232层NAND的紧凑外形为客户的设计提供了灵活性,同时实现了有史以来最高的每平方毫米TLC密度(14.6Gb/mm2),其单位储存密度较目前市场上的TLC竞品相比高出35%至100%。232 层NAND采用新的11.5mmx13.5mm封装,其封装尺寸比美光前几代产品小28%,使其成为市面上最小的高密度NAND。

存储芯片大厂美光(Micron)近日宣布,其232层NAND闪存芯片已实现量产。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,有些厂商表示他们正在紧随此步伐,或者已经有了超过200层的工程样品。

据悉,与竞争对手的芯片相比,全新美光技术将每单位面积存储的比特密度增加了一倍,每平方毫米封装14.6 Gbit。这一密度相比自家的176L NAND提升了约 43%,比竞争对手的TLC产品高35%到100%。

可以说,NAND Flash层数竞争愈演愈烈,继176层NAND之后,各大原厂瞄准200层以上NAND技术,其中美光科技率先突破,三星、铠侠等也在蓄势待发。

NAND Flash进入200层时代

据悉,美光科技宣布推出的全球首款232层NAND,现已在美光新加坡工厂量产,最初以组件形式通过美光旗Crucial英睿达SSD消费产品线向客户发货。随后美光将发布其他产品和可用性公告。

美光232层NAND  图片来源:美光

与前几代美光NAND相比,美光232层NAND具有业界最高的面密度,并提供更高的容量和更高的能效,从而为客户端到云端等数据密集型用例提供一流的支持。

美光232层NAND技术提供了必要的高性能存储,以支持数据中心和汽车应用所需的高级解决方案和实时服务,以及在移动设备、消费电子产品和PC上的响应式沉浸式体验。

美光232层NAND   图片来源:美光

该技术节点能够引入业界最快的NAND I/O速度—每秒2.4GB(GB/s) ,以满足人工智能和机器学习等以数据为中心的工作负载的低延迟和高吞吐量需求,非结构化数据库和实时分析以及云计算。这一速度比美光176层节点上启用的最快接口快50%。

与上一代相比,232层NAND还提供高达100%的写入带宽和超过75%的读取带宽。这些单芯片优势转化为SSD和嵌入式NAND解决方案的性能和能效提升。

美光表示,232层NAND是首款支持NV-LPDDR4的生产产品,这是一种低压接口,与之前的I/O接口相比,每比特传输节省30%以上。因此,232层NAND解决方案为数据中心和智能边缘的移动应用和部署提供了理想的支持,必须在提高性能和低功耗之间取得平衡。该接口还向后兼容以支持旧控制器和系统。

232层NAND的紧凑外形为客户的设计提供了灵活性,同时实现了有史以来最高的每平方毫米TLC密度(14.6Gb/mm2),其单位储存密度较目前市场上的TLC竞品相比高出35%至100%。232 层NAND采用新的11.5mmx13.5mm封装,其封装尺寸比美光前几代产品小28%,使其成为市面上最小的高密度NAND。更小尺寸的更高密度可最大限度地减少用于各种部署的电路板空间。

NAND闪存呈现寡头竞争局面

自2002年以来,三星已连续20年位居全球市场首位。据TrendForce数据显示,2021年第四季度,三星市占率高达33.1%。在NAND闪存技术赛道,三星一直都是领跑者。自2013年第一代V-NAND闪存问世以来,三星3D NAND闪存技术已经将堆叠层数提升至128层。

进入128层,三星的技术演进速度逐渐放缓,甚至被SK海力士和美光赶超。早前,三星原计划于2021年底量产176层NAND闪存,但考虑到市场情况,量产计划推迟到2022年第一季度。同样176层NAND闪存,美光则抢先一步实现了量产出货。美光于2020年底宣布176层NAND 闪存量产计划,并于2022年初实现了全球首款176层QLC NAND固态硬盘批量出货。

如今,美光再次宣布232层NAND 闪存量产计划,不仅在堆叠层数高于三星224层,在量产时间计划上也早于三星。面对竞争对手的紧追不舍,预计三星将面临更大的压力,也将进一步加快200层以上NAND 闪存量产步伐,以夺回技术领先优势。

在技术演进速度方面,美光与SK海力士相对入局较晚,但技术升级速度却更胜一筹。早在2019年,SK海力士便公布了其3D NAND技术发展路线图。近年来,SK海力士的闪存产品也都按照计划有序推进,已于2020年推出了176层NAND闪存。根据技术路线,SK海力士3D NAND闪存堆叠层数将于2025年达到500层,于2030年达到800层以上。路线图并未公布200层以上的NAND闪存规划,但随着美光与三星杀入200层,预计SK海力士也将加快步伐,追赶市场趋势。

在公开路线图中,西部数据与铠侠建立了合作关系,计划将于今年开始量产第6代BiCS,在TLC和QLC配置中堆叠层数可达162层。该公司还声称通过使用新材料缩小存储单元尺寸,从而实现了与市场竞争者176层NAND闪存相比更小的芯片尺寸。此外,西部数据还计划将于2024年推出超过200层的BiCS+内存,并积极寻求提高密度和容量的新技术,以期未来十年内构建500层以上NAND闪存。

原厂还瞄准500层以上NAND技术

NAND Flash 3D堆叠成为主流技术,层数跨越176层、迈进232层之后,未来原厂将发力200层、300层、400层、甚至500层以上NAND技术。

美光方面,232层NAND不是该公司闪存技术迭代的终点,今年5月美光曝光的技术路线图显示,232层之后美光还将发力2YY、3XX与4XX等更高层数。

美光闪存技术路线

美光之外,三星电子、西数、铠侠等原厂也在积极推进闪存层数迭代。

今年2月韩媒报道,三星电子将在2022年底推出200层或以上的第八代NAND闪存。业界透露,三星将在128层的单片存储器上叠加96层,推出224层的NAND闪存。与176层相比,224层NAND闪存的生产效率和数据传输速度将提高30%。

今年5月西数对外表示,将与合作伙伴铠侠2022年底前开始量产162层闪存产品(BiCS6),未来两家公司还将推出200层以上(BiCS+)的闪存产品,2032年之前还将陆续推出300层以上、400层以上与500层以上闪存技术。

西数闪存技术路线图

结语

大数据、云计算等技术发展,持续提升NAND Flash需求,同时也不断推动着NAND技术的升级和迭代,NAND Flash原厂层数竞争或将更加激烈。在产业与技术竞争日趋激烈的背景下,内存市场前景似乎一片光明。根据市调机构Yole Dédevelopement今年5月发布的《内存行业年度状况报告》显示,动态随机存取存储器(DRAM)预计将增长到1180亿美元,增长25%,NAND闪存将在2022年达到830亿美元,增长24%,均创历史新高。2021-2027年,独立内存市场预计将以8%的CAGR增长至2600多亿美元。

Yole存储器高级市场与技术分析师表示,“在贸易摩擦和新冠疫情爆发的情况下,独立内存市场在过去两年一直在扩张。2020年和2021的收入分别增长了15%和32%。如此显著的增长是大多数细分市场的生产受限和需求强劲增长共同推动的。大流行推动了笔记本电脑和服务器的需求,同时暂时减少了智能手机和汽车的需求。”

从长远来看,独立内存市场将继续扩张,2021-2027年的复合年增长率(CAGR21-27)为8%,并有望在2027年增长超过2600亿美元。但是,Yole强调,周期性仍然存在。

本文内容参考全球半导体观察、知乎、美光官网综合报道

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