全球首款超过 200 层固态存储芯片问世：密度提升 43%，性能翻倍

全球首款超过 200 层固态存储芯片问世：密度提升 43%，性能翻倍

机器心脏报告

编辑:泽南，蛋酱

美光带来了业界最高的固态存储密度，单个NAND芯片封装高达2 TB的数据。

内存制造商美光(Micron)最近宣布，其232层NAND闪存芯片已经量产。这也是全球首款突破200层大关的固态存储芯片。

一些竞争对手目前正在提供176层技术，一些制造商表示他们正在遵循这一步，或者他们已经有超过200层的工程样品。

与竞争对手的芯片相比，新的微米技术将单位面积的位密度提高了一倍，每平方毫米封装14.6 Gbit。这个密度比我们自己的176L NAND高43%左右，比竞争对手的TLC产品高35%到100%。

更高的密度使美光最终能够生产出第一个1Tbit TLC芯片。从产品化的角度来看，这意味着美光现在也可以通过堆叠16个232L管芯来生产2TB的芯片封装。这对于SSD容量来说是个好消息，SSD容量通常受到可以放置的封装数量的限制。

与此同时，美光也在研究其芯片封装的尺寸，因此尽管更大的容量意味着芯片尺寸逐代增加(根据美光的密度数据，估计约为70.1mm^2)，但该公司仍将新一代芯片封装减少了28%。因此单芯片封装从12mm x 18mm (216mm^2)缩小到11.5mm x 13.5mm (~155mm^2).这对美光的下游客户来说是个好消息。

美光表示，1 TB的芯片可以放在2 TB的封装中，每个封装的边长不超过一厘米，可以存储持续时间约为两周的4K视频(340小时)。

除了密度的提升，最新一代的美光NAND还提升了数据传输速度。最重要的是，Micron将其NAND芯片中的平面数量从4个增加到6个，进一步提高了每个芯片中的并行性。4平面设计在上一代NAND中已经非常普遍，而且随着NAND密度的增加，平面的数量也在增加，这样传输速率才能跟上更高的密度。美光已确认232L NAND中的plane提供独立读取能力。

随着并行度和内部传输速率的提高，微米可以大大提高每个芯片的读写速度。据该公司称，与176L代NAND相比，新芯片的读取速度提高了75%以上，而写入速度提高了一倍。

此外，美光还强调，232层堆栈的3D NAND Flash将比上一代产品功耗更低，在低功耗产品中使用时更具节能优势。

根据IDC的数据，2021年，全球产生了81万亿TB的数据(或81个ZB)，IDC预测这一数字到2026年将达到221个ZB。Micron数据中心的存储副总裁Alvaro Toledo表示:“存储必须创新才能跟上时代的步伐。

将存储器芯片升级到层232是Micron已经部署的许多技术的组合和扩展。要理解意义，需要了解3D NAND闪存的基本结构和功能。这些存储芯片本身由底层的CMOS逻辑和其他电路组成，负责控制读写操作，尽可能快速高效地获取芯片内外的数据。

CMOS之上是NAND闪存单元层。与其他器件不同，闪存单元是垂直构建的。它们从(相对)深且窄的孔开始，通过导体和绝缘体的交替层被蚀刻。然后用材料填充该孔，并对其进行处理以形成器件的位存储部分。可靠地蚀刻和填充穿过所有这些层的孔的能力是该技术的关键限制。美光的工艺不是一次蚀刻全部232层，而是分成两部分，然后叠加。新品的116层高于上一代的88层。

“这是一个惊人的工程壮举，”阿尔瓦罗说。“这是我们克服的最大挑战之一。」

根据托莱多的说法，未来的NAND芯片将是一条通向更多层的道路。“挑战肯定是有的，但我们还没有看到这条路的尽头，”他说。

除了添加越来越多的层，NAND闪存制造商可以将多个存储位封装到单个设备中，从而增加存储位的密度。微米级芯片的每个存储单元可以增加三倍以上的密度。也就是说，存储在每个单元中的电荷将产生足以区分八种不同状态的效应。目前，每单位3位产品(TLC)占大多数，但也存在一些4位产品(QLC)。

今年早些时候，西部数据的研究人员在IEEE固态电路国际会议上展示了一种QLC芯片，该芯片在162层芯片中实现了15 GB/mm 2的面密度。Kioxia (Armored Man)的工程师在上个月的IEEE VLSI技术和电路研讨会上也展示了一款每单元7位的产品，但它需要将芯片浸入77开尔文(-196摄氏度)的液氮中。选择这种异常低温的环境是为了减少数据读取噪声。

美光正在推广232L NAND作为176L NAND的全栈替代产品——该公司认为新产品适用于从移动和物联网到PC和数据中心产品的所有领域。美光表示，新的NAND已经开始向特定客户交付，首先是其自己至关重要的英瑞达SSD产品。今年晚些时候，新产品的生产将进一步增加。再过几个月，我们就可以在消费市场上看到新版SSD固态硬盘了。

美光目前没有公布任何新的critical产品，这可能意味着critical将在现有产品中部署新的NAND，因此人们需要关注新产品的性能。

参考内容:

https://spectrum . IEEE . org/micron-is-first-to-deliver-3d-flash-chips-than-200-layers

https://www . Anand tech . com/show/17509/microns-232-layer-NAND-now-shipping

https://www . toms hardware . com/news/micron-take-lead-with-the-232-layer-NAND-up-2tb-per-chip-package

https://www.micron.com/products/nand-flash/232-layer-nand

剧终

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