为V13一代的堆叠字线数量超过1000层作出积极努力。 

此外,其他存储厂商也正在持续发力更高层数NAND Flash,美光232层之后,计划推出2YY、3XX与4XX等更高层数产品;铠侠与西数也在积极探索300层以上、400层以上与500层以上的3D NAND技术。 

近日,铠侠首席技术官Hidefumi Miyajima在东京城市大学举行的第71届应用物理学会春季会议上也表示,计划到2031年开始批量生产超过1000层的3D NAND闪存芯片。 

需要注意的是,1000层NAND可没有那么好做。 

从理论上讲,堆叠1000层以上的NAND是可行的,但需要解决堆栈过程中的沉积和蚀刻问题。 

具体来看,在2D NAND的发展进程中,光刻技术是推动其发展的关键工艺,3D NAND则完全不同,存储单元以垂直堆叠的方式实现容量的增长。 

Lam Research电介质首席技术官Bart van Schravendijk表示,3D NAND堆叠到96层时,实际沉积层数已经达到了192层以上,其中,氮化硅层的均匀性将成为影响器件性能的关键参数。 

除此之外,3D NAND工艺流程中最困难的部分当属高纵深比要求的蚀刻工艺。在3D NAND结构中,必须通过蚀刻工艺从器件的顶层到底层蚀刻出微小的圆形孔道,将存储单元能够垂直联通起来。 

Lam Research表示,对于96层3D NAND晶圆来讲,蚀刻的纵深比高达70:1,而且每块晶圆中都要有一万亿个这样细小的孔道,这些孔道必须互相平行规整。随着堆叠层数的增加,蚀刻工艺的难度也会逐渐增大。 

这也意味着倘若未来堆叠的层数超过1000层,芯片厂商或将需要面临越来越复杂、昂贵的工艺。到时候,存储产业需要找到新的解决方法不断满足人们日益增长的存储需求,当然,这也可能是一种全新的存储介质,各大原厂同样深知这一点,目前也在积极投入研发当中,例如:FeRAM,MRAM,PCM,RRAM等,然而,哪种器件能够突出重围,成为下一代非易失性存储器件,还需时间给出答案。 

更高层数的NAND带来了什么?

NAND芯片的堆叠层数越多,其主要性能上的好处包括增加了存储密度、改善了读写速度、提升了输入输出效率、降低了功耗、缩小了物理空间占用。这一系列的优点对于小型化、高性能的移动设备和固态硬盘(SSD)等产品尤为重要。 

对于NAND行业而言,NAND闪存类存储本身处在AI生态链中,任何数据如果没有SSD便无法运转起来,因此大模型兴起客观上就会引发对NAND需求。 

随着堆叠层数的提高,毫无疑问将实现容量的提高以及单位成本的降低,随之SSD的价格也有所下探。 

当下时刻,NAND闪存光景大好

自2023 年第四季度以来,存储行业环境改善明显,下游市场需求复苏,存储产品的销量也实现同比大幅增长。 

根据TrendForce集邦咨询最新研究报告表明,受惠于AI服务器自二月起扩大采用Enterprise SSD影响,大容量SSD订单开始涌现,结合PC、智能手机客户因价格上涨持续提高库存储备,带动2024年第一季NAND Flash量价齐扬,营收季增28.1%,达147.1亿美元。 

本季排名变动最大在于美光超越西部数据,位居第四名。主要是美光于2023年第四季价格及出货量略低于其他竞争对手,故第一季营收成长幅度以51.2%居冠,达17.2亿美元。 

三星 受惠于消费级买家持续提高库存水位,以及Enterprise SSD订单开始复苏,第一季营收季增28.6%,达54亿美元,稳居市场首位。第二季受惠于Enterprise SSD出货动能扩大,尽管消费级产品订单动能转趋保守,但因NAND Flash合约价持续上涨,三星第二季营收有机会再成长逾两成。 

SK集团 受惠于智能手机、服务器订单动能强劲,带动第一季营收季增31.9%,达32.7亿美元。由于Solidigm拥有独特的Floating Gate QLC技术,大容量Enterprise SSD订单动能续强,第二季SK集团出货位元成长幅度可望优于其他供应商,营收预估续增两成。 

铠侠 由于第一季产出仍受去年第四季减产策略影响,出货位元仅季增7%,但受惠于NAND Flash均价上涨,带动第一季营收季增26.3%,达18.2亿美元。第二季在供应位元逐步上升,加上提供客户更弹性的议价空间下,进一步扩大Enterprise SSD出货量,第二季营收预期将再成长约两成。 

西部数据 由于零售市场需求自今年二月起明显萎缩,影响出货位元表现,但同样受惠于NAND Flash合约价上涨,带动西部数据第一季营收季增2.4%,达17.1亿美元。值得注意的是,第二季受限于整体消费性市场仍未回温,加上PC及智能手机全年展望保守,故西部数据欲加速Enterprise SSD产品开发,以扩大未来成长动能。然而,企业级产品验证时程较长,对带动短期出货动能成长有限,预期西部数据第二季营收可能持平。 

观察第二季趋势,PC及智能手机客户的NAND Flash库存水位已高,加上今年消费终端订单成长仍未优于预期,品牌厂买家备货转趋保守。与此同时,受惠于大容量Enterprise SSD订单翻倍,带动第二季NAND Flash产品均价续涨15%,预估第二季NAND Flash营收有机会再季增近一成。 

本文地址:https://www.cknow.cn/archives/65650

以上内容源自互联网,由百科助手整理汇总,其目的在于收集传播生活技巧,行业技能,本网站不对其真实性、可靠性承担任何法律责任。特此声明!

如发现本站文章存在版权问题,烦请提供版权疑问、侵权链接、联系方式等信息发邮件至candieraddenipc92@gmail.com,我们将及时沟通与处理。