3DNAND闪存离我们有多远，未来将如何发展？

全球存储市场对高密度NAND闪存的需求不断增长。目前，不仅需要当今的闪存控制器的功能，还需要3D NAND架构（在过去十年中一直是存储讨论和开发的中心）。

随着工业物联网（IIoT），智能工厂，自动驾驶汽车和其他数据密集型应用程序继续受到关注，这些苛刻应用程序对数据存储的要求变得越来越具有挑战性。尽管与传统的HDD相比仍存在价格优势，但是3D架构的发展将闪存存储扩展到更广泛的市场，因为它具有更高的可扩展性和可负担性。

3D技术：浮栅与电荷陷阱技术

自从1980年代SLC闪存的2D平面景观问世以来，闪存驱动器一直在使用 浮栅技术。3D技术将事物推向了三维，并带来了新的挑战，并重返了诸如电荷陷阱之类的编程技术，供应商开始重新考虑企业级固态硬盘。虽然大多数3D制造商现在已转向电荷陷阱技术以实现更好的耐用性和可扩展性，但平面技术仍主要使用浮栅技术来存储数据。

有人认为，基于电荷陷阱技术的NAND闪存不易受到损坏和泄漏的物理影响。这直接影响错误率以及驱动器上剩余的程序/擦除（P / E）周期等方面。但是，电荷陷阱在数据保持方面也面临着自身的挑战，尤其是在较高温度下，这是汽车领域的一个重要问题，在汽车领域中，承受高温是一个质量要求。

浮动门的简单图

电荷陷阱的简单示意图

无论电荷陷阱技术还是浮栅技术，从任何给定主机系统发送到NAND闪存的数据都需要由闪存控制器进行管理。这就是为什么高度可靠的控制器是高性能系统不可或缺的一部分的原因。3D体系结构为实现高密度闪存扫清了道路，但是基于该技术的存储应用现在对更高级别的可靠性和数据保留性的需求日益增长，而这只有通过高端控制器才能实现。最终，选择闪存控制器是获得更大耐用性和寿命的关键。

为什么选择3D技术：扩展的经济学

一种明显的解决方案是使存储单元更小。闪存已从120纳米制造工艺发展到如今使用的14或15纳米工艺。这种缩放使容量增加了（因此降低了每比特成本）约100倍。但是，我们正在达到半导体工艺的缩放极限。

另一种方法是在每个存储单元中存储更多数据位。最初的单级单元变为多级单元（MLC），它在每个单元中存储四个不同级别的电荷，相当于两个数据位。从那时起，已经设计了闪存，在每个单元中存储三位（三级单元，TLC）和四位（四级单元，QLC）。这种方法存在一些问题：需要更精确地控制和测量所存储的电荷，会使读取和写入速度稍慢，并且更容易出错。

为了满足对增加存储密度的需求，闪存制造商现在已经进入了三维领域。在3D架构中，多层存储单元被构造为在硅中创建三维结构。这样可以为相同的表面积提供更多的存储空间。通过在硅中垂直构建单元层来制造3D架构。这需要更复杂的制造过程，但是它可以大大增加存储密度，并避免与较小的特征尺寸相关的问题。

3D闪存图

重要的是要认识到，存储密度的增加并不能抵消更复杂的制造过程。例如，即使该过程使晶片成本翻了一番，将存储密度提高10或100倍也可以显着降低每位成本。

未来是什么样子的

当前的3D架构最多使用176层。尽管目前似乎对层数没有任何严格的物理限制，但要超出此范围，可能需要结合使用不同的开发方法，以将3D模具彼此堆叠。

过去十年来3D架构的发展使得在全球范围内更可实现大容量闪存驱动器。尽管此技术带来了很多好处，但在性能，寿命以及使高密度电池（TLC，QLC）更可靠方面均具有许多优势，但它还伴随着复杂且昂贵的制造过程。

结论

当人们考虑整个数据存储领域中截然不同的用例时，这一笼统的声明就显得尤为重要：从移动设备中的消费者级eMMC到服务器场中的高性能SSD，再到工业自动化工厂中由安全驱动的PLC。每个用例都有不同的需求，为了更好地了解3D NAND闪存如何使存储系统受益，我们建议与可以详细解释这一点的闪存控制器供应商取得联系。