東芝在1989年推出了NAND閃存架構(gòu)。這些存儲器的訪問方式與塊設備（例如硬盤）非常相似。每個塊由許多頁面組成。這些頁面的大小通常為512或2,048或4,096字節(jié)。與每個頁面相關聯(lián)的是幾個字節(jié)（通常是數(shù)據(jù)大小的1/32），可用于存儲糾錯碼（ECC）的校驗和。 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閃存顆粒的技術為主，NAND閃存顆粒根據(jù)存儲原理分為SLC、MLC、TLC和QLC，從結(jié)構(gòu)上又可分為2D、3D兩大類。Flash技術主要分為SLC、MLC、TLC和QLC四大類，對應不同的空間結(jié)構(gòu)，這四類技術可又分為2D結(jié)構(gòu)和3D結(jié)構(gòu)兩大類。2D結(jié)構(gòu)的存儲單元僅布置在芯片的XY平面中，為了提高存儲密度，制造商開發(fā)了3D NAND或V-NAND(垂直NAND)技術，該技術將Z平面中的存儲單元堆疊在同一晶圓上。3D NAND正與不同的NAND技術相結(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。
SLC即為Single-Level Cell，即1 it per cell，1個存儲器儲存單元可存放1 bit的數(shù)據(jù)，只存在0和1兩個充電值。以此類推，QLC即Quadruple-Level Cell，即4 bit per cell，1個存儲器儲存單元可存放4 bit的數(shù)據(jù)。
從原理上看，QLC的每個單元可儲存4個數(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，存儲更多的數(shù)據(jù)。擁有成本更低、容量更大、高密更高等特點，適合于讀取密集型應用。
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于其他類型NAND 閃存顆粒成本更高，但其數(shù)據(jù)保留時間更長、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，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和工業(yè)應用，其具有較長的使用壽命。低密度SLC是指（<16-Gbit）SLC NAND閃存。
研究統(tǒng)計范圍包括8 Gbit、4Gbit、2Gbit以及其他小于16Gbit的SLC NAND閃存，產(chǎn)品應用于消費電子產(chǎn)品、物聯(lián)網(wǎng)、汽車、工業(yè)、通信和其他相關行業(yè)。 目前市場上應用最廣泛的是TLC NAND, QLC作為新興產(chǎn)品將在未來幾年快速占領市場，SLC NAND的市場份額會進一步縮小。 球不同種類低密度SLC NAND閃存產(chǎn)量市場份額 雖然2019年存儲市場經(jīng)歷了貿(mào)易戰(zhàn)，出現(xiàn)了需求趨緩、價格下跌、庫存壓力等情況，但市場需求一直在，產(chǎn)品技術也不斷提高。中國閃存網(wǎng)統(tǒng)計，2019年NAND閃存顆粒存儲密度將達到3050億GB當量，較2018年增長35%。 中國市場低密度SLC NAND閃存主要出口目的地為亞洲地區(qū)。中國市場未來發(fā)展的有利因素、不利因素分析 隨著信息技術的三波創(chuàng)新革命，以移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術發(fā)展正在推動信息產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，對海量數(shù)據(jù)的處理、存儲提出了越來越高的要求。NAND Flash 具有更大的存儲容量、更高的擦寫速度和更長的壽命，是實現(xiàn)海量存儲的核心，已經(jīng)成為大容量存儲的主要選擇。 當前階段，NAND Flash 市場的發(fā)展主要受到智能手機和平板電腦需求的驅(qū)動。相對于機械硬盤等傳統(tǒng)存儲介質(zhì)，采用NAND Flash 芯片的SD 卡、固態(tài)硬盤等存儲裝置沒有機械結(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，是未來大容量存儲的發(fā)展方向。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，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)展為本土芯片設計企業(yè)提供了重要的競爭優(yōu)勢。相對于海外競爭對手，中國企業(yè)一方面更加貼近、了解本土市場，能夠快速響應客戶需求，予以充分的服務支持，可以穩(wěn)步占據(jù)供應鏈的關鍵位置；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、市場理念和售后服務等方面更能相互認同，業(yè)務合作通暢、高效，形成了密切的且相互依存的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。 芯片設計行業(yè)本身高度市場化，閃存芯片作為通用芯片，面臨著充分競爭的市場，不存在政策性壁壘。 目前，閃存芯片設計行業(yè)技術進步快、市場競爭激烈，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體、臺灣旺宏和華邦等，上述著名廠商在該行業(yè)經(jīng)營多年，在資金實力、技術儲備、渠道及品牌等方面都具有明顯的競爭優(yōu)勢，另一方面，中國企業(yè)還面臨新進入者可能采用的低價格競爭，如果不能建立有效的策略，保持和增強自身的動態(tài)競爭能力，則將會對中國企業(yè)經(jīng)營業(yè)績產(chǎn)生不利影響。除國際市場外，國內(nèi)市場也存在眾多相關企業(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)在中國市場的發(fā)展帶來了更大的競爭。 閃存芯片設計行業(yè)處于電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的中上游，其行業(yè)利潤水平變動整體上與下游終端電子產(chǎn)品行業(yè)的景氣狀況相關。此外，行業(yè)利潤率水平與其創(chuàng)新能力也息息相關，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，總體呈現(xiàn)落后技術產(chǎn)品利潤水平降低、先進技術產(chǎn)品利潤水平升高的變動趨勢。因此，產(chǎn)品技術更新速度與下游產(chǎn)業(yè)對NAND Flash芯片市場影響較大，容易出現(xiàn)較大的產(chǎn)業(yè)波動。 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滿足市場要求，對于通用型閃存而言，還需要能適用于市場上種類繁多的各種電子系統(tǒng)。這要求相應的閃存設計公司具備從芯片、應用電路到系統(tǒng)平臺等全方位的技術儲備，這些都要求設計公司有深厚的技術積累和行業(yè)經(jīng)驗，對后進者而言，這種積累和經(jīng)驗構(gòu)成壁壘。 對于閃存芯片設計企業(yè)而言，打通從晶圓廠、封裝廠、測試廠、整機制造商等上下游產(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，閃存芯片設計企業(yè)需要與其主要的晶圓廠、封裝及測試廠商建立緊密的合作關系。 在下游，為確保產(chǎn)品能順利推向市場，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。對后進者而言，市場先入者已建立的、穩(wěn)定運營的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈構(gòu)成其進入壁壘。 閃存芯片的可靠性和穩(wěn)定性對電子產(chǎn)品安全性而言意義重大。因此，下游客戶對上游芯片供應商的選擇極為謹慎。客戶若要大批量采購，勢必對市場上符合基本要求、口碑較好的多款閃存芯片進行可靠性、穩(wěn)定性、兼容性等驗證，從中挑選出合適的芯片方案。 因驗證時間長，客戶一旦選定芯片方案，通常不會輕易對閃存芯片等核心器件進行更換。因此，在某一細分領域，一旦某一款芯片或者某幾款芯片獲得了客戶認可，形成了良好的市場口碑，將對后進者形成壁壘。 國際原廠引領3D NAND 技術發(fā)展。在 NAND Flash 市場中，三星、東芝存儲、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)引領著 3D NAND 技術研發(fā)，形成了較為厚實的技術壁壘。但各原廠在設計方案上 的差別將會對其產(chǎn)出產(chǎn)生形成一定影響。 根據(jù) 64 層 3D NAND 產(chǎn)品相關情況，在已量產(chǎn) 512GB 產(chǎn)品中三星、東芝存儲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，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，還是相關技術儲備，國際原廠引領 3D NAND 技術發(fā)展。在產(chǎn)品方面，雖然部分領先廠商已經(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)紀錄，實現(xiàn)閃存產(chǎn)品密度和性能上的重大提升。美光全新的 176 層工藝與先進架構(gòu)共同促成了此項重大突破，使數(shù)據(jù)中心、智能邊緣平臺和移動設備等一系列存儲應用得以受益，實現(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 技術和第二代替換柵極架構(gòu)，是市場上最先進的 NAND技術節(jié)點。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，極大地提高了應用的性能。美光的 176 層 NAND 采用緊湊型設計，裸片尺寸比市場最接近同類產(chǎn)品縮小近 30%，是滿足小尺寸應用需求的理想解決方案。 有關NAND深入技術內(nèi)容請參閱“3D NAND 國產(chǎn)替代深度報告”，報告內(nèi)容如下，下載鏈接： 3D NAND 國產(chǎn)替代深度報告
文章來源： 智能計算芯世界
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