盡管平面浮柵技術還能夠進一步收縮,但工程師們并沒有過多關注,現在只專注于3D NAND。
NAND閃存技術是東芝在1989年推出的,使得拇指驅動器,SSD和你的智能機內存成為可能,并最終達到了一個發展的死胡同。
東芝和其他平面浮柵NAND閃存的主流廠商正在擱置這些工程計劃轉而集中開發3D NAND,又稱垂直電荷捕獲或浮柵閃存以及其他3D存儲器。
負責東芝的存儲器業務副總裁,Scott Nelson稱平面或2D NAND閃存將持續售賣,因為現在仍有許多“較低密度”的應用程序在用它。但是將它收縮到15nm以下的經濟性可以說是毫無意義可言。
“任何的進一步收縮尺寸都太有挑戰性,” Nelson表示,“截至目前,依然沒有路線圖指明會出現另一代浮柵。”
令人意外的是,2D NAND的發展困境是較為近期的。大約一年前半導體研究公司Objective Analysis首席分析師 Jim Handy在和at Imec半導體研究與開發副總裁的談話中曾表示“實現13nm平面NAND一路都會暢行無阻。”(Imec是半導體企業研究聯盟)
就在上個月,Steegen改變了她的看法。
“她說NAND制造商放棄了這個計劃,而且把他們所有的資源都放在了3D上,” Handy稱,“所以,是的,平面閃存終結在15nm上。”
東芝發展伙伴閃迪也曾在訪談中有相同表示。
2013年,三星第一個推出了垂直TLC "V-NAND"——一個基于電荷捕獲閃存(CTF)技術并且垂直互聯處理技術鏈接到單元陣列的32層單元架構。通過使用后者的技術,三星的3D V-NAND能提供相對其20nm平面NAND閃存兩倍以上的縮放。
東芝今年早期推出了15nm NAND閃存用于嵌入式多媒體卡(eMMC)。東芝和閃迪在其開發更大密度和容量3D技術的同時仍將售賣其15nm平面NAND用于較低容量應用程序。
三星的3D V-NAND芯片性比以前的平面NAND閃存提供2到10倍更高可靠性和2倍寫入性能。
美光在NAND閃存開發方面與英特爾有合作關系,它的研究與開發副總裁,Scott DeBoer稱它們的公司計劃下一步也將集中在2個新的3D存儲器技術上。
英特爾和美光正在開發基于一個浮柵存儲器單元的32層3D NAND閃存;它們近期也推出了一個電阻式RAM(ReRAM)存儲器也就是最近很熱的3D Xpoint。128Gbit芯片,基于新的3D Xpoint技術,提供比平面NAND高達1000倍的性能和恢復力。英特爾和美光稱其3D NAND將控制在256Gbits (32GB)或384Gbits (48GB)每芯片。
3D Xpoint技術是英特爾和美光創造的一個新型非易失性存儲器的,依靠材料的電阻變化來實現非易失性。在存儲單元和選擇器里結合架構和獨一無二的材料使得3D Xpoint實現更高密度,性能以及耐久性。
美光和英特爾的32層3D NAND旨在降低成本增大容量,而他們的新3D XPoint RAM將取代一些用于高性能應用程序的DRAM和NAND閃存,如大數據分析。
英特爾和美光稱3D XPoint RAM為“1989年以來首個新型存儲器”,提及了浮柵NAND。
那么為什么不用3D XPoint取代3D NAND?生產起來太貴了,英特爾方面稱。因為它的價格點,3D XPoint存儲器將居于DRAM(更快更貴的存在)和3D NAND(更慢更便宜的存在)之間。
再加上近期閃迪進入實驗性生產的48層3D NAND芯片。隨著這些非易失性存儲器的涌現,平面NAND無法在規模上競爭,但是從130nm的尺寸(1989年),甚至是40nm(2006年)也隔了相當長一段時間。
考慮到這一點,人類的一條DNA鏈直徑是2.5納米,一英寸是25,400,000納米。現在想一下主要的NAND閃存存儲器制造商都在大肆生產15nm和16nm大小的NAND。沒有多少空間來進一步收縮了。
而與此同時廠商正在收縮平面NAND制程技術,他們正在逐漸增加存儲器單個晶體管或單元的數據比特數數量。從SLC NAND到MLC NAND,再到TLC NAND。
問題是隨著晶體收縮,比特數增加,表現數據存儲的電子從一個單元泄漏到另一個里還有了數據錯誤。這意味著我們需要更多的糾錯編碼(ECC)來維持存儲器的可靠性。這一點也已經變得越來越困難了。
結果:不再繼續制造尺寸更小更密集的存儲器,廠商開始制造垂直NAND類似微型摩天大樓——采用電荷捕獲技術的微小NAND向上堆疊層。
東芝和閃迪的BiCS 3D垂直NAND便是如此。
“3D NAND有力地回應了未來相當長一段時間的可預見性縮放比例,”閃迪的存儲器技術執行副總裁Siva Sivaram表示,而對于縮放平面NAND,則稱每年大約增加兩倍容量。
一個1Tbit芯片,外推到一個SD卡的容量,這將意味著一個產品擁有能存儲800GB到1TB容量到半個郵票大小對象中的能力。
東芝和SanDisk現在都很篤定3D NAND的未來,它們正在日本三重縣翻新重建一個更大的晶圓廠專注生產3D NAND閃存芯片。該工廠將于明年竣工,第二季度開始大規模生產,Sivaram如是說。
“我們的重點,現在是3D NAND,”Sivaram表示。“我們沒有做其他的2D產品。”