NAND 技术的未来

随着移动设备不断深入我们的日常生活，且数字解决方案不断取代传统系统，数字数据量正以惊人的速度增长。随着 5G 技术的出现，全球数据需求呈指数级增长，没有停止的迹象。专家估计，到 2025 年，全球数据将增长 61%，达到惊人的 175 皆字节 (ZB)。 数据爆炸将当前内存技术推向极限。三星以其先进的4位垂直NAND (V-NAND) 技术直面挑战，提供了更有效的内存解决方案。高容量 V-NAND 技术具有创新的三维结构，为满足当前和未来的数据需求提供可靠的基础。 平面 NAND 技术的局限性 NAND 闪存驱动器的容量取决于芯片中的电池数量。直到最近，制造商一直专注于在平面 NAND 结构中安装较小的电池，将内存单元彼此相邻放置在单个模层中，以提高内存容量。在短短的 15 年中，电池大小从120纳米减少到19纳米，而容量却提高了100倍。 然而，缩小电池的尺寸带来了多个技术挑战。首先，用于创建电路的现行工艺——光刻技术，将最终达到其极限，这意味着电池尺寸不能够进一步缩小。其次，如果电池的尺寸低于20纳米，从一块电池向另一块电池泄漏电荷的可能性显著提高。这种电池间的干扰可能导致数据损坏，大幅降低闪存内存的可靠性。 V-NAND：下一代内存解决方案 三星的 V-NAND 技术旨在克服平面技术的局限，在不降低可靠性的情况下扩大产能。V-NAND 技术不是试图将更多的电池挤压到不断减少的区域，而是通过将电池堆叠在彼此之上进行向上构建。 V-NAND 独特的结构由通道孔技术实现。这一技术通过柱形通道连接电池，允许堆叠超过 100 层电池。因此，可以实现更大电池密度。平面 NAND 设计的最大组件密度为 128 Gb，而 V-NAND 结构将这一密度的上限扩展至 1 兆比特 (Tb)。 除了创新结构外，V-NAND 还采用电荷撷取闪存 (CTF) 技术来消除电池间的干扰。通过向电池引入非导电氮化硅层，CTF 技术使 V-NAND 技术能够免受电荷泄漏和数据损坏的影响。 由于 V-NAND 不再需要防止因电气泄漏而造成的数据损坏，因此，闪存可以运行更高效的程序算法。经过简化的算法使闪存写入数据的速度比平面 NAND 闪存快两倍，同时大大降低了能耗。V-NAND 独特的结构减少了电场和超电压分布，使内存解决方案更耐用，更不易出错。 制定新的性能标准 基于 V-NAND 的固态硬盘 (SSD) 自 2013 年首次推出以来不断发展，最近推出具有第六代 V-NAND 存储器技术的 250 GB SATA SSD 标志着该技术发展的又一突破。 第六代 V-NAND 具有 136 层，使其电池数量比前代增加约 40%。为了尽量减少错误和通常随高度增加而增加的读取延迟，三星采用了新的速度优化电路设计，使芯片的数据传输速度在写入操作时低于 450 微秒(μs)，读取时低于 45 μs。1) 与上一代产品相比，第六代 V-NAND 的速度比上一代快 10% 以上，能耗降低约 15%。2) 除了提高性能，三星还修改了 V-NAND，使其更容易制造。使用第六代 V-NAND 后，256Gb 芯片所需的通道孔数从 9.3 亿个减少到 6.7 亿个，生产效率提高了约 20%。 三星的 V-NAND 技术旨在克服传统内存解决方案的局限性，是释放数据驱动潜力的力量。第六代 V-NAND 的进步将使三星在改进内存技术方面迈出下一步。这种速度优化设计尤其对开发具有 300 多层的 V-NAND 解决方案至关重要。无论是容量还是性能，创新性的闪存技术都非常适合当今和未来的数据需求。 1） 此结果在典型计算环境下进行测量 2） 上一代 V-NAND 的数据传输速度在写入操作低于 500 微秒 (μs)，在读取时低于 50 μs，并且消耗大约 16.9 毫安 (mA)，而第六代 V-NAND 消耗约 13.8 毫安 (mA)。

* NAND - 闪存 * SSD - 固态硬盘

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