电子产品世界

随着人工智能（AI）相关半导体对高带宽存储（HBM）需求的推动，NAND 闪存市场也感受到了这一趋势的影响。

目前，NAND 闪存市场的竞争正在加剧，存储巨头三星和 SK 海力士正加紧努力，以提升 NAND 产品的性能和容量。

两大巨头轮番出手

三星投产第九代 V-NAND 闪存

今年 4 月，三星宣布其第九代 V-NAND 1Tb TLC 产品开始量产，这将有助于巩固其在 NAND 闪存市场的卓越地位。

那么 V-NAND 闪存是什么呢？

众所周知，平面 NAND 闪存不仅有 SLC、MLC 和 TLC 类型之分，而且为进一步提高容量、降低成本，NAND 的制程工艺不断进步。虽然更先进的制程工艺带来了更大的容量，但容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降。比如：制程工艺不断革新的同时，NAND cell 单元之间的干扰现象越来越严重。

三星的 V-NAND 便不再追求缩小 cell 单元，而是通过 3D 堆叠技术封装更多 cell 单元，实现增加容量的目的。

2013 年，三星发布全球首款 V-NAND 闪存并量产，标志着 3D NAND 闪存从技术概念向商业市场的转变。而如今，这一技术已经迭代到第九代。

与第八代 V-NAND 相比，第九代 V-NAND 的单位面积存储密度提高了约 50%，这得益于行业内最小的单元尺寸和最薄的模具层。为了提升产品质量和可靠性，三星采用了新的创新技术，诸如避免单元干扰和延长单元寿命，同时取消备用通道孔则大幅减少了存储单元的平面面积。

第九代 V-NAND 采用了新一代 Toggle 5.1 闪存接口，让数据传速速度提升 33%，高达 3.2Gbps。新的接口可为最新的 PCIe 5.0 SSD 提供足够的性能带宽保障。与上一代产品相比，第九代 V-NAND 在低功耗设计方面也有改进，其功耗降低了 10%，可使 SSD 变得更为节能。

目前三星已启动 1Tb TLC 第九代 V-NAND 的大规模生产，随后将于今年下半年推出 QLC 的型号。

SK 海力士开发新一代移动端 NAND 闪存解决方案「ZUFS 4.0」

今年 5 月，SK 海力士宣布，公司开发出用于端侧（On-Device）AI 的移动端 NAND 闪存解决方案产品 ZUFS（Zoned UFS）4.0』。

SK 海力士表示：「ZUFS 4.0 为新一代移动端 NAND 闪存解决方案产品，其产品实现业界最高性能并专为端侧 AI 手机进行优化。」

ZUFS 按数据的各自特性来区分管理智能手机应用程序生成的数据。与现有 UFS 不分区域而混合存储的方式不同，ZUFS 可以对不同用途和使用频率的数据进行分区（Zone）存储，提高手机操作系统的运行速度和存储设备的数据管理效率。

由此 ZUFS 将在长期使用环境下，手机应用程序的运行时间与现有 UFS 相比改善了约 45%。而且，ZUFS 在存储读写性能下降方面实现了 4 倍以上改善效果，从而产品的使用寿命也提升了约 40%。

SK 海力士给客户提供初期试用产品，而基于此产品规格与客户协作开发出符合 JEDEC 标准的 4.0 产品。公司将于今年第三季度开始 ZUFS 4.0 产品的量产。

其实，自 NAND 闪存进入 3D 时代以来，芯片层数一直是各大 NAND 闪存芯片厂商竞争的焦点，堆栈层数越来越高。在 3D NAND 技术的竞争中，存储厂商从最初的 24 层、32 层发展到 128 层、176 层，甚至超过 200 层。在此背景下，各存储厂商有着不同的押注，一起看看各家的发展路线如何。

只是卷到 200 层？各家技术路线为何？

根据 TomsHardware 此前报道，三星正在准备发布的第 9 代 V-NAND 技术产品，达到了 280 层，相比第 8 代 V-NAND 技术的 236 层有了进一步的提高。三星的技术路线便是选择 V-NAND 架构。

SK 海力士 321 层 NAND 计划 2025 年上半年开始量产

SK 海力士在去年 8 月美国圣克拉拉举行的 2023 闪存峰会上，首次展示了全球首款 321 层 NAND 闪存。

SK 海力士的技术路线便是选择 4D 堆叠。值得注意的是，SK 海力士在 2018 年研发的 96 层 NAND 闪存就超越了传统的 3D 方式，并导入了 4D 方式。

传统的 3D NAND 架构由堆叠的 NAND 阵列和外围电路组成。在大多数设计中，外围电路放置在 3D NAND 阵列旁边，这种布局占用了裸片区域，并最终限制了可用于内存本身的区域数量。SK 海力士将过去放置在存储单元旁侧的外围电路转移至存储单元下方，减少了芯片占用空间。并将其称之为 4D NAND。

相比 3D 方式，4D 架构具有单元面积更小，生产效率更高的优点。

321 层 1Tb TLC NAND 的效率比上一代 238 层 512Gb 提高了 59%。这是由于数据存储的单元可以以更多的单片数量堆栈至更高，在相同芯片上实现更大存储容量，进而增加了单位晶圆上芯片的产出数量。

SK 海力士相关负责人表示，「以正在量产的最高级 238 层 NAND 积累的技术经验为基础，公司正在有序进行 321 层 NAND 的研发。」值得注意的是，早在 2022 年，SK 海力士就已成功研发 238 层 4D NAND 闪存。

作为业界首家公布 300 层以上 NAND 具体开发进展的公司，SK 海力士宣布，将进一步完善 321 层 NAND 闪存，并计划于 2025 年上半年开始量产。

铠侠和西部数据宣布推出 218 层 3D NAND 闪存

去年 3 月，铠侠和西部数据宣布推出 218 层 3D NAND 闪存。该闪存利用了 1Tb 三层单元（TLC）和四层单元（QLC）的四个平面，通过创新的横向收缩技术，将位密度提高了 50% 以上。其 NAND I/O 接口速度超过了 3.2Gb/s，比上一代产品提高了 60%，再加上写入性能和读取延迟有着 20% 的提升幅度，将加速用户的整体性能和可用性。

产品发布时，铠侠首席技术官 Masaki Momodomi 表示，很高兴通过与西部数据独特的工程合作，成功地推出了具有业界最高位密度的第八代 BiCS FLASH，目前已开始向部分客户提供样品，未来将用于一系列以数据为中心的应用，包括智能手机、物联网设备和数据中心。

铠侠选用的是 BiCS 架构，这是铠侠在 2007 年提出的概念。此外，西数、铠侠还开发了新的 CBA 技术，也就是将 CMOS 直接键合在阵列之上，每个 CMOS 晶圆、单元阵列晶圆都使用最适合的技术工艺独立制造，再键合到一起，从而大大提升存储密度、I/O 速度。

美光宣布 232 层 QLC NAND 现已量产

今年 4 月，美光宣布其 232 层 QLC NAND 现已量产，并在部分 Crucial 英睿达固态硬盘（SSD）中出货。与此同时，美光 2500 NVMe SSD 也已面向企业级存储客户量产，并向 PC OEM 厂商出样。

美光 232 层 QLC NAND 可为移动设备、客户端设备、边缘和数据中心存储设备带来无与伦比的性能，其主要优势包括：业界领先的存储密度，比竞争对手最新产品的存储密度提升高达 28%；业界领先的 2400 MT/s1 NAND 输入/输出（I/O）速度，比上一代产品提升 50%；读取性能比上一代产品提升 24%；编程性能比上一代产品提升 31%。

1000 层都未必是终点

增加 3D NAND 器件中的有源层数量是当今提高闪存记录密度的最佳方法，因此所有 3D NAND 制造商都努力每 1.5 到 2 年就推出新的工艺节点来实现这一目标。

虽然当下的竞争主要聚焦在 200 层左右，但是 200 层远远不是终点，近两年已经有巨头开始瞄准 1000 层堆叠的 3D NAND。

在 2023 年的 IEDM 会议上，三星电子预测在不久的将来，堆叠字线的数量将超过 1,000 层，他们也正在进行技术开发，目标是实现 1,000 层。

三星表示 3D NAND 闪存层的速度正在呈指数级增长。最初，大约需要五代才能达到 100 层。对于三星来说，第 5 代（V5）有 92 层，第 6 代（V6）有 128 层。然而，从第六代（V6）的 128 层开始，只过了两代就增加了 100 层。比如：第 8 代（V8）最多有 236 个字线层。这意味着第 8 代在第 6 代之上堆叠了 108 层。

如果按照这个速度下去，第 9 代（V9）将达到 300 层以上，第 10 代（V10）将达到 430 层，第 11 代（V11）将达到 580 层。如今，三星正在为 V13 一代的堆叠字线数量超过 1000 层作出积极努力。

此外，其他存储厂商也正在持续发力更高层数 NAND Flash，美光 232 层之后，计划推出 2YY、3XX 与 4XX 等更高层数产品；铠侠与西数也在积极探索 300 层以上、400 层以上与 500 层以上的 3D NAND 技术。

近日，铠侠首席技术官 Hidefumi Miyajima 在东京城市大学举行的第 71 届应用物理学会春季会议上也表示，计划到 2031 年开始批量生产超过 1000 层的 3D NAND 闪存芯片。

需要注意的是，1000 层 NAND 可没有那么好做。

从理论上讲，堆叠 1000 层以上的 NAND 是可行的，但需要解决堆栈过程中的沉积和蚀刻问题。

具体来看，在 2D NAND 的发展进程中，光刻技术是推动其发展的关键工艺，3D NAND 则完全不同，存储单元以垂直堆叠的方式实现容量的增长。

Lam Research 电介质首席技术官 Bart van Schravendijk 表示，3D NAND 堆叠到 96 层时，实际沉积层数已经达到了 192 层以上，其中，氮化硅层的均匀性将成为影响器件性能的关键参数。

除此之外，3D NAND 工艺流程中最困难的部分当属高纵深比要求的蚀刻工艺。在 3D NAND 结构中，必须通过蚀刻工艺从器件的顶层到底层蚀刻出微小的圆形孔道，将存储单元能够垂直联通起来。

Lam Research 表示，对于 96 层 3D NAND 晶圆来讲，蚀刻的纵深比高达 70：1，而且每块晶圆中都要有一万亿个这样细小的孔道，这些孔道必须互相平行规整。随着堆叠层数的增加，蚀刻工艺的难度也会逐渐增大。

这也意味着倘若未来堆叠的层数超过 1000 层，芯片厂商或将需要面临越来越复杂、昂贵的工艺。到时候，存储产业需要找到新的解决方法不断满足人们日益增长的存储需求，当然，这也可能是一种全新的存储介质，各大原厂同样深知这一点，目前也在积极投入研发当中，例如：FeRAM，MRAM，PCM，RRAM 等，然而，哪种器件能够突出重围，成为下一代非易失性存储器件，还需时间给出答案。

更高层数的 NAND 带来了什么?

NAND 芯片的堆叠层数越多，其主要性能上的好处包括增加了存储密度、改善了读写速度、提升了输入输出效率、降低了功耗、缩小了物理空间占用。这一系列的优点对于小型化、高性能的移动设备和固态硬盘（SSD）等产品尤为重要。

对于 NAND 行业而言，NAND 闪存类存储本身处在 AI 生态链中，任何数据如果没有 SSD 便无法运转起来，因此大模型兴起客观上就会引发对 NAND 需求。

随着堆叠层数的提高，毫无疑问将实现容量的提高以及单位成本的降低，随之 SSD 的价格也有所下探。

当下时刻，NAND 闪存光景大好

自 2023 年第四季度以来，存储行业环境改善明显，下游市场需求复苏，存储产品的销量也实现同比大幅增长。

根据 TrendForce 集邦咨询最新研究报告表明，受惠于 AI 服务器自二月起扩大采用 Enterprise SSD 影响，大容量 SSD 订单开始涌现，结合 PC、智能手机客户因价格上涨持续提高库存储备，带动 2024 年第一季 NAND Flash 量价齐扬，营收季增 28.1%，达 147.1 亿美元。

本季排名变动最大在于美光超越西部数据，位居第四名。主要是美光于 2023 年第四季价格及出货量略低于其他竞争对手，故第一季营收成长幅度以 51.2% 居冠，达 17.2 亿美元。

三星受惠于消费级买家持续提高库存水位，以及 Enterprise SSD 订单开始复苏，第一季营收季增 28.6%，达 54 亿美元，稳居市场首位。第二季受惠于 Enterprise SSD 出货动能扩大，尽管消费级产品订单动能转趋保守，但因 NAND Flash 合约价持续上涨，三星第二季营收有机会再成长逾两成。

SK 集团受惠于智能手机、服务器订单动能强劲，带动第一季营收季增 31.9%，达 32.7 亿美元。由于 Solidigm 拥有独特的 Floating Gate QLC 技术，大容量 Enterprise SSD 订单动能续强，第二季 SK 集团出货位元成长幅度可望优于其他供应商，营收预估续增两成。

铠侠由于第一季产出仍受去年第四季减产策略影响，出货位元仅季增 7%，但受惠于 NAND Flash 均价上涨，带动第一季营收季增 26.3%，达 18.2 亿美元。第二季在供应位元逐步上升，加上提供客户更弹性的议价空间下，进一步扩大 Enterprise SSD 出货量，第二季营收预期将再成长约两成。

西部数据由于零售市场需求自今年二月起明显萎缩，影响出货位元表现，但同样受惠于 NAND Flash 合约价上涨，带动西部数据第一季营收季增 2.4%，达 17.1 亿美元。值得注意的是，第二季受限于整体消费性市场仍未回温，加上 PC 及智能手机全年展望保守，故西部数据欲加速 Enterprise SSD 产品开发，以扩大未来成长动能。然而，企业级产品验证时程较长，对带动短期出货动能成长有限，预期西部数据第二季营收可能持平。

观察第二季趋势，PC 及智能手机客户的 NAND Flash 库存水位已高，加上今年消费终端订单成长仍未优于预期，品牌厂买家备货转趋保守。与此同时，受惠于大容量 Enterprise SSD 订单翻倍，带动第二季 NAND Flash 产品均价续涨 15%，预估第二季 NAND Flash 营收有机会再季增近一成。

关键词： 三星 第九代 V-NAND

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