原廠3D NAND大揭秘，從32層提升到128層以及更高，這給產業帶來怎樣的變化？

在三星、東芝存儲器（TMC）、西部數據、美光、SK海力士等3D技術快速發展的推動下，不僅NAND Flash快速由2D NAND向3D NAND普及，2019下半年原廠將加快從64層3D NAND向96層3D NAND過渡，同時推進下一代128層3D NAND技術發展進程。

從2013年三星研發出24層3D NAND，到日前SK海力士首發128層1Tb 4D NAND，原廠快速發展的3D技術使得業內人士預測，2023年有望突破200層，甚至更高，而在這個快速發展的過程中，各家原廠3D NAND速度、容量、成本、功耗等都在不斷的優化，加強市場競爭力。

2019下半年96層3D NAND搶市佔，穩固成本競爭力是關鍵

自2018年開始，全球經濟增長趨緩，半導體市場需求下滑，再加上NAND Flash和DRAM價格持續表現跌勢，原廠庫存水位持續攀高，同時ASP價格也在持續下滑。據中國快閃記憶體市場ChinaFlashMarket數據統計，2019年Q1整體NAND Flash銷售額107.5億美金，環比減少23%，DRAM整體銷售環比減少了28%至161.5億美元，在美光最新Q3財季中，利潤再次同比大跌78%。

到2019下半年，原廠將陸續出貨96層3D NAND，預計到年底前部分原廠就可實現從64層向96層3D NAND的技術過渡，以提高3D技術穩固在市場上的成本競爭力。

64層 VS 96層，如何實現3D NAND容量和產量的增加？

64層TLC 3D NAND

目前主流的64層3D NAND技術，東芝存儲器、三星和美光量產同等容量的512Gb，單顆Die尺寸大小分別為132mm2、128.5mm2和110.5mm2，用同樣大小的Wafer晶圓，切割出來的Die的顆數，三星和東芝存儲器相差無幾，而美光的產量因為Die的尺寸更小，產出要更高。

3D NAND技術對比：

美光3D技術發展路線圖

96層TLC 3D NAND

以東芝存儲器96層3D NAND量產512Gb容量為例，單顆Die尺寸大小為86.1mm2，相較於上一代的64層3D NAND量產512Gb，相同大小Wafer晶圓條件下，單顆Die產量將增加35%，這意味著成本也會隨之降低，這也是東芝存儲器和西部數據積極採用新一代96層3D NAND推出UFS、SSD等新品的主要原因。

另一方面，東芝存儲器和西部數據在2019年Q1財報中雙雙表現虧損之勢，其中西部數據Q3財季凈虧損5.81億美元；東芝存儲器Q4財季凈虧損193億日元。西部數據計劃從2019下半年開始出貨96層3D NAND，並於年底前實現技術的切換，這將助力提高其在市場低成本的優勢，以及獲得更多的市場份額。

96層VS 128層：下一代尺寸更小，容量更大，產量更多

繼SK海力士率先發布128層4D NAND之後，預計三星、東芝/西部數據、美光等128層3D NAND也將會陸續發布，早前已傳出東芝和西部數據研發出128層3D NAND，美光近期也聲稱128層3D NAND進展順利，而基於更高層數堆疊的128層3D技術可實現更高的存儲容量。

三星32層量產128Gb，單顆Die的尺寸大小為68.9mm2，等於1.86Gb/mm2；

三星64層量產512Gb，單顆Die的尺寸大小為128.5mm2，等於3.98Gb/mm2；

美光96層量產512Gb，單顆Die的尺寸大小為82.2mm2，等於6.23Gb/mm2；

東芝存儲器128層量產512Gb，單顆Die的尺寸大小為66mm2，等於7.8Gb/mm2。

結論1：從32層3D NAND發展到128層3D NAND，每平方Gb量增長了3倍多，這是NAND Flash容量呈現持續增長趨勢的主要因素。

結論2：每一次3D技術升級，量產的Die容量相同，Die的尺寸不斷縮小，同等大小的Wafer晶圓產出的Die的數量更多，成本也就更低。

要實現128層3D NAND在市場上的普及，預計要等到2020年以後，從2021年產量逐步增加，屆時NAND Flash產量將進一步增加，單位成本也將進一步下滑。

東芝存儲器（TMC）3D技術發展路線圖

新一代3D NAND：1.4Gbps傳輸速率，1.2V的工作電壓

隨著3D技術迭代更新，三星、東芝/西部數據、美光、SK海力士等96層3D NAND將在2020年實現大規模普及，並逐步取代64層3D NAND。除了SK海力士、長江存儲也將導入128層3D NAND，3D技術的發展不僅使容量向1Tb普及，1.4Gbps或更高的傳輸速度，以及1.2V的工作電壓都將成為主流。

SK海力士

日前，SK海力士首發的128層4D NAND，能夠實現1Tb超高密度的NAND Flash，同時達到1.4Gbps的數據傳輸速率，工作電壓降至1.2V，相較於2018年推出的96層512Gb TLC 4D NAND I/O介面速度1.2Gbps，性能提高了17%。

SK海力士3D技術發展路線圖

三星

早在2018年，三星量產的90層以上堆疊的第5代V-NAND，採用Toggle DDR 4.0傳輸介面，傳輸速率就已達到了1.4Gbps，工作電壓從1.8V降至1.2V。三星2017年64層V-NAND的 I/O數據傳輸速度為1Gbps，比48層速度快1.5倍。

三星3D技術發展路線圖

長江存儲

長江存儲64層NAND預計將提前於第3季小量試產，利用XtackingTM技術可大幅提升NAND I/O數據傳輸速度到3.0Gbps，並計劃在2020年跳過96層3D NAND，直接進入128層3D NAND堆疊，同時還將在2019年8年推出XtackingTM2.0，將對128層3D NAND技術進一步優化。

長江存儲3D技術發展路線圖

新一代3D NAND將優先滿足高端智能型手機市場和SSD需求

近幾年，消費類和企業級SSD市場需求強勁，基於128層3D NAND的技術優勢，SK海力士將在2020上半年大規模生產2TB容量的消費類SSD，這將加快推動消費類SSD需求向TB以上轉移，同時降低單位成本，提高消費者向更高容量轉移的速度，擴大在市場上的普及率。

企業級市場，SK海力士也將基於128層3D NAND推出16TB和32TB容量NVMe SSD，滿足雲和數據中心領域需求，再加上三星、東芝存儲器/西部數據、美光等也會跟進128層3D NAND，預計16TB和32TB容量的企業級SSD將在2020年傾巢出籠，相較於目前傳統HDD 16TB的容量，SSD在容量上已超越HDD。

另外，SK海力士正計劃基於128層3D NAND在2020上半年為高端旗艦智能型手機客戶開發下一代UFS 3.1產品，更高的容量、更快的速度，以及更低的功耗，是下一代移動市場最佳的解決方案，尤其是迎接5G爆髮帶來的新的應用商機，可為全球智能型手機需求在2020年復甦提供動力。

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