美光公司已经开始着手量产其32层3D NAND闪存存储器,而首批商用下游产品之一则为Crucial 750 GB SATA 2.5英寸SSD。如图一所示,这款产品的连续读取/写入速度分别高达每秒530 MB与每秒510 MB;而其功耗则仅为常见磁盘驱动器的九十分之一,同时使用寿命亦更为出色。

Crucial SSD的售价为200美元,这使其成为笔记本电脑上的高竞争力选项,而且我们发现正有越来越多的计算机设备利用SSD取代传统磁盘。磁盘驱动器也许将逐渐被市场所淘汰,不过必须承认的是各相关厂商仍在努力加以创新,且磁盘的使用成本仍低于SSD。因此,我们预计在短期之内,磁盘驱动器仍将在市场上占据主导地位。 20160715-micron-memory-1   图一:Curical CT750MX300SSD1 750 GB SSD,美光公司生产。

图二所示为Crucial 750 GB SSD的正面与背面电路板实物,可以看到其中包含8个美光NAND闪存存储器模块。这一数量相当于三星T3 2 TB SSD中48层3D NAND模块数量的两倍。因此从封装模块数量角度讲,三星公司的每封装存储容量仍然占据优势。但其在芯片层面是否同样领先于美光? 20160715-micron-memory-2   图二:采用美光3D NAND的Curical SSD产品正面与背面电路板图。

三星方面已经能够在每个NAND封装模块内塞入16块芯片,如图三所示。这意味着每块面积为99.8平方毫米的芯片可提供32 GB存储容量,或者换算为每平方毫米320 MB。

Crucial 750 GB SSD中包含8块美光封装模块,其中单一封装容纳2块芯片,面积为165平方毫米。这意味着其每平方毫米存储密度为284 MB,低于三星方面的每平方毫米320 MB。不过三星公司的最大优势在于其48层结构以及20纳米半位线间距,相比之下美光的半位线间距则更为松散仅为40纳米。

也许我们应当用三星公司此前推出的32层V-NAND进行比较,此系列产品发布于2014年,同样采用20纳米半位线间距。我们同时发现,美光公司的每平方毫米284 MB存储密度要远高于三星在32层V-NAND中实现的每平方毫米127 MB水平。 20160715-micron-memory-3   图三:三星K9UGB8S7M 48层V-NAND闪存存储器。

图四所示为三星48层V-NAND芯片的显微拍摄结果,可以看到两套大型NAND巨集将芯片一分为二。页面缓冲与外围电路位于NAND阵列巨集下方。该阵列巨集由垂直NAND串所使用的源极选择晶体管外加源极线触点所填充。 20160715-micron-memory-4   图四:三星48层V-NAND放大级芯片拍摄图。

美光公司的放大级芯片拍摄图如图五所示,其布局与三星差别很大,其中64个巨集涵盖大部分阵列。我们尚未对其进行分析,不过我们认为其可能容纳有页面缓冲区、行解码器、字线开关以及可能存在的“粘合”逻辑。这是一种迥异于三星的设计策略,而且美光方面宣称将有源电路放置在存储器阵列下方帮助其实现了良好的存储密度提升效果,同时亦带来更低的芯片制造成本。 20160715-micron-memory-5   图五:美光32层3D NAND放大级芯片拍摄图。

图六所示为美光3D NAND芯片的横截面实拍图。其中垂直NAND串由38个栅极层构成,其中32个作为NAND存储单元,其余6个则可能作为虚设及选择栅极。该NAND阵列位于2到3层金属互连与晶体管之上。其中金属层1(即M1)似乎由钨制成,这意味着其可能接入到该NAND阵列串的源选择栅极当中。而金属层2(M2)似乎用于路由功能。其具体功能还要等待我们对设备进行电路级分析后才能确定。 20160715-micron-memory-6   图六:美光32层3D NAND阵列横截面实拍图。

.NAND单元结构如图七所示,而且我们已经初步确定了其中的一些分层,包括在整套NAND堆栈内的垂直方向运行的多晶硅环。此环构成垂直通道,并由浮动及控制栅极所包围。其中浮动栅极即图中的圆点,负责构成中央多晶硅通道周围的连续环状结构。而控制栅极与浮动栅极之间则由间电介质进行隔离。 20160715-micron-memory-7   图七:美光NAND单元横截面实拍图。

三星公司于2014年推出了其32层V-NAND垂直NAND闪存,并于2016年随后推出48层V-NAND产品。美光公司是第二家实现3D NAND市场化的厂商,并利用一套创新型方案将活动电路放置在NAND阵列之下,从而缩小了芯片面积。美光方面还利用尺寸更大的制程节点(40纳米半位线间距)进行闪存制造,这应该能够为其带来低于三星V-NAND产品的生产成本。

目前我们还无法断定3D NAND在面对平面NAND时是否拥有制造成本优势,但三星与美光显然都决定把赌注押在V-NAND身上。如今的问题在于,SK海力士与东芝两大市场参与者,能否拿出同样具备竞争优势的产品?

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