這幾天，Flash Memory Summit正在美國舉行。昨天，關於此次峰會，行業主要關注的焦點就是我國的長江存儲在會上正式發佈了全新的3D NAND架構：Xtacking。
今天，SK海力士成為了另一家備受關注的企業，因為該公司在峰會上宣佈推出全球首款4D NAND閃存。
當下，3D NAND發展的如火如荼，而且相應技術仍處於前沿地帶，而SK海力士的宣傳更加吸引眼球，直接推4D產品。
4D閃存技術並不是SK海力士發明的。據悉，該技術最早是由APlus Flash Technology公司提出的，其技術原理是NAND+類DRAM的混合型存儲器，採用了“一時多工”的平行架構，而3D-NAND只能執行“一時一工”。若一到十工同時在4D閃存系統執行時，其速度會比3D-NAND快一到十倍。
打個比方，按照愛因斯坦的“相對論”， 時間已不是常數，因此，可以認為時間在4D閃存系統中變長了，從而能夠處理更多的事情。反之，時間在3D-NAND系統中可以認為變短了，則處理的事情也就少了。
總的來說，4D閃存的設計理念是集前端高速易失性DRAM和後端低成本、非易失性的3D-NAND於一身，巧妙地克服了3D-NAND的缺點。4D閃存是“統一型設計”架構，在製程工藝不變的情況下，可直接應用到各種3D-NAND上。
4D NAND究竟如何？
實際上，SK海力士在今年5月25日就正式發佈了4D NAND產品：96層堆疊的512Gb TLC。本次峰會上，該公司更具體地介紹了該款產品。
SK海力士稱其是業內第一款4D閃存：V5 512Gb TLC，採用96層堆疊、I/O接口速度1.2Gbps（ONFi 4.1標準）、面積13平方毫米，今年第四季度出樣。
此外，BGA封裝的可以做到1Tb（128GB），模組最大2TB，若放到2.5英寸的U.2中，則可以做到64TB，2019年上半年出樣。
性能方面，V5 4D閃存芯片的面積相較於V4 3D產品減小了20%、讀速提升30%、寫速提升25%。另外，V5 4D閃存也規劃了QLC產品，通過96層堆疊，單Die最小1Tb，明年下半年出樣。
據悉，SK海力士內部的4D閃存已經推進到了128層堆疊，很快可以做到單芯片512GB。
該公司曾於2015年做到單芯片8TB。目前，SK海力士的3D NAND是72層堆疊，單芯片最大512Gb（64GB），首款企業級產品PE4010已於今年6月份出貨給微軟Azure服務器。
峰會上，SK海力士還闡述了其3D NAND的技術路線選擇，該公司稱，CTF（Charge Trap Flash，電荷捕獲型）比Floating Gate（浮柵型）存儲單元面積更小、速度更快、更耐用（P/E次數多）。
而三星公司從2013年的第一代V-NAND 3D閃存就開始使用CTF了，東芝/西數（閃迪）的BiCS亦是如此。當然，美光/Intel還是堅持浮柵，不過這倒無所謂，畢竟他們有更厲害的3D Xpoint（基於相變內存，還有一種說法是ReRAM磁阻式內存）。
另一家巨頭——美光在峰會上推出了“CuA”，用於美光的第四代3D NAND中。CuA是CMOS under Array的縮寫，即將外圍CMOS邏輯電路襯於存儲芯片下方，它有三大好處，提高了存儲密度、降低了成本、縮短了製造週期。號稱比第三代（96層堆疊）寫入帶寬提升30%、每存儲位的能耗降低40%。
禁不住做個比較
在本次Flash Memory Summit峰會上，SK海力士和我國的長江存儲先後都推出了前沿的閃存技術，不免要進行一下比較。
長江存儲推出了Xtacking架構，其將外圍電路置於存儲單元之上，從而實現比傳統3D NAND更高的存儲密度；其最大的特點是高速I/O，高存儲密度，以及更短的產品上市週期。特別是在I/O速度方面，目前，世界上最快的3D NAND I/O速度的目標值是1.4Gbps，而大多數供應商僅能供應1.0 Gbps或更低的速度。利用Xtacking技術有望大幅提升NAND的I/O速度至3.0Gbps，這與DRAM DDR4的I/O速度相當。
據悉，長江存儲已經把這項技術運用到相應的存儲產品中（可能是64層堆疊的），預計明年開始量產，採用14nm製程工藝。
而SK海力士的4D閃存的外圍電路和Xtacking正相反，在存儲單元下方，據說這種設置的好處有三點，一是芯片面積更小、二是縮短了處理工時、三是降低了成本。
可見，長江存儲的Xtacking更強調存儲密度和高速的I/O，而SK海力士的4D閃存更強調集成度和成本。這也是和兩家企業的基本狀況相符的。
由於SK海力士是當今全球三大存儲器廠商之一，其規模和技術功底肯定是明顯高於長江存儲的。SK海力士4D閃存已經做到了96層堆疊，而長江存儲的第一代產品今年底才量產，採用的是32層堆疊，其全線產品的總體存儲密度是低於SK海力士的，因此，“缺什麼補什麼”，Xtacking重點關注存儲密度也就順理成章了。且Xtacking的最大特點是I/O速度，高達3.0Gbps，明顯高於SK海力士的1.2Gbps，如果Xtacking能夠順利量產的話，I/O指標真能達到3.0Gbps，那也是業界首創了，再加上中國本土產品先天的成本優勢，還是相當有競爭力的。
如前文所述，4D閃存的技術原理是NAND+類DRAM的混合型存儲器，集前端高速易失性DRAM和後端低成本、非易失性的3D-NAND於一身。而Xtacking具有3.0Gbps的I/O吞吐量，很可能是在類DRAM層面實現了技術突破，我們知道，長江存儲是主攻NAND閃存的，取得上述突破，可見其在存儲器整體技術水平上已經具有了比較強的實力（當然，相對於幾家國際大廠，還是有明顯差距的），在這方面，後續很可能會有新看點和驚喜，值得期待。
反觀SK海力士的4D閃存，由於其96層（128層估計也不遠了）堆疊在存儲密度上已經很有競爭力了，所以該公司將關注的焦點放在了集成度和成本上。集成度方面自不必說，所有數字和邏輯電路的大勢。
看點在成本上，由於中國相當重視存儲器產業，國家大力支持，無論是DRAM，還是NAND Flash，都有大項目先後上馬，且今明兩年陸續實現量產，這給一直壟斷全球存儲器市場的那幾家大廠施加了不小的壓力。中國一旦在技術和量產層面突破，其先天的成本優勢很可能對幾家大廠的中低端產品形成摧枯拉朽的態勢。因此，SK海力士將前沿產品的成本放在重要考量位置，也可以算是未雨綢繆了。
結語
回顧NAND發展史，從1991年推出8Mb的2D-NAND，到2017年推出512Gb的3D-NAND為止，共花了26年。若以“摩爾定律”每兩年容量翻倍計算，應只能增加2¹³倍。但實際上，NAND容量卻增加了2¹⁶倍。
3D-NAND延續了2D-NAND高容量、低成本等優點，但也遺傳了其讀寫速度慢、資料品質差等缺點。這些說明3D-NAND仍有很大的成長空間，除了那幾家傳統巨頭外，新玩家紫光（長江存儲）、旺宏、Cypress等，也在陸續推出新型3D-NAND，加入戰局。
至於命名方面，是4D閃存，還是在3D基礎上取個吸引眼球的名字，就顯得不那麼重要了。
閱讀更多 半導體行業觀察 的文章
