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NAND閃存芯片,進入第十代!

2025-03-03 來源:中國電子報、電子信息產業網
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關鍵詞: 第十代NAND閃存 DeepSeek

隨著人工智能、大模型、云計算等新興技術的飛速發展,市場對NAND閃存的存儲性能要求也在不斷提高,各大廠商都在積極推進NAND閃存的研發,越來越多有關第十代NAND閃存技術的消息撲面而來,第十代NAND閃存的技術之爭正在拉開帷幕。

鎧俠與閃迪攜手 注重高性能低功耗
鎧俠和閃迪可是一對“老伙計”了,雙方早在鎧俠還叫東芝存儲時就有合作,如今閃迪已從西部數據分離,雙方依舊保持著密切的合作關系。本次雙方針對AI等新興應用場景,推出了第十代3D NAND閃存技術,與前幾代產品相比,這種新型NAND閃存在性能上提升達33%。


鎧俠表示,這款新型3D NAND閃存采用了獨有的CBA技術(CMOS directly Bonded to Array,外圍電路直接鍵合到存儲陣列),通過將CMOS晶圓和單元儲存陣列晶圓在更優的條件下單獨制造,然后精準地鍵合在一起,不僅提高了芯片的集成度,還優化了電路的性能,減少了信號傳輸的損耗,從而實現了更高的性能和更低的功耗。并且,這并不是一項新技術,鎧俠第八代3D NAND產品也曾采用過,但本次第十代NAND內存層數從第八代的218層增加到了322層,對晶圓平面布局進行優化以提高平面密度,使位密度提升了59%。更高的位密度意味著在相同的芯片面積上能夠存儲更多的數據,這對于滿足不斷增長的數據存儲需求至關重要。無論是智能手機、平板電腦等移動設備,還是數據中心、云計算等大型應用場景,都能夠從中受益,實現存儲容量的大幅提升。


此外,新產品還采用了Toggle DDR6.0接口標準和SCA協議。Toggle DDR6.0接口標準作為最新的NAND閃存接口標準,具備更高的傳輸帶寬和更穩定的信號傳輸能力,允許NAND接口速度達到4.8Gb/s,為實現高速數據傳輸提供了堅實的基礎。而SCA協議,作為一種全新的接口命令地址輸入方式,將命令/地址輸入總線與數據傳輸總線完全分離并實現并行運行,有效減少了數據輸入/輸出所需時間,進一步提升了數據傳輸的效率。在能效方面,該方案引入了PI-LTT(電源隔離低抽頭終端)技術。這項技術在進一步降低功耗方面發揮了關鍵作用,它通過在NAND接口電源中同時使用現有1.2V電源和額外低壓電源,實現了數據輸入/輸出過程中的功耗降低。具體而言,輸入功耗降低了10%,輸出功耗降低了34%,成功實現了高性能與低功耗的平衡。這對于數據中心等大規模應用場景來說,具有重要的意義,不僅能夠降低運營成本,還能減少能源消耗。
鎧俠首席技術官宮島秀(Hideshi Miyajima)表示:“隨著人工智能技術的普及,生成的數據量預計將大幅增加,現代數據中心對提高能效的需求也將隨之增加。”
美光繼續精進3D NAND技術
美光的第十代NAND閃存技術在于架構創新,美光的第九代3D NAND技術G9,將數據傳輸速率提升了50%,讀寫帶寬也得到了顯著優化,為AI和云計算等以數據為中心的工作負載提供了強有力的支持。該技術通過將多個存儲單元層垂直堆疊在一起,提高了存儲密度,不僅增加了存儲單元的數量,還縮短了數據傳輸的路徑,從而提高了讀寫速度。此外,美光還對存儲單元的排列方式進行了優化,采用了更加緊湊的布局,進一步提高了存儲密度。


為了提升讀寫速度,美光在信號傳輸和控制電路方面進行了創新。通過采用高速信號傳輸技術和優化的控制算法,減少了數據傳輸的延遲,提高了讀寫操作的效率。同時,美光還引入了先進的糾錯碼(ECC)技術,能夠在數據傳輸過程中及時檢測和糾正錯誤,保證了數據的準確性和完整性。
在材料改進方面,美光采用了新型的存儲介質材料。這種材料具有更好的電荷保持能力和穩定性,能夠提高存儲單元的可靠性和耐用性。同時,新型材料還具有更低的電阻和電容,有利于提高信號傳輸的速度和效率。此外,美光還對閃存芯片的制造工藝進行了改進,采用了更先進的光刻技術和蝕刻工藝,使得芯片的制造精度更高,性能更加穩定。
SK海力士從3D突破到4D
SK海力士更是提早一步,在2024年11月21日就宣布,開始量產業界首款321層1TB TLC 4D NAND閃存,并于今年上半年開始供應。


圖片來源:SK海力士官網
SK海力士表示,在此次產品開發過程中采用了高生產效率的“3-Plug”工藝技術,克服了堆疊局限。該技術分三次進行通孔工藝流程,隨后經過優化的后續工藝將3個通孔進行電氣連接。在其過程中開發出了低變形材料,引進了通孔間自動排列(Alignment)矯正技術。該公司技術團隊也將上一代238層NAND閃存的開發平臺應用于321層,由此最大限度地減少了工藝變化,與上一代相比,其生產效率提升了59%。
據了解,SK海力士的第十代NAND閃存技術也將延續使用4D NAND架構,并引入了PUC(Peri Under Cell)技術,將外圍控制電路放置在存儲單元下方。這種創新的架構設計,為NAND閃存構建了一個更加高效有序的布局,對提升整體性能起到了關鍵作用。與傳統架構相比,SK海力士的創新架構優勢顯著。在傳統架構中,外圍控制電路通常位于存儲單元的側面,這不僅占據了較大的芯片面積,還增加了信號傳輸的距離和延遲。而PUC技術的應用將外圍控制電路置于存儲單元下方,縮短了信號傳輸路徑,使得數據的讀寫操作能夠更加迅速地響應。這種架構優化,使得數據傳輸速度得到了顯著提升,同時也提高了芯片的整體性能和穩定性。
SK海力士計劃在今年年底之前,全面完成400多層堆疊NAND的量產準備工作,2026年第二季度正式啟動并大規模投入生產。


快評:第十代NAND閃存前景可期 

近期,DeepSeek模型以優越的性能和極低的成本驚艷登場,給全球科技行業帶來了全新的震撼,而這股強烈的震感也傳到了整個半導體產業鏈,對于有些芯片品類來說是沖擊,而對于NAND來說,是大利好。

在AI手機領域,隨著DeepSeek技術的融入,手機的智能化水平得到了顯著提升。它能夠實現更自然的語音交互、更精準的圖像識別以及更高效的智能助手功能。而為了實現這些強大的AI功能,手機對NAND閃存的需求在容量和性能上都有了大幅提升。以蘋果為例,其最新款手機為了搭載更先進的AI算法和更大的語言模型,NAND閃存的容量從以往的128GB起步提升到了256GB起步,以滿足大量數據的存儲和快速讀取需求。

在AIPC領域,DeepSeek的搭載使得AIPC能夠在本地實現更強大的AI計算能力,無需完全依賴云端服務器,從而提高了響應速度和數據安全性。這一變革使得AIPC在處理復雜任務時更加高效,如進行圖像和視頻編輯、數據分析以及運行大型AI軟件等。為了支持這些高性能的AI應用,AIPC對NAND閃存的性能要求也越來越高,需要具備更快的讀寫速度和更高的穩定性。例如,英特爾推出的新一代AIPC處理器,搭配了高性能的NAND閃存,以確保AI應用的流暢運行。同時,為了滿足用戶對海量數據存儲的需求,AIPC的NAND閃存容量也在不斷增大,從傳統的512GB向1TB甚至2TB邁進。

AIoT(人工智能物聯網)領域也因DeepSeek技術的發展而迎來了新的發展機遇。在智能家居、智能安防、智能穿戴等設備中,DeepSeek的AI技術能夠實現更智能的環境感知、更精準的行為分析以及更高效的設備控制。例如,智能攝像頭可以通過AI技術實時識別異常行為并及時報警,智能音箱可以理解用戶的自然語言指令并提供相應的服務。這些AIoT設備數量的快速增長以及功能的不斷豐富,使得對NAND閃存的需求呈現出爆發式增長。根據市場研究機構的數據,預計到2025年底,全球AIoT設備對NAND閃存的需求量將達到數億GB,市場規模將超過數百億美元。

其他還有汽車智能化領域,隨著自動駕駛技術的不斷發展,汽車對AI計算能力的需求越來越高,對NAND閃存的需求也在不斷增加。

專家表示,這些需求讓各大企業對NAND閃存的性能、容量和功耗等方面提出了全新的要求。在性能方面,端側AI應用需要NAND閃存具備更高的讀寫速度,以滿足AI算法對大量數據快速處理的需求,還需保證AI算法的實時性和準確性;在容量方面,隨著端側AI應用的不斷豐富和復雜,終端設備需要存儲更多的數據,包括AI模型、訓練數據以及用戶數據等;功耗方面,端側AI設備通常需要長時間運行,并且對電池續航能力有較高要求。因此,NAND閃存的低功耗特性變得尤為重要。低功耗的NAND閃存可以減少設備的能耗,延長電池續航時間,提高設備的使用便利性。這些需求都是第十代甚至第十一代NAND閃存需要主要著力的點。

因此,結合DeepSeek的影響和當前行業動態,NAND市場未來在供需、價格和技術發展等方面將呈現出一系列顯著趨勢。

供需方面,隨著DeepSeek推動AI在各領域的廣泛應用,NAND閃存的需求將持續增長。根據市場研究機構的預測,到2026年,全球AI相關應用對NAND閃存的需求量有望達到數萬億GB,年復合增長率將超過20%。而在供給端,盡管NAND廠商在2025年采取了減產措施,但隨著技術的進步和新產能的逐步釋放,未來市場供應仍將保持一定的增長態勢。不過,由于AI相關需求的增長速度較快,預計未來NAND市場將逐漸從供過于求轉向供需平衡,并有可能在某些高端產品領域出現供不應求的局面。

價格方面,受供需關系變化以及技術進步的影響,NAND閃存價格有望在未來呈現出先穩后升的趨勢。2025年初,由于NAND廠商的減產措施以及市場需求的逐步回暖,NAND閃存價格已經開始出現企穩跡象。隨著AI相關需求的進一步釋放,預計從2025年下半年開始,NAND閃存價格將逐步回升。尤其是在高端NAND閃存產品領域,由于其技術門檻高、市場需求旺盛,價格上漲幅度可能更為明顯。而在中低端市場,由于市場競爭激烈,價格上漲幅度可能相對較小,但隨著成本的上升和需求的改善,價格也將逐漸趨于穩定并有所回升。

DeepSeek對NAND市場的影響,是當下半導體行業變革的一個縮影,隨著AI技術的不斷演進和應用場景的持續拓展,第十代NAND閃存有望獲得廣闊的發展空間,企業需要不斷加大研發投入,提升技術創新能力,優化成本結構,以適應市場的快速變化。同時,企業之間的合作也將變得更加重要,通過協同創新,共同推動NAND技術的發展,滿足AI等新興領域對存儲的多樣化需求。




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