美光公司已經(jīng)開(kāi)始著手量產(chǎn)其32層3D NAND閃存存儲(chǔ)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(dá)每秒530 MB與每秒510 MB;而其功耗則僅為常見(jiàn)磁盤驅(qū)動(dòng)器的九十分之一，同時(shí)使用壽命亦更為出色。
Crucial SSD的售價(jià)為200美元，這使其成為筆記本電腦上的高競(jìng)爭(zhēng)力選項(xiàng)，而且我們發(fā)現(xiàn)正有越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)設(shè)備利用SSD取代傳統(tǒng)磁盤。磁盤驅(qū)動(dòng)器也許將逐漸 被市場(chǎng)所淘汰，不過(guò)必須承認(rèn)的是各相關(guān)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(yù)計(jì)在短期之內(nèi)，磁盤驅(qū)動(dòng)器仍將在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo) 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(shí)物，可以看到其中包含8個(gè)美光NAND閃存存儲(chǔ)器模塊。這一數(shù)量相當(dāng)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(chǔ)容量仍然占據(jù)優(yōu)勢(shì)。但其在晶片層面是否同樣領(lǐng)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(gè)NAND封裝模塊內(nèi)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(chǔ)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(chǔ)密度為284 MB，低于三星方面的每平方毫米320 MB。不過(guò)三星公司的最大優(yōu)勢(shì)在于其48層結(jié)構(gòu)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(yīng)當(dāng)用三星公司此前推出的32層V-NAND進(jìn)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(shí)發(fā)現(xiàn)，美光公司的每平方毫米284 MB存儲(chǔ)密度要遠(yuǎn)高于三星在32層V-NAND中實(shí)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(chǔ)器。
圖四所示為三星48層V-NAND晶片的顯微拍攝結(jié)果，可以看到兩套大型NAND巨集將晶片一分為二。頁(yè)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(diǎn)所填充。
圖四：三星48層V-NAND放大級(jí)晶片拍攝圖。
美光公司的放大級(jí)晶片拍攝圖如圖五所示，其布局與三星差別很大，其中64個(gè)巨集涵蓋大部分陣列。我們尚未對(duì)其進(jìn)行分析， 不過(guò)我們認(rèn)為其可能容納有頁(yè)面緩沖區(qū)、行解碼器、字線開(kāi)關(guān)以及可能存在的“粘合”邏輯。這是一種迥異于三星的設(shè)計(jì)策略，而且美光方面宣稱將有源電路放置在 存儲(chǔ)器陣列下方幫助其實(shí)現(xiàn)了良好的存儲(chǔ)密度提升效果，同時(shí)亦帶來(lái)更低的晶片制造成本。
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圖五：美光32層3D NAND放大級(jí)晶片拍攝圖。
圖六所示為美光3D NAND晶片的橫截面實(shí)拍圖。其中垂直NAND串由38個(gè)柵極層構(gòu)成，其中32個(gè)作為NAND存儲(chǔ)單元，其余6個(gè)則可能作為虛設(shè)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(dāng)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(duì)設(shè)備進(jìn)行電路級(jí)分析后才能確定。
圖六：美光32層3D NAND陣列橫截面實(shí)拍圖。
.NAND單元結(jié)構(gòu)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(nèi)的垂直方向運(yùn)行的多晶 硅環(huán)。此環(huán)構(gòu)成垂直通道，并由浮動(dòng)及控制柵極所包圍。其中浮動(dòng)?xùn)艠O即圖中的圓點(diǎn)，負(fù)責(zé)構(gòu)成中央多晶硅通道周圍的連續(xù)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。而控制柵極與浮動(dòng)?xùn)艠O之間則 由間電介質(zhì)進(jìn)行隔離。
圖七：美光NAND單元橫截面實(shí)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(shí)現(xiàn)3D NAND市場(chǎng)化的廠商，并利用一套創(chuàng)新型方案將活動(dòng)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(diǎn)(40納米半位線 間距)進(jìn)行閃存制造，這應(yīng)該能夠?yàn)槠鋷?lái)低于三星V-NAND產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
目前我們還無(wú)法斷定3D NAND在面對(duì)平面NAND時(shí)是否擁有制造成本優(yōu)勢(shì)，但三星與美光顯然都決定把賭注押在V-NAND身上。如今的問(wèn)題在于，SK海力士與東芝兩大市場(chǎng)參與者，能否拿出同樣具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品?
