【芯观点】3D NAND Flash走向层数和产能大战

来源:爱集微 #芯观点# #存储#
3.2w


芯观点──聚焦国内外产业大事件,汇聚中外名人专家观点,剖析行业发展动态,带你读懂未来趋势!

本月初,旺宏董事长吴敏求在出席李国鼎纪念论坛时指出,目前存储市场仍以DRAM为主流,不过3D NAND Flash拥有最高密度及最低制造成本,预期未来可能成为存储市场新主流。

距离三星2013年量产全球首款3D NAND Flash已过去了近8年,层数也从原来的24层进化到现在的176层。那么目前全球NAND Flash的市况如何?各大“玩家”取得了哪些进展以及3D NAND Flash的未来将走向何方? 

目前市况如何?

NAND Flash是Flash的一种,其内部采用非线性宏单元模式,为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。得益于容量较大、改写速度快等优点,适用于大量数据的存储,因而在业界得到了越来越广泛的应用。

市调机构集邦咨询(TrendForce)的最新数据显示,2021年第三季度全球NAND Flash芯片出货量增长近11%,平均销售单价增长约4%,同时行业总营收环比增长15%至188.8亿美元。排名前六的厂商营收均有不同幅度的同比增长。

图源:集邦咨询

从需求端来看,智能手机和服务器用NAND Flash贡献了第三季度大部分营收。Q3是传统智能手机出货旺季,苹果、OPPO、vivo、小米等厂商纷纷发布了旗舰机型以拉动NAND Flash用量;另一方面,超大规模数据中心的上量也带动了NAND Flash营收。

目前看来,全球NAND Flash市况一片大好,不过对于第四季度乃至2022年的行业发展走势,业界却众说纷纭。集邦咨询认为,由于上游晶圆代工产能不足的问题没有解决,零部件供给不均衡的状态广泛的影响到各类应用,以及库存相对充足导致合约价开始转跌,预计今年第四季度NAND Flash营收强劲增长的动能将暂告一段落。

台媒也援引业内人士的消息称,自今年第四季度以来,电源管理IC和闪存设备控制器芯片的短缺状况持续改善,鼓励NAND闪存芯片制造商扩大产量。该人士并警告,2022 年上半年 NAND Flash的供应可能会超过需求。

另有反对者认为市场对于NAND Flash的走势过于悲观,NAND Flash控制IC厂群联董事长潘健成此前在法说会上指出,从当前来看,2022年NAND Flash整体市场容量需求将会再成长1.5~1.8倍,预期群联最快2022年上半年库存将会不足以因应市场需求,未来针对5G、电动车等新兴应用,NAND Flash容量需求将看不到天花板。

不过存储周期性的需求也决定了NAND Flash市场的不确定性,未来走势究竟如何还有待市场的进一步观察。

各大玩家角逐

提到NAND Flash则不得不提目前市场上最主流的3D NAND,相关数据显示,2019年,3D NAND的渗透率达到了72.6%,已远超 2D NAND,预期这一数字将在2025年达到97.5%。

从2D到3D早已成为NAND Flash市场的大趋势,对于这个变化,有个很形象的比喻即“从平方到高楼”。

那么NAND Flash为何会演变成3D?分析机构Objective Analysis董事长兼资深分析师Jim Handy在做客《集微访谈》时指出,“3D NAND是NAND存储厂商克服当前困难的一个方式,他们已经没有办法在原有2D NAND存储的基础上降低成本,因此他们选择了用3D技术来‘节流’。”

更为重要的是,3D NAND还解决了2D NAND 在增加容量的同时性能降低的问题。 

这一技术的优势自然吸引了众多玩家入局,三星、铠侠、SK海力士、美光、长江存储等厂商纷纷布局3D NAND Flash。 

从技术发展来看,各家仍在层数上一较高下。三星早在2013年便开始量产3D NAND Flash,采用CTF电荷撷取闪存(charge trap flash,简称CTF)路线,相比传统的FG(Floating Gate,浮栅极)技术难度要小一些。目前三星已量产176层NAND Flash。另外,三星也公布了下一代NAND Flash的细节,堆栈层数超过200层。

韩国另一存储大厂SK海力士则在去年宣布了的一个大事件,即斥资90亿美元收购英特尔的NAND Flash业务,且已通过各国的反垄断调查。在产品进展上,有消息称SK海力士在今年第四季度开始量产176层NAND Flash。

铠侠投入研发的时间较早,在2007年独辟蹊径地推出了BiCS技术,今年2月宣布与西部数据共同开发出了162层NAND Flash。

美光是全球最早宣布176层NAND Flash量产的厂商,该产品结合采用替换栅极工艺和新单元结构的新阵列结构,提高性能的同时缩小了尺寸。

中国大陆的长江存储入局较晚,2017年发布了首款3D NAND Flash,2019年基于自主研发的Xtacking®1.0 架构闪存技术,成功量产 64 层 TLC 3D NAND 闪存。今年则开始量产128层3D NAND Flash。

未来走向何方?

其实不止层数,各家也在产能上下了很大的功夫。三星电子将在平泽第3工厂(P3)安装新的3D NAND芯片生产线,以提高176层3D NAND芯片产量,届时将拥有4万-5万片的月产能;铠侠和西部数据计划今年春季在日本四日市建设一个1万亿日元(合94.5亿美元)的工厂,预计2022年开通第一批生产线。与此同时,铠侠在日本Kitakami工厂旁边也收购了很多工厂,以便未来能够根据需要扩大产能。另外,也有SK海力士和美光从第四季度开始提高176层3D NAND芯片产量的消息不断传来。

如今176层3D NAND Flash已大幅量产,200层甚至更高层数的产品也已曝光,未来3D NAND Flash将走向何方?

SK海力士曾在今年3月份的IEEE国际可靠性物理研讨会上分享了自己的看法,其认为可以在不久的将来把3D NAND Flash的层数扩展到600层以上,届时每一层将变得更薄,NAND单元更小,存储容量会更大。另有行业专家指出3D NAND Flash可以堆叠到1000层。

不过层数越多也就意味着技术难度越大。Jim Handy解释到,要通过3D结构降低成本,就必须一层一层增加堆叠,然后钻孔穿过每一层,才能完成整个过程。如何在钻孔更深的同时保证钻孔的精确度,避免方向偏移造成孔道下方变窄或者上窄下宽是3D NAND面临最大的难题。因此各大存储厂商花费了大量的时间精力研究如何增加层数,同时让每一层更薄。

据了解,存储厂商目前应对的“秘诀”是先堆叠32层或者64层钻好孔,然后往上叠加32层或者64层,再进行钻孔。“这个方法是可行的,而且这项技术目前尚未发现层数限制。”Jim Handy补充说道。

从各家的发展情况来看,都在追求更高的层数以增加存储容量,铠侠CEO柳茂知则在闪存峰会上表示,“部分人可能认为堆叠层数是3D NAND容量增长的最重要参数,但是其实并不完全正确,没有必要以厚度增加为代价一味增加堆叠层数。”

总结:虽然现在还无法预测3D NAND Flash最高可堆叠至多少层,不过可以预期的是,三星、SK海力士、铠侠、美光、长江存储等全球主要存储厂商的层数和产能大战还将继续。

(校对/木棉)

责编: 李梅
来源:爱集微 #芯观点# #存储#
THE END

*此内容为集微网原创,著作权归集微网所有,爱集微,爱原创

关闭
加载

PDF 加载中...