機器之心報道
編輯：澤南、蛋醬
美光帶來了業界最高固態儲存密度，單個 NAND 晶片封裝高達 2 TB 資料。
儲存晶片大廠美光（Micron）近日宣佈，其 232 層 NAND 快閃記憶體晶片已實現量產。這也是全球首款突破 200 層大關的固態儲存晶片。
一些競爭對手目前正在提供 176 層技術，有些廠商表示他們正在緊隨此步伐，或者已經有了超過 200 層的工程樣品。
與競爭對手的晶片相比，全新美光技術將每單位面積儲存的位元密度增加了一倍，每平方毫米封裝 14。6 Gbit。這一密度相比自家的 176L NAND 提升了約 43%，比競爭對手的 TLC 產品高 35% 到 100%。
更高的密度使美光最終能夠生產出自己的第一款 1Tbit TLC 裸片，從產品化的角度來看，這意味著美光現在還可以透過堆疊 16 個 232L 裸片來生產 2TB 晶片封裝。這對於 SSD 容量來說是個好訊息，高階 SSD 容量通常受到可放置封裝數量的限制。
與此同時，美光也在研究其晶片封裝的尺寸，因此雖然更大的容量意味著晶片尺寸逐代增加（根據美光的密度資料，估計約為 70。1mm^2），該公司仍然將新一代晶片封裝縮小了 28%。因此，單晶片封裝從 12mm x 18mm （216mm^2） 縮小到了 11。5mm x 13。5mm （~155mm^2）。對於美光的下游客戶來說，這是一個好訊息。
美光表示，1 TB 晶片可被放置在 2 TB 的封裝中，每個封裝的邊長都不超過一釐米，可以儲存時長大約兩週的 4K 影片（340 小時）。
除密度改進之外，最新一代美光 NAND 還提升了資料傳輸速度。這裡最重要的是，美光將其 NAND 裸片內的 plane 數量從 4 個增加到 6 個，進一步提高了每個裸片內可用的並行度。4 plane 設計在上一代 NAND 中變得很普遍，隨著 NAND 密度的增長，plane 數量也在增加，以便傳輸速率跟上更高密度。美光已確認 232L NAND 中的 plane 提供獨立讀取能力。
這種並行性的提高以及內部傳輸速率的提高，使美光能夠大幅提高其每塊晶片的讀寫速度。該公司稱，與 176L 代 NAND 相比，新晶片讀取速度提高了 75% 以上，同時寫入速度翻了一番。
此外，美光還強調 232 層堆疊的 3D NAND Flash 將比上一代產品功耗更低，使用在低功耗產品上更具節能優勢。
據 IDC 報道，2021 年，全球產生了 81 萬億 TB 的資料（或 81 ZB），IDC 預測到 2026 年這個數字將達到 221 ZB，「儲存必須創新才能跟上步伐，」美光資料中心儲存副總裁 Alvaro Toledo 表示。
將儲存晶片升級到 232 層是美光已部署的許多技術的組合和擴充套件。要理解其中的意義，你需要了解 3D NAND 快閃記憶體的基本結構和功能。這些儲存晶片本身由底層的 CMOS 邏輯和其他電路組成，這些電路負責控制讀寫操作以及儘可能快速有效地在晶片內外獲取資料。
在 CMOS 上方是一層又一層的 NAND 快閃記憶體單元。與其他裝置不同，快閃記憶體單元是垂直構建的。它們從一個（相對）深而窄的孔開始，透過導體和絕緣體的交替層蝕刻。然後用材料填充孔並加工形成器件的位元儲存部分。可靠地蝕刻和填充穿過所有這些層的孔的能力是該技術的關鍵限制。美光的工藝不是一次性蝕刻所有 232 層，而是將它們分成兩部分，然後再進行堆疊，新產品的 116 層高於上一代的 88 層。
「這是一項驚人的工程壯舉，」Alvaro 說道。「這是我們克服的最大挑戰之一。」
根據 Toledo 的說法，未來的 NAND 晶片會是一條通往更多層的道路。「肯定存在挑戰，但我們還沒有看到這條路的盡頭」他表示。
除了新增越來越多的層數之外，NAND 快閃記憶體製造商還可以將多個儲存位元打包到單個裝置中，以此提高儲存位元的密度。美光晶片的每個儲存單元都能夠將密度提升三倍之上。也就是說，每個單元中儲存的電荷會產生足夠的效應來辨別八種不同的狀態。雖然目前每單元 3 位元的產品（TLC）佔據大多數，但也有一些 4 位元的產品存在（QLC）。
今年早些時候，西部資料的研究人員在 IEEE 國際固態電路會議上展示了一款 QLC 晶片，在 162 層晶片中實現了 15 Gb/mm^2 的面密度。Kioxia（鎧俠）的工程師上個月在 IEEE 超大規模積體電路技術和電路研討會上還展示了一個每單元 7 位元的產品，但它需要將晶片浸入 77 開爾文（-196 攝氏度）的液氮中。選擇這種溫度異常低的環境，是為了減少資料讀取噪聲。
美光正在推動 232L NAND 作為 176L NAND 的全棧替代品——該公司認為新產品適用於從移動和物聯網到 PC 和資料中心產品的所有領域。美光稱，新的 NAND 已經開始交付特定客戶，首先是自家 Crucial 英睿達 SSD 產品，今年晚些時候新產品將進一步增加產量，幾個月後，我們就可以在消費市場上看到新版 SSD 固態硬碟了。
美光目前沒有宣佈任何新的 Crucial 產品，這或許意味著 Crucial 將在現有產品中部署新的 NAND，因此人們需要關注新產品的效能表現。
參考內容：
https：//spectrum。ieee。org/micron-is-first-to-deliver-3d-flash-chips-with-more-than-200-layers
https：//www。anandtech。com/show/17509/microns-232-layer-nand-now-shipping
https：//www。tomshardware。com/news/micron-takes-lead-with-232-layer-nand-up-to-2tb-per-chip-package
https：//www。micron。com/products/nand-flash/232-layer-nand
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