什么是3D NAND闪存,它到底优秀在哪?

云视角

2019-03-22

科技云报道原创。

“随着SSD的普及,SSD已经不再那么神秘,开始逐渐被人们所熟知。但是对于3D NAND闪存,很多人还不是很了解,今天我们就来聊聊3D NAND这个话题。”

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3D NAND出现的原因

要聊3D NAND闪存价值,我们需要快速回顾一下NAND的发展史。NAND是非易失性闪存存储器,所谓的非易失性我们可以简单的理解为——在断电的情况下数据不会丢失,会保持长期的存储。于是,因为这个特性我们就可以用它来做SSD存储数据了。

由于NAND的特性,所以NAND会出现在各种产品中,例如我们之前常用的U盘,笔记本电脑的SSD盘,自动驾驶汽车的存储系统,以及基于闪存的企业级数据中心等等,我们都会看到NAND的应用。

然而,随着人们需求的不断增加,受到有限宽度和长度尺寸内容纳存储器单元的限制。2D NAND容量已达到其开发的极限,利用2D NAND很难在SSD容量方面上继续增加。

于是,3D NAND应运而生。3D NAND可带来更好的性能,更低的成本以及更高的密度。

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什么是3D NAND?

3D NAND也称为V-NAND,旨在克服2D NAND在容量方面的限制。3D NAND架构可在不牺牲数据完整性的情况下扩展到更高的密度,从而实现更多的存储容量。

与2D NAND不同,3D NAND使用多层垂直堆叠,以实现更高的密度,更低的功耗,更好的耐用性,更快的读/写速度以及更低的每千兆字节成本。

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简单来说,之前的2D NAND是平面的架构,而3D NAND是立体的。用盖房子来解释,如果2D NAND闪存是平房,那3D NAND就是高楼大厦。

把存储单元立体化,这意味着每个存储单元的单位面积可以大幅下降,从而大幅提升闪存的存储容量。理论上来讲NAND可以无限堆叠,但是由于技术和材料限制,目前大多数3D NAND是64层的。

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3D NAND闪存的用处

3D NAND闪存带来的最直接的价值,就是能够提供容量的更大的闪存给用户使用,近几年来许多大厂纷纷投入3D NAND的研发,但目前只有Samsung, Toshiba/SanDisk/WD, SK Hynix, Micron/Intel四组公司能够量产3D NAND。由于3D NAND价格昂贵,所以并不是所有领域都适合采用。常见的有以下场景:

超融合领域:HCI对于大型复杂数据中心非常有用,但它的投入并不低。 利用3D NAND可以提供更快的速度,满足企业业务对高性能的要求,同时还以更低的成本增加容量,这使得HCI用户能够以合理的价格提高企业数据中心的性能和规模。

大容量需求环境:目前市场上已经有15TB及以上的3D NAND SSD,正在开发的SSD存储容量甚至能够高达6PB。但这这么大容量的SSD很昂贵,因为它们不仅需要纯粹的容量,还需要智能控制器和快速的性能。但3D NAND SSD还是有很多大容量业务场景用户需求的。

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​3D NAND的未来

当然,天下没有免费的午餐,鱼和熊掌不可兼得。3D NAND也有着自己的劣势,随着先进的工艺带来的更大的容量,3D NAND的可靠性和稳定性以及性能方面都在下降,因为工艺越先进,NAND的氧化层越薄,其可靠性也就越差,厂商就需要采取额外手段弥补这一问题,这必然会提高成本。

目前,各家厂商都在3D NAND上加大力度研发,尽可能提升自己闪存的存储密度,此前SK海力士已经量产72层堆叠3D闪存,东芝与西数2018年9月份开始量产96层堆叠的BiCS4芯片,并会在年底前发货。

值得注意的是,报道称东芝已开发出128层512Gb 3D TLC NAND裸片,被命名为BiCS5。不过,要128层3D NAND的量产普及,预计在2020年底以后才会实现量产开始普及,所以,在今年的市场上各家原厂会将重点放在提高96层3D NAND产量上。

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