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  NAND閃存芯片介紹

  NAND閃存芯片包括SLC NAND, MLC NAND, TLC NAND和QLC NAND。

  存儲器分類

  NAND閃存卡的主要分類以NAND閃存顆粒的技術為主，NAND閃存顆粒根據存儲原理分為SLC、MLC、TLC和QLC，從結構上又可分為2D、3D兩大類。Flash技術主要分為SLC、MLC、TLC和QLC四大類，對應不同的空間結構，這四類技術可又分為2D結構和3D結構兩大類。2D結構的存儲單元僅布置在芯片的XY平面中，為了提高存儲密度，制造商開發(fā)了3D NAND或V-NAND(垂直NAND)技術，該技術將Z平面中的存儲單元堆疊在同一晶圓上。3D NAND正與不同的NAND技術相結合(SLC、QLC)，未來更高堆疊層數的3D NAND是行業(yè)發(fā)展的趨勢。

  SLC即為Single-Level Cell，即1 it per cell，1個存儲器儲存單元可存放1 bit的數據，只存在0和1兩個充電值。以此類推，QLC即Quadruple-Level Cell，即4 bit per cell，1個存儲器儲存單元可存放4 bit的數據。

從原理上看，QLC的每個單元可儲存4個數據，那就意味著與前三種閃存相比，QLC閃存可以在同等的面積上，存儲更多的數據。擁有成本更低、容量更大、高密更高等特點，適合于讀取密集型應用。

  四種類型的NAND閃存顆粒性能各有不同。SLC單位容量的成本相對于其他類型NAND 閃存顆粒成本更高，但其數據保留時間更長、讀取速度更快;QLC擁有更大的容量和更低的成本，但由于其可靠性低、壽命短等缺點，仍有待后續(xù)發(fā)展。目前主流的解決方案為MLC與TLC。

SLC(Single-Level Cell, SLC )NAND是原始的NAND架構。其更高的耐用性(vs.MLC)使其非常適合各種消費和工業(yè)應用，其具有較長的使用壽命。低密度SLC是指(<16-Gbit)SLC NAND閃存。

  行業(yè)技術壁壘

  合格的閃存產品不僅需要在體積、容量、讀寫速度等性能指標滿足市場要求，對于通用型閃存而言，還需要能適用于市場上種類繁多的各種電子系統(tǒng)。這要求相應的閃存設計公司具備從芯片、應用電路到系統(tǒng)平臺等全方位的技術儲備，這些都要求設計公司有深厚的技術積累和行業(yè)經驗，對后進者而言，這種積累和經驗構成壁壘。

  對于閃存芯片設計企業(yè)而言，打通從晶圓廠、封裝廠、測試廠、整機制造商等上下游產業(yè)鏈，獲得整合能力，是其獲得發(fā)展的前提。在上游，業(yè)內高端工藝的晶圓生產線較為稀缺，為確保產品質量、控制成本和穩(wěn)定的產能供應，閃存芯片設計企業(yè)需要與其主要的晶圓廠、封裝及測試廠商建立緊密的合作關系。

在下游，為確保產品能順利推向市場，需要已有客戶的支持，也需要不斷地拓展新客戶和新渠道，積累品牌知名度。對后進者而言，市場先入者已建立的、穩(wěn)定運營的產業(yè)生態(tài)鏈構成其進入壁壘。

  SLC NAND全球供應商分析

  國際原廠引領3D NAND 技術發(fā)展。在 NAND Flash 市場中，三星、東芝存儲、鎂光、SK 海力士、西部數據、英特爾這六家原廠長期壟斷著全球 99%以上的份額。此外，國際原 廠持續(xù)引領著 3D NAND 技術研發(fā)，形成了較為厚實的技術壁壘。但各原廠在設計方案上 的差別將會對其產出產生形成一定影響。

  根據 64 層 3D NAND 產品相關情況，在已量產 512GB 產品中三星、東芝存儲和鎂光在同等容量下，其單 Die 面積也有所不同，三家原 廠單 Die 尺寸大小分別為 128.5mm2、132mm2、和 110.5mm2。在相同情況下，基于單 Die 尺寸的優(yōu)勢，鎂光將獲得更大的產能。

  目前，無論是在已量產3D NAND 產品，還是相關技術儲備，國際原廠引領 3D NAND 技術發(fā)展。在產品方面，雖然部分領先廠商已經量產 128 層產品，但 96 層產品在 2020 年依然是主流產品。

  2020年11月12日，美光批量出貨全球首款176層3D NAND閃存芯片，一舉刷新行業(yè)紀錄，實現(xiàn)閃存產品密度和性能上的重大提升。美光全新的 176 層工藝與先進架構共同促成了此項重大突破，使數據中心、智能邊緣平臺和移動設備等一系列存儲應用得以受益，實現(xiàn)性能上的巨大提升。

  該款176 層 NAND 產品采用美光第五代 3D NAND 技術和第二代替換柵極架構，是市場上最先進的 NAND技術節(jié)點。與美光的上一代大容量 3D NAND 產品相比，176 層 NAND 將數據讀取和寫入延遲縮短了35%以上，極大地提高了應用的性能。美光的 176 層 NAND 采用緊湊型設計，裸片尺寸比市場最接近同類產品縮小近 30%，是滿足小尺寸應用需求的理想解決方案。