美光公司已經(jīng)開始著手量產(chǎn)其32層3D NAND閃存存儲器，而首批商用下游產(chǎn)品之一則為Crucial 750 GB SATA 2.5英寸SSD。如圖一所示，這款產(chǎn)品的連續(xù)讀取/寫入速度分別高達每秒530 MB與每秒510 MB;而其功耗則僅為常見磁盤驅動器的九十分之一，同時使用壽命亦更為出色。
Crucial SSD的售價為200美元，這使其成為筆記本電腦上的高競爭力選項，而且我們發(fā)現(xiàn)正有越來越多的計算機設備利用SSD取代傳統(tǒng)磁盤。磁盤驅動器也許將逐漸 被市場所淘汰，不過必須承認的是各相關廠商仍在努力加以創(chuàng)新，且磁盤的使用成本仍低于SSD。因此，我們預計在短期之內，磁盤驅動器仍將在市場上占據(jù)主導 地位。
圖一：Curical CT750MX300SSD1 750 GB SSD，美光公司生產(chǎn)。
圖二所示為Crucial 750 GB SSD的正面與背面電路板實物，可以看到其中包含8個美光NAND閃存存儲器模塊。這一數(shù)量相當于三星T3 2 TB SSD中48層3D NAND模塊數(shù)量的兩倍。因此從封裝模塊數(shù)量角度講，三星公司的每封裝存儲容量仍然占據(jù)優(yōu)勢。但其在晶片層面是否同樣領先于美光?
圖二：采用美光3D NAND的Curical SSD產(chǎn)品正面與背面電路板圖。
三星方面已經(jīng)能夠在每個NAND封裝模塊內塞入16塊晶片，如圖三所示。這意味著每塊面積為99.8平方毫米的晶片可提供32 GB存儲容量，或者換算為每平方毫米320 MB。
Crucial 750 GB SSD中包含8塊美光封裝模塊，其中單一封裝容納2塊晶片，面積為165平方毫米。這意味著其每平方毫米存儲密度為284 MB，低于三星方面的每平方毫米320 MB。不過三星公司的最大優(yōu)勢在于其48層結構以及20納米半位線間距，相比之下美光的半位線間距則更為松散僅為40納米。
也許我們應當用三星公司此前推出的32層V-NAND進行比較，此系列產(chǎn)品發(fā)布于2014年，同樣采用20納米半位線間距。我們同時發(fā)現(xiàn)，美光公司的每平方毫米284 MB存儲密度要遠高于三星在32層V-NAND中實現(xiàn)的每平方毫米127 MB水平。
圖三：三星K9UGB8S7M 48層V-NAND閃存存儲器。
圖四所示為三星48層V-NAND晶片的顯微拍攝結果，可以看到兩套大型NAND巨集將晶片一分為二。頁面緩沖與外圍電路位于NAND陣列巨集下方。該陣列巨集由垂直NAND串所使用的源極選擇晶體管外加源極線觸點所填充。
圖四：三星48層V-NAND放大級晶片拍攝圖。
美光公司的放大級晶片拍攝圖如圖五所示，其布局與三星差別很大，其中64個巨集涵蓋大部分陣列。我們尚未對其進行分析， 不過我們認為其可能容納有頁面緩沖區(qū)、行解碼器、字線開關以及可能存在的“粘合”邏輯。這是一種迥異于三星的設計策略，而且美光方面宣稱將有源電路放置在 存儲器陣列下方幫助其實現(xiàn)了良好的存儲密度提升效果，同時亦帶來更低的晶片制造成本。
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圖五：美光32層3D NAND放大級晶片拍攝圖。
圖六所示為美光3D NAND晶片的橫截面實拍圖。其中垂直NAND串由38個柵極層構成，其中32個作為NAND存儲單元，其余6個則可能作為虛設及選擇柵極。該NAND陣 列位于2到3層金屬互連與晶體管之上。其中金屬層1(即M1)似乎由鎢制成，這意味著其可能接入到該NAND陣列串的源選擇柵極當中。而金屬層2(M2) 似乎用于路由功能。其具體功能還要等待我們對設備進行電路級分析后才能確定。
圖六：美光32層3D NAND陣列橫截面實拍圖。
.NAND單元結構如圖七所示，而且我們已經(jīng)初步確定了其中的一些分層，包括在整套NAND堆棧內的垂直方向運行的多晶 硅環(huán)。此環(huán)構成垂直通道，并由浮動及控制柵極所包圍。其中浮動柵極即圖中的圓點，負責構成中央多晶硅通道周圍的連續(xù)環(huán)狀結構。而控制柵極與浮動柵極之間則 由間電介質進行隔離。
圖七：美光NAND單元橫截面實拍圖。
三星公司于2014年推出了其32層V-NAND垂直NAND閃存，并于2016年隨后推出48層V-NAND產(chǎn)品。美 光公司是第二家實現(xiàn)3D NAND市場化的廠商，并利用一套創(chuàng)新型方案將活動電路放置在NAND陣列之下，從而縮小了晶片面積。美光方面還利用尺寸更大的制程節(jié)點(40納米半位線 間距)進行閃存制造，這應該能夠為其帶來低于三星V-NAND產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
目前我們還無法斷定3D NAND在面對平面NAND時是否擁有制造成本優(yōu)勢，但三星與美光顯然都決定把賭注押在V-NAND身上。如今的問題在于，SK海力士與東芝兩大市場參與者，能否拿出同樣具備競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品?
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