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      固態硬盤閃存顆粒到底是何物?淺析閃存及制程

      發布時間:2022-04-15

      如果用一個詞來描述SSD固態硬盤市場的話,那么閃存顆粒絕對是會被提及的一個關鍵熱詞。在過去的許多年里,圍繞著閃存顆粒發生了一系列大事,包括閃存顆粒的量產引發固態漲價,閃存顆粒的制程問題引發的廠商競爭,以及“日經貼”般的MLC/TLC顆粒的優劣問題。

      那么,到底什么是閃存顆?2D NAND和3D NAND之間又有哪些區別和聯系?下面我們來解讀一下。

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      閃存顆粒到底是什么?

      閃存顆粒,又稱閃存,是一種非易失性存儲器,即在斷電的情況下依舊可以保存已經寫入的數據,而且是以固定的區塊為單位,而不是以單個的字節為單位。根據用途和規格不同,閃存顆粒有很多不同的變種,今天我們主要討論的是用于固態硬盤等存儲設備中的、最為常用的NAND閃存顆粒。

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      NAND閃存顆粒,是閃存家族的一員,最早由日立公司于1989年研制并推向市場,由于NAND閃存顆粒有著功耗更低、價格更低和性能更佳等諸多優點,成為了存儲行業最為重要的存儲原料。

      根據NAND閃存中電子單元密度的差異,又可以分為SLC(單層次存儲單元)、MLC(雙層存儲單元)以及TLC(三層存儲單元),此三種存儲單元在壽命以及造價上有著明顯的區別。

      2D和3D閃存之間的區別和聯系

      在解釋3D NAND之前,我們先得弄清楚2D NAND是什么,以及“2D”和“3D”的真實含義。首先是2D NAND,我們知道在數學和物理領域,2D/3D都是指的方向,都是指的坐標軸,“2D”指的是平面上的長和寬,而“3D”則是在“2D”基礎上,添加了一個垂直方向的“高”的概念。

      由此,2D NAND真實的含義其實就是一種顆粒在單die內部的排列方式,是按照傳統二維平面模式進行排列閃存顆粒的。相對應的,3D NAND則是在二維平面基礎上,在垂直方向也進行顆粒的排列,即將原本平面的堆疊方式,進行了創新。

      利用新的技術(即3D NAND技術)使得顆粒能夠進行立體式的堆疊,從而解決了由于晶圓物理極限而無法進一步擴大單die可用容量的限制,在同樣體積大小的情況下,極大的提升了閃存顆粒單die的容量體積,進一步推動了存儲顆??傮w容量的飆升。

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      同時,在業界,根據在垂直方向堆疊的顆粒層數不同,和選用的顆粒種類不同。

      我們可以打個比方,來理解2D NAND和3D NAND技藝之間的區別和聯系。2D NAND就如同在一塊有限的平面上建立的數間平房, 這些平房整齊排列,但是隨著需求量的不斷增加,平房的數量不斷井噴,可最終這塊面積有限的平面只能容納一定數量的平房而無法繼續增加。

      3D NAND則就如同在同一塊平面上蓋起的樓房,在同樣的平面中,樓房的容積率卻遠遠高于平房,因而它能提供更多的空間,也就是提供了更大的存儲空間,而32層、48層以及64層,則就是這些樓房的高度,一共堆疊了多少層。

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      雖然,3D NAND技術能夠在同等體積下,提供更多的存儲空間,但是這項堆疊技術對于原廠制造商來說有著相當的操作難度,需要原廠有著相當的技術積累,因而目前能夠掌握3D NAND技術的原廠公司十分少見,只有三星、美光等少數公司的3D NAND顆粒實現了量產和問世。

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