存儲(chǔ)器是現(xiàn)代信息系統(tǒng)的關(guān)鍵組件之一,，其應(yīng)用廣泛,，市場(chǎng)龐大。由DRAM與NAND Flash所主導(dǎo)的主導(dǎo)的傳統(tǒng)存儲(chǔ)市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)1600億美元,，而且長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,，DRAM和NAND仍將占據(jù)主流市場(chǎng)很久。那么存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在,，這兩大主流的傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)背后的供應(yīng)商們都在比拼什么,？

　　NAND Flash廠商在拼什么？

　　一,、拼層數(shù),，蓋高樓

　　幾十年來(lái)，NAND Flash一直是低成本和大密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的主要技術(shù),。這種非易失性存儲(chǔ)器存在于所有主要的電子終端市場(chǎng),，例如智能手機(jī)、服務(wù)器,、PC,、平板電腦和 USB 驅(qū)動(dòng)器。NAND Flash的成功與其不斷擴(kuò)展存儲(chǔ)密度和成本的能力有關(guān),，大約每?jī)赡?，NAND Flash 行業(yè)就能夠大幅提高位存儲(chǔ)密度，現(xiàn)在位存儲(chǔ)密度的進(jìn)一步增加是通過(guò)向三維過(guò)渡,，2014年,，3D NAND技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)。而為了維持NAND Flash路線圖,，3D NAND Flash進(jìn)入了層數(shù)的堆疊比拼。

　　2022年是NAND閃存的35周年,，而今年或許是NAND閃存又一個(gè)重要的一年?，F(xiàn)在幾乎頭部的存儲(chǔ)廠商都在制造200層以上的存儲(chǔ)芯片，甚至500層已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)在存儲(chǔ)廠商們的路線圖中,。閃存芯片中的層數(shù)越多,，容量就越高。下表顯示了幾大NAND 制造商的3D NAND 的層數(shù)的主要計(jì)劃：

　　圖源：blocks&files

　　在NAND FLash領(lǐng)域,，三星電子將在2022年底推出200層或更多層的第8代NAND閃存,。據(jù)businesskorea的報(bào)道，有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,，三星已經(jīng)通過(guò)“雙?！钡姆绞将@得了256層技術(shù),。用于連接單元的孔越少，芯片丟失的數(shù)據(jù)就越少,。因此,，單棧技術(shù)比雙棧技術(shù)更先進(jìn)。然而,，100層被認(rèn)為是單棧技術(shù)的技術(shù)極限,。目前，三星電子是世界上唯一一家可以使用單堆疊方式堆疊超過(guò) 100 層（128 層）的芯片制造商,。全球第二大 NAND 閃存生產(chǎn)商 SK 海力士和美國(guó)美光科技一直在使用雙堆棧技術(shù)堆疊72層或更多層,。

　　業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，三星電子將加快200層以上NAND閃存的量產(chǎn)步伐,，他們表示三星電子將成為第一家通過(guò)在128層單堆棧中增加96層來(lái)發(fā)布224層NAND 閃存的芯片制造商,。與 176層相比，224層NAND閃存的生產(chǎn)效率和數(shù)據(jù)傳輸速度將提高30%,。

　　美光正在批量生產(chǎn)176層的閃存芯片,，這是其第五代3D NAND。3D NAND是通過(guò)在垂直堆棧中將多組單元相互層疊來(lái)制造的,。美光近日表示,，其正在開(kāi)發(fā)232層的3D NAND，并聲稱其232層技術(shù)代表了世界上最先進(jìn)的NAND,，路線圖規(guī)劃到了500層（但沒(méi)具體指明時(shí)間表）,。

　　美光的232層NAND芯片采用3D TLC架構(gòu)，原始容量為1Tb (128GB),。該芯片基于美光的 CuA（CMOS under array）架構(gòu),，并使用 NAND串堆疊技術(shù)在彼此之上構(gòu)建兩個(gè)3D NAND陣列。CuA的設(shè)計(jì)加上232層的NAND將大大減少美光1Tb 3D TLC NAND存儲(chǔ)器的裸片尺寸,，這將降低生產(chǎn)成本,，使美光能夠具有芯片定價(jià)權(quán)。

　?。▓D片來(lái)源：美光）

　　西部數(shù)據(jù)和鎧俠近日表示,，他們正在構(gòu)建162層的NAND，該公司計(jì)劃在2022年底推出其第6代 BiCS,。西部數(shù)據(jù)聲稱他們將通過(guò)使用新材料來(lái)縮小存儲(chǔ)單元的尺寸,，從而縮小芯片尺寸。西部數(shù)據(jù)計(jì)劃將這些芯片用于從USB驅(qū)動(dòng)器到PCIe 5.0 SSD的等多種產(chǎn)品中,。

　　資料來(lái)源：西部數(shù)據(jù)

　　此外,，西部數(shù)據(jù)還將于2024年推出具有超過(guò)200層的BiCS+內(nèi)存，與BiCS6相比，它的每個(gè)晶圓的位數(shù)將增加55%,，傳輸速度提高60%,，寫入速度提高15%。值得注意的是,，BiCS+僅用于數(shù)據(jù)中SSD,，因?yàn)樵摴居?jì)劃為消費(fèi)者存儲(chǔ)提供不同級(jí)別的2xx層 NAND，稱為BiCS-Y,。除此之外,，西部數(shù)據(jù)還表示，他們正在研究多種技術(shù)以提高密度和容量,，包括 PLC,，并計(jì)劃在2032年構(gòu)建500層以上的NAND。

　　SK海力士在200層的跨越上可能稍微晚些,，目前為止SK海力士最新的3D NAND是512Gb 176層堆疊的3D NAND,，不過(guò)早在去年3月份的IEEE IRPS上，SK海力士CEO李錫熙就已經(jīng)展望到600層,。

　　國(guó)內(nèi)方面主要競(jìng)爭(zhēng)者是長(zhǎng)江存儲(chǔ),，長(zhǎng)江存儲(chǔ)這幾年的發(fā)展很快，此前長(zhǎng)江存儲(chǔ)CEO楊士寧層表示：“長(zhǎng)江存儲(chǔ)用短短3年時(shí)間實(shí)現(xiàn)了從32層到64層再到128層的跨越,。長(zhǎng)江存儲(chǔ)3年完成了他們6年走過(guò)的路”,。而現(xiàn)在，據(jù)Digitimes的報(bào)道,，業(yè)內(nèi)人士透露,，長(zhǎng)江存儲(chǔ)最近已向少數(shù)客戶交付了其內(nèi)部開(kāi)發(fā)的192 層3D NAND閃存樣品。

　　這些巨頭廠商清晰明確的NAND路線圖也證明了NAND 和 SSD 市場(chǎng)的技術(shù)健康和活力,?？傮w而言，NAND閃存供應(yīng)商都準(zhǔn)備在2022年底至2023年之間推出其200 層以上的芯片產(chǎn)品,，這是該行業(yè)向更高密度3D NAND 閃存過(guò)渡的里程碑,。

　　二、拼資本支出,，拼產(chǎn)能

　　對(duì)于存儲(chǔ)廠商來(lái)說(shuō),，重資本是行業(yè)的特點(diǎn)，產(chǎn)能的保障也是企業(yè)保持致勝的一大關(guān)鍵,。而隨著NAND閃存供應(yīng)商加入200層以上NAND閃存芯片的競(jìng)爭(zhēng)，必將需要新的晶圓廠和新設(shè)備,。

　　IC Insights預(yù)測(cè)今年NAND閃存資本支出將增8%至299億美元,，超過(guò)2018年278 億美元的歷史新高。閃存資本支出在2017年飆升，當(dāng)時(shí)該行業(yè)向3D NAND過(guò)渡,，此后每年資本支出都超過(guò)200億美元,。299億美元的支出占2022年整個(gè)IC行業(yè)1904億美元資本支出預(yù)測(cè)的16%，僅落后于代工部門,，該部門預(yù)計(jì)將占今年行業(yè)資本支出的41%,。

　　來(lái)源：IC insights

　　新的和最近升級(jí)的NAND閃存工廠包括三星的平澤P1和P2（也用于 DRAM 和代工），以及三星在中國(guó)西安的二期投資,；鎧俠在日本巖手的 Fab 6 (Flash Ventures) 和 Fab K1,；美光在新加坡的第三家閃存工廠。SK海力士為其 M15 工廠的剩余空間配備了 NAND閃存,。

　　此外,，據(jù)TheElec獲悉，三星計(jì)劃于今年5月初在其平澤工廠的新先進(jìn)晶圓廠P3上安裝晶圓廠設(shè)備,，該公司的目標(biāo)是在今年下半年內(nèi)完成工廠的建設(shè),，消息人士稱，三星將首先在5月的第一周為NAND閃存生產(chǎn)安裝晶圓廠設(shè)備,。P3是一家混合工廠,，將同時(shí)生產(chǎn)存儲(chǔ)芯片和邏輯芯片，其中就包括第七代176層V-NAND芯片,。預(yù)計(jì)三星未來(lái)幾年將在P3上花費(fèi)至少30萬(wàn)億韓元到近50萬(wàn)億韓元,。

　　而SK海力士也在大連建設(shè)新的3D NAND閃存晶圓廠，該項(xiàng)目于5月16日開(kāi)工,。2021年底,，SK海力士完成了收購(gòu)英特爾NAND閃存及SSD業(yè)務(wù)案的第一階段，從英特爾手中接管了SSD業(yè)務(wù)及其位于大連的NAND閃存制造廠的資產(chǎn),。為加快推動(dòng)項(xiàng)目發(fā)展,，所以SK海力士決定在大連繼續(xù)擴(kuò)大投資并建設(shè)新工廠。

　　DRAM廠商拼什么,？

　　不可不爭(zhēng)的EUV

　　隨著DRAM要想進(jìn)入到10nm工藝一下,，EUV儼然已成必不可少。我們也看到,，三星,、SK海力士和美光這三大DRAM廠商已經(jīng)先后擁抱了EUV技術(shù)。

　　三星電子基于極紫外（EUV）光刻技術(shù)的1z-nm工藝的DRAM已于今年2月份完成了量產(chǎn),。半導(dǎo)體分析機(jī)構(gòu)TechInsights拆解了采用EUV光刻技術(shù)和ArF-i光刻技術(shù)的三星1z-nm工藝DRAM,，它認(rèn)為該技術(shù)提升了三星的生產(chǎn)效率，并減小了DRAM的核心尺寸,。DRAM 單元尺寸和 D/R 縮放最近越來(lái)越難,，但三星將 D1z 的 D/R 降低到 15.7 nm,，比 D1y 縮小了 8.2%。據(jù)了解,，三星還將繼續(xù)為下一代DRAM增加EUV步驟,。上文中提到的三星的P3工廠也將采用EUV工藝生產(chǎn)10nm DRAM。

　　三星 DRAM 單元尺寸趨勢(shì),，D3x 到 D1z

　?。▓D源：TechInsights）

　　美光有望從2024年開(kāi)始生產(chǎn)基于極紫外 (EUV) 光刻工藝的DRAM 芯片，在1γ(Gamma)節(jié)點(diǎn)的有限的層數(shù)中部署 EUV,，然后會(huì)將其擴(kuò)展到具有更大層采用率的1δ(Delta)節(jié)點(diǎn),。旨在通過(guò)允許制造更小的芯片特征來(lái)保持摩爾定律的存在。這一舉措有望幫助其在技術(shù)上保持領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,。

　　SK海力士也引入了EUV光刻設(shè)備來(lái)解決以往DUV光刻的局限性,，制程工藝能輕松達(dá)到10nm以下，以此來(lái)提升生產(chǎn)效率,。2021年2月1日,，SK海力士完成首個(gè)用于DRAM的EUV晶圓廠M16，并引進(jìn)了EUV光刻設(shè)備,。2021年7月,，SK海力士宣布量產(chǎn)了1anm工藝的8千兆的LPDDR4 EUV DRAM。

　　3D堆疊成為DRAM新未來(lái)

　　但是對(duì)于DRAM來(lái)說(shuō),，目前業(yè)界的共識(shí)或者面臨的挑戰(zhàn)是,，在平面工藝下，DRAM最重要也最艱難的挑戰(zhàn),，就是儲(chǔ)存電容的高深寬比,，儲(chǔ)存電容的深寬比通常會(huì)隨著組件工藝微縮而呈倍數(shù)增加，也就是說(shuō),，平面DRAM的工藝微縮會(huì)越來(lái)越困難,，即使是通過(guò)極紫外光刻 (EUV) 工藝，也不足以為整個(gè)未來(lái)十年提供所需的位密度改進(jìn),。因此,，主要設(shè)備供應(yīng)商和領(lǐng)先的DRAM制造商正在考慮將單片3D DRAM（類似 3D NAND）作為長(zhǎng)期擴(kuò)展的潛在解決方案。

　　據(jù)了解,，3D DRAM是將存儲(chǔ)單元（Cell）堆疊至邏輯單元上方以實(shí)現(xiàn)在單位晶圓面積上產(chǎn)出上更多的產(chǎn)量,，這樣3D DRAM就可以有效地解決平面DRAM的挑戰(zhàn)。除了晶圓的裸晶產(chǎn)出量增加外,，使用3D堆疊技術(shù)也能因?yàn)榭芍貜?fù)使用儲(chǔ)存電容而有效降低 DRAM的單位成本,。

　　在這其中，HBM（High Bandwidth Memory,，高帶寬存儲(chǔ)器）技術(shù)可謂是DRAM從傳統(tǒng)2D向立體3D發(fā)展的主要代表產(chǎn)品,，使DRAM開(kāi)啟了3D化道路,。HBM是通過(guò)TSV技術(shù)進(jìn)行芯片堆疊，以增加吞吐量并克服單一封裝內(nèi)帶寬的限制,。HBM能充分利用空間并縮小面積，并且突破了內(nèi)存容量與帶寬瓶頸,。

　　據(jù)Yole的觀點(diǎn)和預(yù)測(cè),，這種新穎的3D技術(shù)將在2029-2030年期間進(jìn)入市場(chǎng)。在此之前,，我們預(yù)計(jì)混合鍵合系統(tǒng)可能會(huì)開(kāi)始滲透 DRAM 設(shè)備市場(chǎng),，用于制造3D堆疊 DRAM，例如高帶寬內(nèi)存 (HBM),，可能從HBM3+一代開(kāi)始,。

　　寫在最后

　　現(xiàn)在諸如數(shù)據(jù)中心,、汽車,、5G等對(duì)內(nèi)存的需求越來(lái)越大,，要求也越來(lái)越高,，技術(shù)的演進(jìn)也一直在滾滾向前,。不同時(shí)代,，不同需求下,，這些存儲(chǔ)廠商們總能研發(fā)出新的技術(shù)來(lái)滿足時(shí)代的發(fā)展,。當(dāng)然新型存儲(chǔ)也是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物,，它們不是為了取代現(xiàn)有的存儲(chǔ)解決方案,，而是在延遲、生產(chǎn)力等方面對(duì)現(xiàn)有的存儲(chǔ)進(jìn)行很好的補(bǔ)充,。最后說(shuō)一句,，存儲(chǔ)是不得不發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，我國(guó)應(yīng)該抓住存儲(chǔ)器技術(shù)發(fā)展多元化的新機(jī)遇,，實(shí)現(xiàn)突破,。