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别纠结TLC/MLC了 以后的固态盘都是这样的

随着近段时间以来,固态硬盘、内存条甚至优盘等存储设备的大幅度一致性涨价,影响着存储设备涨价的背后关键性元件闪存颗粒,开始浮出水面,被越来越多的业内人士,反复解读。

那么,在价格上起着关键性因素的闪存颗粒到底是什么?闪存颗粒和存储设备的价格上涨又有什么关系?2D NAND和3D NAND闪存颗粒之间又有哪些区别?下面,我们一起来聊聊NAND闪存颗粒这些年。

闪存颗粒的释义及厂商

闪存颗粒,又称闪存,是一种非易失性存储器,即在断电的情况下依旧可以保存已经写入的数据,而且是以固定的区块为单位,而不是以单个的字节为单位。

根据用途和规格不同,闪存颗粒有很多不同的变种,今天我们主要讨论的是用于固态硬盘等存储设备中的、最为常用的NAND闪存颗粒。

NAND闪存颗粒,是闪存家族的一员,最早由日立公司于1989年研制并推向市场,由于NAND闪存颗粒有着功耗更低、价格更低和性能更佳等诸多优点,成为了存储行业最为重要的存储原料。

别纠结TLC/MLC了 以后的固态盘都是这样的

根据NAND闪存中电子单元密度的差异,又可以分为SLC(单层次存储单元)、MLC(双层存储单元)以及TLC(三层存储单元),此三种存储单元在寿命以及造价上有着明显的区别。

SLC(单层式存储),单层电子结构,写入数据时电压变化区间小,寿命长,读写次数在10万次以上,造价高,多用于企业级高端产品。

MLC(多层式存储),使用高低电压的而不同构建的双层电子结构,寿命长,造价可接受,多用民用高端产品,读写次数在5000左右。

TLC(三层式存储),是MLC闪存延伸,TLC达到3bit/cell。存储密度最高,容量是MLC的1.5倍。 造价成本最低, 使命寿命低,读写次数在1000~2000左右,是当下主流厂商首选闪存颗粒。

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六大原厂垄断了闪存市场

随着时代发展,NAND闪存颗粒的技术突飞猛进,并且逐渐形成了几大超大规模的专业闪存颗粒制造商,这些能够直接切割晶圆和分离出NAND闪存颗粒的厂商,一般称之为闪存颗粒原厂。

它们分别是三星、东芝、闪迪、英特尔、SK海力士、美光等六家颗粒制造商,据统计它们六家的闪存产能几乎占据了NAND闪存市场近9成的市场比重,几乎所有的工艺的创造和升级,都是由这么几家原厂所主导。

NAND闪存技术:2D NAND和3D NAND

在上文中,我们介绍了根据闪存颗粒内部电子数的不同,会分为SLC/MLC/TLC,而随着晶圆物理极限的不断迫近,固态硬盘上单体的存储单元内部的能够装载的闪存颗粒已经接近极限了,更加专业的术语表述就是单die能够装载的颗粒数已经到达极限了,要想进一步扩大单die的可用容量,就必须在技术上进行创新。

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晶圆物理容量已接近极限

于是,3D NAND技术也就应运而生了。在解释3D NAND之前,我们先得弄清楚2D NAND是什么,以及“2D”和“3D”的真实含义。

首先是2D NAND,我们知道在数学和物理领域,2D/3D都是指的方向,都是指的坐标轴,“2D”指的是平面上的长和宽,而“3D”则是在“2D”基础上,添加了一个垂直方向的“高”的概念。

由此,2D NAND真实的含义其实就是一种颗粒在单die内部的排列方式,是按照传统二维平面模式进行排列闪存颗粒的。

相对应的,3D NAND则是在二维平面基础上,在垂直方向也进行颗粒的排列,即将原本平面的堆叠方式,进行了创新。

利用新的技术(即3D NAND技术)使得颗粒能够进行立体式的堆叠,从而解决了由于晶圆物理极限而无法进一步扩大单die可用容量的限制,在同样体积大小的情况下,极大的提升了闪存颗粒单die的容量体积,进一步推动了存储颗粒总体容量的飙升。

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2D NAND和3D NAND之间的差别(图片来自互联网)

同时,在业界,根据在垂直方向堆叠的颗粒层数不同,和选用的颗粒种类不同,3D NAND颗粒又可以分为32层、48层甚至64层 3D TLC/MLC颗粒的不同产品,这取决于各大原厂厂商的技术储备和实际选用的颗粒种类。

我们可以打个比方,来理解2D NAND和3D NAND技艺之间的区别和联系。

2D NAND就如同在一块有限的平面上建立的数间平房,这些平房整齐排列,但是随着需求量的不断增加,平房的数量不断井喷,可最终这块面积有限的平面只能容纳一定数量的平房而无法继续增加;

3D NAND则就如同在同一块平面上盖起的楼房,在同样的平面中,楼房的容积率却远远高于平房,因而它能提供更多的空间,也就是提供了更大的存储空间,而32层、48层以及64层,则就是这些楼房的高度,一共堆叠了多少层。

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2D NAND是平房;3D NAND是楼房(图片来自互联网)

虽然,3D NAND技术能够在同等体积下,提供更多的存储空间,但是这项堆叠技术对于原厂制造商来说有着相当的操作难度,需要原厂有着相当的技术积累,因而目前能够掌握3D NAND技术的原厂公司十分少见,只有三星、美光等少数公司的3D NAND颗粒实现了量产和问世。

闪存发展趋势:3D NAND技术是未来

虽然目前,许多原厂还没有完全掌握3D NAND技术,但是随着市场对于大容量存储设备需求的不断走高,2D NAND生产线的成本不断提升,以及3D NAND技术带来的利润翻倍,都将推动各大原厂积极探索和研究更高堆叠层数的3D NAND技术。

根据笔者了解,包括三星、东芝等以上六大原厂厂商,都已早在2016年年初开始研发3D NAND技术,而在即将到来的2017年更是会推出基于新一代3D NAND技术制造的闪存产品,以满足当下智能手机、固态硬盘等设备对于大容量颗粒的需求。

别纠结TLC/MLC了 以后的固态盘都是这样的
(图片来自网络)

上表,是各大闪存原厂的技术更新表,通过表格我们可以轻松看到,各大原厂已经在2016年研发了基于48层或32层的3D NADN闪存颗粒,由于技术不成熟以及2D NAND生产线替换问题,如今3D NAND的良品率并不高,总产量也不够高,因而才引发了当下固态硬盘市场价格的疯涨。

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3D NAND量产太低

可以预计,随着2017年各大闪存厂商开始专心研发3D NAND闪存,以及2D NAND生产线替换的完成,闪存颗粒市场的3D NAND将成为绝对的主流,同时由于量产的提高和良品率的提升,闪存颗粒的出厂价势必也会应声下调,那个时候也就是各类存储设备价格回归正常的时候。

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3D NAND技术将成为发展趋势

最后,笔者想说的是,闪存颗粒技术在这几年,除了制程上有着小规模的提升外,3D NAND技术的出现绝对是闪存制造工艺史上的革命,同时也是闪存颗粒发展的未来趋势,更低的成本、更高的容量,带来的是更高的利润率,这也是各大原厂争相研发3D NAND技术的根本原因吧。

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