美光的垂直分层存储技术标志着业界最高的面密度 NAND 芯片。

随着 5G 和云计算的普及,数据和流量激增。这种对数据的日益依赖使得该行业同样依赖于存储和内存技术。

然而,与半导体行业的其他领域一样,内存行业目前需要新的架构来帮助推动技术向前发展。本周,美光宣布生产其232 层 3D NAND 技术,成为内存行业的头条新闻。

232层NAND闪存

232 层 NAND 闪存。

为什么还是 3D NAND?

如今,NAND 闪存技术在功率效率、吞吐量性能和单片芯片容量方面被推向了新的极限。由于这些前所未有的要求,传统的 2D NAND 闪存技术已迅速过时。

传统 NAND 技术面临的一个挑战是,单个晶体管平面上的单元之间的物理距离会随着单元尺寸的减小而减小。这里的挑战是闪存通过在单个晶体管单元中存储电压状态来工作,并且随着单元之间的距离减小,晶体管上的电流泄漏也会增加。出于这个原因,NAND闪存制造商在传统微缩方面受到限制,无法在不牺牲性能的情况下远低于13nm。

3D NAND 解决方案的架构

3D NAND 解决方案的架构。

相反,许多人已经转向3D NAND 技术来不断改进 NAND 闪存。3D NAND 是指一种 NAND 架构,其中 NAND 单元垂直堆叠成层,而不是在传统 NAND 中并排。在美光的 3D NAND 技术中,闪存存储芯片由存储单元组成,存储单元分为块和平面,其中每个单元都有字线连接到它们以进行读/写访问。

迁移到 3D 架构有几个优点。最值得注意的是能够将晶体管单元彼此隔开以避免相邻单元的泄漏和干扰。通过这种方式,3D NAND 允许设计人员在不牺牲性能的情况下增加内存密度——避开工艺中不断扩展的性能限制。

美光堆叠 232 层 NAND

本周,美光宣布量产其232 层 3D NAND 技术。

作为公司上一代 176 层的后续产品,232 层 3D NAND 技术建立在美光的 CMOS 阵列下 (CuA) 架构之上。在这种架构中,美光将 NAND 的位单元阵列堆叠成层,以在每平方毫米硅片上提供尽可能多的位。在此过程中,美光旨在实现最低的每比特成本和尽可能高的密度。

当前的 NAND 电容结构与美光的 3D RG NAND 闪存存储

当前的 NAND 电容结构与美光的 3D RG NAND 闪存存储。

由于层数较高,新的 232 层 NAND 闪存技术可以在 11.5 毫米 x 13.5 毫米封装中为每个芯片提供高达 1 TB 的容量。与美光之前的 176 层技术相比,232 层解决方案在缩小 28% 的封装中每面积的位密度增加了 45%。

除了密度之外,美光还声称在性能方面也取得了进步。据美光称,新的 232 层 NAND 器件提供了业界最高的层数、最高的面密度 (bits/mm 2 ),以及 2.4 GB/s 的最快 I/O 速度。与美光之前的 176 层 NAND 产品相比,据说 232 层、6 平面架构可实现 100% 更高的写入带宽、75% 的读取带宽和 50% 的传输速率提升。美光相信,这些每颗芯片的改进将转化为未来嵌入式 NAND 解决方案的更高性能和能量增益。

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