[社论] 非凡创新成就更难忘的世界：三星开创性垂直 NAND 闪存 (V-NAND) 内存解决方案背后的故事

随着全球性大规模流行病继续改变我们的日常生活和作息，我们与家人和朋友的联系比以往任何时候都更加重要。无论是朋友聚会，还是回忆过去家庭活动中拍摄的照片，那些我们最重视的时刻，对于我们每个人来说都变得至关重要。 无论是通过智能手机图库、视频通话应用程序还是社交媒体网络，当今智能手机和数据中心使用的 NAND 闪存¹ 解决方案都使这些令人心动的回忆时刻成为可能。 除了它的技术定义，我们可以将 NAND 闪存视为可以记录和保存许多特殊时刻的东西。我们三星电子公司正在持续努力，让消费者确信有价值的通信将长期存在，作为负责半导体行业 NAND 闪存持续发展的技术人员，我想与您分享其中的一些努力。 开创未知的三维 (3D) 垂直结构时代 如果我们把宇宙的历史看成一年，那么人类物种则在这一年即将结束前的 14 秒钟才出现。随着超过 1700 亿个已知星系的不断膨胀，我们的太阳和地球绝不是我们宇宙发展的中心。同样的类比也适用于半导体。 如果您通过电子显微镜观察一个比指甲还小的半导体芯片，就会发现其中存在着一个完整的微型宇宙。尽管它的厚度只有 1 毫米，但芯片内部却存在数百万个精心构建的空间，以存储大量数据。 多年来，设计用于存储数据的 NAND 闪存解决方案具有二维 (2D) 结构，其中芯片被缩放并放置在平坦的表面上。但是这些二维结构在可以存储的数据量方面有很大的局限性。 在为缓解此问题进行广泛研究后，三星推出了 V-NAND（“V”代表垂直）闪存，这是一种通过垂直堆叠 3D 空间中的穿孔连接其单元层的解决方案。三星是一家开发和商业化这种存储解决方案的公司。 这种 3D V-NAND 于 2013 年首次亮相，与几十年来主导电子存储领域的传统 2D 结构相比，为存储半导体创造了全新的范式。它所带来的技术改造，可以比作习惯住在一层、二层房屋的人们第一次搬进高层公寓的体验。 V-NAND：代表三星对半导体解决方案的掌握 如今，V-NAND 解决方案凭借其创新的垂直 3D 结构，自推出以来已成为行业标准。 早在 2013 年，三星开发的 V-NAND 解决方案就有 24 层——但现在它已经发展到近 200 层，而且这个数字还在继续增长。然而，就像高层公寓一样，简单地将更多层堆叠在一起并不是它的全部。 公寓应该很高但也应该很坚固，并且随着建筑物高度的增加，可以通过安全高效的电梯轻松到达。更重要的是，必须考虑楼层之间的噪音水平，并且由于高度限制，建筑物的高度绝对不是无限的。 V-NAND 解决方案也是如此。即使层数相似，仔细观察也会发现功能和结构上的细微差别。在半导体领域，这可能是最重要的，因为即使是最小的差异也会导致截然不同的结果。

推出超小单元，单层蚀刻技术使之成为可能 让我们花一两分钟回到 2013 年。 为了克服半导体平面二维结构的局限性，三星开发了一种在三个维度上堆叠单元的产品。当时，由于结构没有很多层，因此不需要立即考虑产品的高度。然而，随着层数的增加以满足对高度集成、高容量解决方案日益增长的需求，三星工程师不得不考虑产品高度周围出现的物理限制。 三星抢在半导体行业的任何其他参与者之前，考虑并开始为即将出现的 V-NAND 高度问题设计解决方案。该公司的 176 层第 7 代 V-NAND 与业界第 6 代 100+ 层 V-NAND 的高度相似，由于我们成功开发了超小单元尺寸，这一创新成为可能。 三星通过高度创新的 3D 缩放技术减少了其表面积和高度，设法将单元体积减少了 35%。在这种减少期间可能发生的小区之间的任何干扰也得到控制。这使三星能够在较低的高度堆叠更多层，使该公司在克服预期的高度限制方面具有优势。 三星拥有单层蚀刻技术，能够一次堆叠超过 100 层，并通过超过 10 亿个孔互连。利用超小单元尺寸和公司专有的单堆栈蚀刻技术，三星在提供由数百个单元层打造的 V-NAND 解决方案方面处于优势地位。 展望未来：第 7 代和第 8 代 V-NAND 解决方案 今年下半年，三星将展示其基于第 7 代 V-NAND 芯片的消费级固态硬盘 (SSD) 产品，这是一款超小单元尺寸解决方案。得益于其输入/输出 (I/O) 高达 2.0 吉字节/秒 (Gbps)，这款第 7 代 V-NAND 解决方案有望满足第 4 代高速串行计算机扩展总线标准 (PCIe) 界面 (PCIe Gen 4) 以及后来的 PCIe Gen 5 的要求。此外，公司的解决方案将针对多任务处理大量工作负载进行优化，例如同步 3D 建模和视频编辑。 三星还计划将其第 7 代 V-NAND 的使用范围扩展到数据中心 SSD。此外，为了鼓励运营数据中心的公司降低功耗，三星的低功耗解决方案可以帮助其比第 6 代解决方案提高 16% 的能效。 该公司已经获得了其第 8 代 V-NAND 解决方案的工作芯片，具有超过 200 层，并计划根据消费者的需求将其引入市场。 三星 V-NAND 的未来：旨在超过 1000 层 在半导体行业，没有什么是偶然的。开创一项以前未知的技术不仅需要时间，还需要大量的资本和投资。面对挫折和其他挑战，三星通过保持热情、承诺和责任感，成功成为半导体行业的领先者，使我们能够为实现此类创新所必需的所有人实现更美好的生活。 就像经过 10 多年研究后于 2013 年推出 V-NAND 一样，公司将通过我们对 3D 缩放技术的使用率先克服即将到来的高度限制。不仅如此，当三星的 V-NAND 解决方案发展到超过 1000 层时，该公司将继续确保其内存解决方案提供较高的可靠性。 扩展现实的新范式将扩展半导体的作用 由于技术的快速进步，世界正在转向扩展现实 (XR) 的新范式。事实上，由于大规模流行病，XR 成为我们日常生活的一部分的时间已经大大提前。日常生活中包含现实和网络空间重叠的时代越来越近了。此外，IT 设备和技术的改进将需要一种全新的方法，这种方法将与以前所见完全不同——半导体的作用将变得比以往任何时候都更加重要。 毫无疑问，三星将通过推出基于强大技术进步的创新半导体产品，继续致力于创造更美好的社会。这确定将会发生，所以您可以放心，储存在您电子设备上的珍贵记忆将会保存很长一段时间。 _{¹ 非易失性内存半导体，即使在电源关闭时也能保留存储的数据。}