周斌

6月26日，SK海力士宣布已成功开发世界上第一款“128层1Tb的4D NAND闪存”，即将投入量产。该技术的突破为 SK 海力士未来在企业级固态硬盘（SSD）、5G移动通信智能手机市场竞争提供了保障，能夠及时为客户提供多种解决方案。我国在存储芯片领域尚处于起步阶段，NAND技术落后全球先进水平两代左右，未来还有较长路需要追赶。

背景

4D NAND是对3D NAND技术的优化升级，但未将NAND纳入新的维度。3D NAND技术由英特尔和美光提出，将 NAND闪存的技术思路从一味提升制程工艺转移到更多堆叠层数，解决了NAND闪存随着制程工艺升级导致可靠性和性能下降的问题。3D NAND闪存由阵列和外围电路两个主要组件组成，阵列垂直堆叠用于存储数据，而外围电路排列在单元边缘。随着 NAND层数的增加，外围电路将消耗大量芯片空间，增加芯片设计复杂性与尺寸大小，导致成本上升。2018年，SK 海力士提出了新一代的立体堆叠闪存方案“4D NAND”，通过PUC（Periphery Under Cell）设计，将外围电路放置在阵列之下而不是围绕阵列，以提升存储密度降低整体成本。4D闪存芯片的面积相较于3D产品减小了20%、读速提升30%、写速提升 25%，但从技术本质上看，SK海力士的4D NAND技术并未像2D到3D那样将NAND纳入新的维度，将其称为4D NAND更像是一次市场营销。

128层NAND为业界最高堆栈数。自3D NAND技术问世以来，各大存储厂商NAND产品的主要技术路线之一是提高堆栈层数，目前主流产商均在推进96层3D NAND产品的市场化。此次SK海力士推出128层NAND，将存储密度提升至业界最高水平，单个存储器NAND颗粒达到3600亿以上，产品容量达到1Tb，达到96层NAND容量（512Gb）的两倍。从生产效率上看，128层产品较96层产品增加 32层，但在制程手续上却减少了5%，且前者单硅片位元生产率较后者高四成，即使不加入新的生产技术，128层NAND的位元生产率仍然能提高15%以上。

5G时代渐近，对存储器提出更高要求。进入5G时代，不论是移动设备还是数据中心均需要速度更快、容量更大的存储产品。从已发布的5G手机来看，8GB﹢256GB是初代5G手机的标配，是4G手机配置的两倍。此外，华为在其首款5G手机Mate20 X 5G中配置了两块运行内存芯片，除一块美光 LPDDR4 8GB内存芯片外，专设一块三星LPDDR4X 3GB内存芯片供 5G 基带芯片巴龙5000巴龙5000使用。与美光的LPDDR4相比，三星LPDDR4X在提供相同数据传输速度的同时，能够加快多任务处理速度，且在功耗上降低了17%。未来，5G 基带芯片配独立的低功耗高速内存将成为趋势，对存储的需求将呈指数增长。

案例介绍

事件简述。6月26日，SK海力士宣布已成功开发世界上第一款“128层1Tb的TLC4D NAND闪存”，即将投入量产。SK海力士通过在现有 96层NAND的基础上又增加了32层，使制造所需的工艺总数减少了5%，1Tb产品所需的NAND数量将减少一半。值得注意的是，此款产品距离公司在去年10月开发出96层4D NAND闪存芯片仅过了8个月时间。

后续发展。SK海力士计划从今年下半年开始正式开售128层4D闪存芯片，并接连推出各种产品解决方案。尤其是SK海力士计划积极对云数据中心使用的企业级固态硬盘、需要大容量存储芯片的5G移动通信智能手机市场展开攻略，布局未来市场。海力士相关人员表示，凭借这款128层4D NAND芯片，SK海力士将确保其NAND业务的竞争力，及时为客户提供多种解决方案。

简评

我国NAND芯片堆栈层数落后全球先进水平两代左右，需加快高堆栈NAND的研发。由于NAND Flash的可靠性会随着制程工艺的提升而降低，因此主流产商均使用14/16纳米继续进行NAND Flash制造，将资源集中到高堆栈的研发已是行业共识。除 SK 海力士实现 128 层 4D NAND 量产外，各大存储厂商正着力推动96层3D NAND技术的主流化，预计到2020年将广泛普及。

我国拥有全球领先的闪存方案，应持续推进产品迭代以保持领先优势。各大存储生产商在冲击更高的NAND堆栈层数外，也纷纷提出了新一代闪存方案，SK海力士的“4D NAND”、美光的“CuA”和长江存储的“Xtracking”是主要代表。其中，长江存储的Xtracking架构能使存储单元面积比重从65%提升至90%，在同一堆栈层数下较SK海力士和美光提升的存储密度更高，是我国在存储器领域重大技术突破之一。未来，我国在提升NAND层数的同时，需抓住闪存架构上的优势，加速产品迭代，推动我国存储器产业跨越式发展。