NAND Flash記憶體的產品應用

首先，我們先了解一下使用NAND Flash延伸出來的產品有哪些:市面上最常看到的USB 隨身碟 & SD card 這是一般消費者最常使用的NAND Flash相關產品，其次在PC/Server 領域使用的SSD產品也在市佔上漸漸取代傳統HDD，另外在嵌入式系統上 不管是手機 或是消費性產品 甚至車用領域都被廣泛使用的eMMC or UFS 產品，這些裡面通通都是NAND Flash，只是透過不同的介面與控制器傳輸，達到儲存資料的目的。

 

非揮發性記憶體的分類:

接著，我們認識一下非揮發性記憶體，有兩種非揮發性快閃記憶體(non-volatile Flash)可供系統設計者在儲存需要上選擇使用。

1. NOR Flash: 這是一種穩定可靠的記憶體, 可以長時間讀寫並保存資料。但是它能夠適合生產的容量相對較低, 一般在512Mb 以下, 並且單位成本相對較高。
2. NAND Flash: 則是我們今天要介紹的, 雖然較容易出現壞點(bit error), 但它單位成本相對低廉, 適合在需要高容量(1Gb以上)記憶體需求的應用上(data storage)。

 

NAND Flash的技術架構:

Nand Flash 以技術架構可分作三種：SLC（單級單元），MLC（多級單元），TLC（三級單元），以及最新的QLC（四級單元）。

差異如下圖檔，簡而言之，SLC 穩定效能及可靠度上最好，其次MLC TLCQLC，但價格最貴；而QLC 則是最具成本效益，若IC設計公司可以將QLC的可靠度及效能提升到滿足市場需求的規格，系統模組廠未來可用較便宜的QLC Flash來代替TLC與MLC，帶來高整個模組的毛利率。

 

NAND Flash的製程演進:

NAND Flash的製程:
2012年的2x奈米製程逐漸降到15nm，藉由製程的微縮來降低成本。
(但TLC與15奈米均已經接近物理的極限之下，平面式的NAND Flash已經較難明顯的降低成本。)

且製程的微縮，會使用來阻止儲存電荷逃逸的氧化層也逐漸變薄，在多次使用後，氧化層容易被擊穿，造成該元件的毀損與資料的流失。

以30nm的TLC為例，每個單元的壽命約可寫入1000次，而到20nm TLC時，壽命僅剩300次，再到15nm TLC，寫入次數更剩下200次而已。

所以NAND Flash廠商在2014年開始從研發3D NAND Flash的技術，直至2017年下半年Cross-over 整體的市占由3D NAND Flash 超越了2D NAND Flash出貨量。

 

 

SKHynix 的3D NAND 研發之旅:

了解NAND Flash之後我們來看看SK海力士產廠商3D NAND的研發演進:

3D NAND:是指存儲單元的垂直堆疊。位密度隨著堆層數的增加而提高，存儲容量隨之變大。 2014年11月，SK海力士成功研發出24層3D NAND晶元。 (MLC)
2015年8月研發出基於TLC（Triple Level Cell，三層單元）陣列技術的36層128 Gb 3D NAND。(TLC)
2016年11月推出48層256 Gb TLC。
2017年四月推出了業內首款具有最高生產效率的72層256 Gb TLC 3D NAND。(其生產效率和性能較之前推出的48層產品分別高出30%和20%，3D NAND 技術的成熟及良率的提升，開始被接受及廣泛的應用在各領域產品)

 

 

SK海力士從3D NAND 到4D NAND的突破

SK海力士的4D NAND: Peri Under Cell(PUC) 技術的研發，這項技術將過去放置在存儲單元旁側的週邊電路轉移至存儲單元下方，減少了晶元佔用空間。

 

SK海力士4D NAND產品還採用了Sideway Source和Charge Trap Flash(CTF）兩大核心技術:

其中Sideway Source是一種以水平的方式連接源級的技術
CTF是指將電荷存儲在電荷捕獲型快閃記憶體中。(如下圖)

 

2018年11月，SK海力士推出業界首款基於CTF的96層512 Gb TLC 4D NAND。

2019年，推出了全球首款128層 1Tb TLC 4D NAND。
(生產效率和成本效益分別提高了40%和60%，適合應用於大容量移動存儲解決方案和企業級固態硬碟（SSD）市場。)

2020年12月，公司成功研發出業界最高層數的176層512Gb 4D NAND。

2022年8月，推出全球首款238層512Gb TLC 4D NAND。
(除了生產效率和數據傳送速率顯著提高外，238層 512Gb TLC 4D NAND快閃記憶體的數據讀取功耗降低了21%)

 

SK海力士全球首次成功完成了新一代技術238層4D NAND快閃記憶體達到業界最高堆疊層數的同時實現了全球最小的面積，其意義更加非凡 。

 

Synnex代理的SK海力士產品線

Synnex代理的SK海力士產品線是全球前幾大知名的記憶體廠商，也是全球NAND Flash的主要供應商之一，針對不同領域需求的Storage產品都要相對應的產品可以導入。不僅是Datacenter & Computing(SSD)產品有完整的Solution，在Mobile、Consumer & Automotive (eMMC/UFS)都有產品對應市場需求。

另外聯強也會針對SKHynix NAND產品提供技術支援服務，能協助客戶縮減驗證時間。

 

＊如有相關問題請聯絡 Synnex_6N@synnex.com.tw詢問

＊圖檔主要來源SK海力士官網