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在本週於美國加州舉行的閃存高峰會(Flash Memory Summit)上，全球幾家主要的內存製造商紛紛表示看好3D NAND閃存(flash)的未來發展，並透露了一部份的開發藍圖。而其最近的競爭對手——長江存儲科技公司(Yangtze Memory Technology Corp.；YMTC)更積極接觸媒體，深入介紹其最新3D NAND技術架構與發展前景。
海力士(SK Hynix)也十分樂於提供其96層(96-layer)組件的詳細信息。東芝(Toshiba)宣佈推出一款低延遲芯片，正面挑戰三星(Samsung)的Z-NAND和英特爾(Intel)的Optane。美光(Micron)僅簡要介紹其下一代計劃，而Western Digital (WD)則推出了全新軟件，作為其數據中心策略的一部份。
事實上，這些消息的發佈，正值機械硬盤仍主導目前的計算機儲存之際。然而，根據一些市場預測，NAND flash正在市場上颳起一陣旋風，預計到2025年將佔據市場的半壁江山。
海力士Tbit級芯片明年出樣
海力士宣佈將在今年年底前針對移動系統出樣其512-Gbit 96層芯片，採用11.3 x 13-mm2封裝。明年6月之前，該公司還將出樣一款以16 x 20-mm2封裝的Tbit級版本，即所謂的V5系列。這兩款芯片均採用電荷儲存架構，支持高達1.2-Gbits/s/pin的數據速率。
V5系列組件的尺寸比其現有72層NAND芯片更小30%，但讀取速度提高了25%，寫入性能也提升了30%。相較於現有的產品，整體功率效率大幅提高150%。
海力士目前已經開始研發128層的下一代產品了。該公司NAND開發和業務策略資深副總裁Hyun Ahn表示，該公司預計最終將提供堆棧高達500多層並在單一封裝中支持高達8 Tbits的芯片。
而近來才剛完成改革的東芝內存公司(Toshiba Memory Corp.)表示，明年初將會開始生產1.33-Tbit芯片。該芯片將會是採用其BiCS架構的Gen 4版本，支持96層和每單元4位(4-bits/cell)架構。
另外，東芝併發布XL-Flash芯片，可支持較其現有3-bits/cell組件的隨機讀取延遲更低1/10。這款組件採用更短的字線以及更多平面層，但也利用了現有的BiCS工藝與接口。
該公司聲稱擁有主要的SATA市場，但也預期這種接口將在大約兩年內消失，取而代之的是SAS和NVMe界面。今年的閃存高峰會現場上就展示了多款採用PCI Express Gen 4的NVMe接口。
圖：XL-Flash將與三星的Z-NAND和英特爾的Optane展開競爭（來源：Toshiba）
美光、WD的芯片藍圖
美光看好NAND成長態勢，但並未透露太多的發展藍圖。美光與英特爾最近才宣佈將於2019年結束雙方在3D XPoint內存的合作。
相較於其現有的96層組件，美光下一代NAND的寫入帶寬將增加30%，成本/位將降低40%。該公司指出，這些進展一部份來自於專有的替代閘極和低電阻金屬。
該公司先前曾經表示計劃將4-bits/cell技術應用於其現有的3D NAND組件，以提供Tbit級芯片。美光非揮發內存整合部門副總裁Russ Meyer表示，該公司預計其設計將可擴展到200層以上，並順利進展至下一個十年。
Western Digital則推出新的硬盤和固態數組與管理軟件，期望在蓬勃發展的數據中心儲存市場佔據更大份額。WD數據中心部門總經理Phil Bullinger表示，這兩種系統的機械設計和新的虛擬化API都將開放。
WD的OpenFlex E3000將採用NVMe在3U系統中封裝高達610TB的NAND儲存。D3000將在搭載25-Gbit/s以太網絡的1U機箱中承載高達168TB的硬盤儲存空間。
該公司預計一些大型數據中心將設計各種不同的硬件以滿足其需求。他們還預計第三方公司將會在WD新的虛擬化API之上編寫自己的管理軟件。
Objective Analysis資深儲存分析師Jim Handy說：“儲存技術變得越來越複雜，因此，供貨商不能再只是提供簡單的儲存組件，而將剩餘的系統設計留給OEM。”
東芝和其他幾家公司也分別推出了軟件，通常都採用NVMe協議，透過以太網絡和其他結構管理儲存網絡。
長江存儲積極搶進NAND市場
本土存儲產業新秀——長江存儲則希望在明年7月開始生產64層256-Gbit NAND，其上並採用晶圓鍵合外圍裝置I/O電路。如果一切順利，一年之後，就可能在中國武漢總部的新廠第一階段，以月產10萬片的速度量產約100-mm2的芯片。
新廠的第二階段則將使64層組件達到300,000片的月產能。然而，目前開發中的下一代128層組件的尺寸將會更小。
支持4-bits/cell架構的128層芯片可望在18個月內準備就緒，提供512-Gbit或甚至是Tbit級的芯片，實際取決於長江存儲所使用的芯片尺寸。內存產業資深專家和紫光集團(Unigroup)代表高啟全表示，如果成功了，這種設計就能夠推動該公司在全球NAND市場佔據10～20%的佔有率，並得以在起伏不定的市場中生存下來。
長江存儲首席執行官楊士寧說：“我們並不會虧本追逐規模。”他強調該公司選擇不在此時出貨第一代64-Gbit組件。
雖然產量和可靠度可以接受，“但從成本的角度來看，它並沒有競爭力。”他並補充說64層組件應該達到三星最新組件位密度的10~20%，並可望為長江存儲帶來10%~20%的利潤。
Xtacking架構的技術基礎來自前XMC於武漢廠為CMOS成像器開發5年多的晶圓鍵合技術。長江存儲並將其“幾微米的間距”縮小到僅約100nm，以用於3D NAND。
為了校準單獨的NAND和I/O晶圓——這項工作中最棘手的部份，晶圓廠使用位於晶圓上方和下方的攝影機與診斷工具。透過等離子體活化被擠壓在一起的芯片表面，並以低溫退火處理。然後，在I/O晶圓的背面進行加工，以便在芯片背面形成焊墊。
楊士寧說，這種方法並不至於影響產能，也將會用於64層芯片上。可靠性數據“看起來還不錯”，而且內存單元尺寸和耐久性也都與競爭產品差不多。
儘管如此，楊士寧說：“走上這條道路需要一些勇氣，因為要讓這項技術發揮作用並不容易……高啟全和我來來回回多次後才做了這個決定。”
圖：Xtacking 3D NAND芯片仿真圖（來源：YMTC）
長江存儲憑藉其1,500多名工程師和500項中國和國際專利，自行開發出Xtacking技術。同時，它還獲得了Arm、IBM、Spansion和研究機構的授權技術。因此，儘管受到目前的出口管制，楊士寧仍表示，相信長江存儲仍然能夠取得所需的設備和材料——這是該公司從美國採購的最大部份。
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