東芝在1989年推出了NAND閃存架構(gòu)。這些存儲(chǔ)器的訪問方式與塊設(shè)備（例如硬盤）非常相似。每個(gè)塊由許多頁面組成。這些頁面的大小通常為512或2,048或4,096字節(jié)。與每個(gè)頁面相關(guān)聯(lián)的是幾個(gè)字節(jié)（通常是數(shù)據(jù)大小的1/32），可用于存儲(chǔ)糾錯(cuò)碼（ECC）的校驗(yàn)和。 NAND閃存包括SLC NAND, MLC NAND, TLC NAND和QLC NAND。
NAND閃存卡的主要分類以NAND閃存顆粒的技術(shù)為主，NAND閃存顆粒根據(jù)存儲(chǔ)原理分為SLC、MLC、TLC和QLC，從結(jié)構(gòu)上又可分為2D、3D兩大類。Flash技術(shù)主要分為SLC、MLC、TLC和QLC四大類，對(duì)應(yīng)不同的空間結(jié)構(gòu)，這四類技術(shù)可又分為2D結(jié)構(gòu)和3D結(jié)構(gòu)兩大類。2D結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元僅布置在芯片的XY平面中，為了提高存儲(chǔ)密度，制造商開發(fā)了3D NAND或V-NAND(垂直NAND)技術(shù)，該技術(shù)將Z平面中的存儲(chǔ)單元堆疊在同一晶圓上。3D NAND正與不同的NAND技術(shù)相結(jié)合(SLC、QLC)，未來更高堆疊層數(shù)的3D NAND是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。
SLC即為Single-Level Cell，即1 it per cell，1個(gè)存儲(chǔ)器儲(chǔ)存單元可存放1 bit的數(shù)據(jù)，只存在0和1兩個(gè)充電值。以此類推，QLC即Quadruple-Level Cell，即4 bit per cell，1個(gè)存儲(chǔ)器儲(chǔ)存單元可存放4 bit的數(shù)據(jù)。
從原理上看，QLC的每個(gè)單元可儲(chǔ)存4個(gè)數(shù)據(jù)，那就意味著與前三種閃存相比，QLC閃存可以在同等的面積上，存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。擁有成本更低、容量更大、高密更高等特點(diǎn)，適合于讀取密集型應(yīng)用。
四種類型的NAND閃存顆粒性能各有不同。SLC單位容量的成本相對(duì)于其他類型NAND 閃存顆粒成本更高，但其數(shù)據(jù)保留時(shí)間更長、讀取速度更快;QLC擁有更大的容量和更低的成本，但由于其可靠性低、壽命短等缺點(diǎn)，仍有待后續(xù)發(fā)展。目前主流的解決方案為MLC與TLC。
SLC（Single-Level Cell, SLC ）NAND是原始的NAND架構(gòu)。其更高的耐用性（vs.MLC）使其非常適合各種消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用，其具有較長的使用壽命。低密度SLC是指（<16-Gbit）SLC NAND閃存。
二、應(yīng)用市場(chǎng)及生產(chǎn)消費(fèi) 研究統(tǒng)計(jì)范圍包括8 Gbit、4Gbit、2Gbit以及其他小于16Gbit的SLC NAND閃存，產(chǎn)品應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、物聯(lián)網(wǎng)、汽車、工業(yè)、通信和其他相關(guān)行業(yè)。 目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的是TLC NAND, QLC作為新興產(chǎn)品將在未來幾年快速占領(lǐng)市場(chǎng)，SLC NAND的市場(chǎng)份額會(huì)進(jìn)一步縮小。 球不同種類低密度SLC NAND閃存產(chǎn)量市場(chǎng)份額 SLC NAND閃存主要應(yīng)用領(lǐng)域表 雖然2019年存儲(chǔ)市場(chǎng)經(jīng)歷了貿(mào)易戰(zhàn)，出現(xiàn)了需求趨緩、價(jià)格下跌、庫存壓力等情況，但市場(chǎng)需求一直在，產(chǎn)品技術(shù)也不斷提高。中國閃存網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2019年NAND閃存顆粒存儲(chǔ)密度將達(dá)到3050億GB當(dāng)量，較2018年增長35%。 中國市場(chǎng)低密度SLC NAND閃存主要出口目的地為亞洲地區(qū)。中國市場(chǎng)未來發(fā)展的有利因素、不利因素分析 隨著信息技術(shù)的三波創(chuàng)新革命，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)發(fā)展正在推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)提出了越來越高的要求。NAND Flash 具有更大的存儲(chǔ)容量、更高的擦寫速度和更長的壽命，是實(shí)現(xiàn)海量存儲(chǔ)的核心，已經(jīng)成為大容量存儲(chǔ)的主要選擇。 當(dāng)前階段，NAND Flash 市場(chǎng)的發(fā)展主要受到智能手機(jī)和平板電腦需求的驅(qū)動(dòng)。相對(duì)于機(jī)械硬盤等傳統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)，采用NAND Flash 芯片的SD 卡、固態(tài)硬盤等存儲(chǔ)裝置沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)，無噪音、壽命長、功耗低、可靠性高、體積小、讀寫速度快、工作溫度范圍廣，是未來大容量存儲(chǔ)的發(fā)展方向。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，NAND Flash 芯片將在未來得到巨大發(fā)展。 經(jīng)過30 余年的發(fā)展，我國本土電子產(chǎn)業(yè)成長迅速，已成為電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造大國，該產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展為本土芯片設(shè)計(jì)企業(yè)提供了重要的競爭優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于海外競爭對(duì)手，中國企業(yè)一方面更加貼近、了解本土市場(chǎng)，能夠快速響應(yīng)客戶需求，予以充分的服務(wù)支持，可以穩(wěn)步占據(jù)供應(yīng)鏈的關(guān)鍵位置；另一方面，中國企業(yè)與本土電子產(chǎn)品制造企業(yè)在企業(yè)文化、市場(chǎng)理念和售后服務(wù)等方面更能相互認(rèn)同，業(yè)務(wù)合作通暢、高效，形成了密切的且相互依存的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。 芯片設(shè)計(jì)行業(yè)本身高度市場(chǎng)化，閃存芯片作為通用芯片，面臨著充分競爭的市場(chǎng)，不存在政策性壁壘。 目前，閃存芯片設(shè)計(jì)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步快、市場(chǎng)競爭激烈，中國企業(yè)一方面面臨國際知名廠商的競爭，如美國美光科技和飛索半導(dǎo)體、臺(tái)灣旺宏和華邦等，上述著名廠商在該行業(yè)經(jīng)營多年，在資金實(shí)力、技術(shù)儲(chǔ)備、渠道及品牌等方面都具有明顯的競爭優(yōu)勢(shì)，另一方面，中國企業(yè)還面臨新進(jìn)入者可能采用的低價(jià)格競爭，如果不能建立有效的策略，保持和增強(qiáng)自身的動(dòng)態(tài)競爭能力，則將會(huì)對(duì)中國企業(yè)經(jīng)營業(yè)績產(chǎn)生不利影響。除國際市場(chǎng)外，國內(nèi)市場(chǎng)也存在眾多相關(guān)企業(yè)，華潤上華、聯(lián)華電子、和艦科技、華力微電子等廠商也為企業(yè)在中國市場(chǎng)的發(fā)展帶來了更大的競爭。 閃存芯片設(shè)計(jì)行業(yè)處于電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的中上游，其行業(yè)利潤水平變動(dòng)整體上與下游終端電子產(chǎn)品行業(yè)的景氣狀況相關(guān)。此外，行業(yè)利潤率水平與其創(chuàng)新能力也息息相關(guān)，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，總體呈現(xiàn)落后技術(shù)產(chǎn)品利潤水平降低、先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品利潤水平升高的變動(dòng)趨勢(shì)。因此，產(chǎn)品技術(shù)更新速度與下游產(chǎn)業(yè)對(duì)NAND Flash芯片市場(chǎng)影響較大，容易出現(xiàn)較大的產(chǎn)業(yè)波動(dòng)。 合格的閃存產(chǎn)品不僅需要在體積、容量、讀寫速度等性能指標(biāo)滿足市場(chǎng)要求，對(duì)于通用型閃存而言，還需要能適用于市場(chǎng)上種類繁多的各種電子系統(tǒng)。這要求相應(yīng)的閃存設(shè)計(jì)公司具備從芯片、應(yīng)用電路到系統(tǒng)平臺(tái)等全方位的技術(shù)儲(chǔ)備，這些都要求設(shè)計(jì)公司有深厚的技術(shù)積累和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后進(jìn)者而言，這種積累和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成壁壘。 對(duì)于閃存芯片設(shè)計(jì)企業(yè)而言，打通從晶圓廠、封裝廠、測(cè)試廠、整機(jī)制造商等上下游產(chǎn)業(yè)鏈，獲得整合能力，是其獲得發(fā)展的前提。在上游，業(yè)內(nèi)高端工藝的晶圓生產(chǎn)線較為稀缺，為確保產(chǎn)品質(zhì)量、控制成本和穩(wěn)定的產(chǎn)能供應(yīng)，閃存芯片設(shè)計(jì)企業(yè)需要與其主要的晶圓廠、封裝及測(cè)試廠商建立緊密的合作關(guān)系。 在下游，為確保產(chǎn)品能順利推向市場(chǎng)，需要已有客戶的支持，也需要不斷地拓展新客戶和新渠道，積累品牌知名度。對(duì)后進(jìn)者而言，市場(chǎng)先入者已建立的、穩(wěn)定運(yùn)營的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈構(gòu)成其進(jìn)入壁壘。 閃存芯片的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)電子產(chǎn)品安全性而言意義重大。因此，下游客戶對(duì)上游芯片供應(yīng)商的選擇極為謹(jǐn)慎。客戶若要大批量采購，勢(shì)必對(duì)市場(chǎng)上符合基本要求、口碑較好的多款閃存芯片進(jìn)行可靠性、穩(wěn)定性、兼容性等驗(yàn)證，從中挑選出合適的芯片方案。 因驗(yàn)證時(shí)間長，客戶一旦選定芯片方案，通常不會(huì)輕易對(duì)閃存芯片等核心器件進(jìn)行更換。因此，在某一細(xì)分領(lǐng)域，一旦某一款芯片或者某幾款芯片獲得了客戶認(rèn)可，形成了良好的市場(chǎng)口碑，將對(duì)后進(jìn)者形成壁壘。 國際原廠引領(lǐng)3D NAND 技術(shù)發(fā)展。在 NAND Flash 市場(chǎng)中，三星、東芝存儲(chǔ)、鎂光、SK 海力士、西部數(shù)據(jù)、英特爾這六家原廠長期壟斷著全球 99％以上的份額。此外，國際原 廠持續(xù)引領(lǐng)著 3D NAND 技術(shù)研發(fā)，形成了較為厚實(shí)的技術(shù)壁壘。但各原廠在設(shè)計(jì)方案上 的差別將會(huì)對(duì)其產(chǎn)出產(chǎn)生形成一定影響。 根據(jù) 64 層 3D NAND 產(chǎn)品相關(guān)情況，在已量產(chǎn) 512GB 產(chǎn)品中三星、東芝存儲(chǔ)和鎂光在同等容量下，其單 Die 面積也有所不同，三家原 廠單 Die 尺寸大小分別為 128.5mm2、132mm2、和 110.5mm2。在相同情況下，基于單 Die 尺寸的優(yōu)勢(shì)，鎂光將獲得更大的產(chǎn)能。 目前，無論是在已量產(chǎn)3D NAND 產(chǎn)品，還是相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，國際原廠引領(lǐng) 3D NAND 技術(shù)發(fā)展。在產(chǎn)品方面，雖然部分領(lǐng)先廠商已經(jīng)量產(chǎn) 128 層產(chǎn)品，但 96 層產(chǎn)品在 2020 年依然是主流產(chǎn)品。 2020年11月12日，美光宣布已批量出貨全球首款176層3D NAND閃存，一舉刷新行業(yè)紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)閃存產(chǎn)品密度和性能上的重大提升。美光全新的 176 層工藝與先進(jìn)架構(gòu)共同促成了此項(xiàng)重大突破，使數(shù)據(jù)中心、智能邊緣平臺(tái)和移動(dòng)設(shè)備等一系列存儲(chǔ)應(yīng)用得以受益，實(shí)現(xiàn)性能上的巨大提升。 該款176 層 NAND 產(chǎn)品采用美光第五代 3D NAND 技術(shù)和第二代替換柵極架構(gòu)，是市場(chǎng)上最先進(jìn)的 NAND技術(shù)節(jié)點(diǎn)。與美光的上一代大容量 3D NAND 產(chǎn)品相比，176 層 NAND 將數(shù)據(jù)讀取和寫入延遲縮短了35%以上，極大地提高了應(yīng)用的性能。美光的 176 層 NAND 采用緊湊型設(shè)計(jì)，裸片尺寸比市場(chǎng)最接近同類產(chǎn)品縮小近 30%，是滿足小尺寸應(yīng)用需求的理想解決方案。 有關(guān)NAND深入技術(shù)內(nèi)容請(qǐng)參閱“3D NAND 國產(chǎn)替代深度報(bào)告”，報(bào)告內(nèi)容如下，下載鏈接： 3D NAND 國產(chǎn)替代深度報(bào)告
1、行業(yè)深度報(bào)告：GPU研究框架
2、信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)研究框架
3、ARM行業(yè)研究框架
4、CPU研究框架
5、國產(chǎn)CPU研究框架
6、行業(yè)深度報(bào)告：GPU研究框架
1、2020信創(chuàng)發(fā)展研究報(bào)告
2、中國信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2021）
3、信創(chuàng)研究框架
4、云計(jì)算行業(yè)：新基建和信創(chuàng)云計(jì)算進(jìn)階
5、深度研究：云計(jì)算與信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展
6、深度：信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)系列專題（總篇）
7、計(jì)算機(jī)行業(yè)研究：信創(chuàng)和鯤鵬計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈
6、深度報(bào)告：NOR存儲(chǔ)芯片研究框架
免責(zé)申明： 本號(hào)聚焦相關(guān)技術(shù)分享，內(nèi)容觀點(diǎn)不代表本號(hào)立場(chǎng)，可追溯內(nèi)容均注明來源 ，發(fā)布文章若存在版權(quán)等問題，請(qǐng)留言聯(lián)系刪除，謝謝。
電子書<服務(wù)器基礎(chǔ)知識(shí)全解(終極版) >更新完畢，知識(shí)點(diǎn)深度講解，提供182頁完整版下載。
獲取方式： 點(diǎn)擊“閱讀原文 ”即可查看PPT 可編輯版本和PDF 閱讀版本詳情。
溫馨提示：
請(qǐng)搜索“AI_Architect 掃碼 閱讀原文 原創(chuàng) 技術(shù) 干貨。
