三星的立体NAND，全球率先用于高端个人电脑SSD

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三星电子于2014年7月1～2日在韩国首尔举办了SSD新产品发布活动“2014三星固态硬盘全球峰会”（2014 Samsung SSD Global Summit）。此次发布的亮点产品是采用立体NAND闪存“Vertical NAND（V-NAND）”的高端个人电脑用SSD（图1）。上市时间为2014年7月21日。该公司已从2013年12月开始OEM供应采用V- NAND的数据中心用SSD，但推出普通消费者用产品尚属首次。

集成了“V-NAND”的300mm晶圆

耐用年数为10年，长达原来的两倍

V-NAND是三星面向NAND微细化到达极限之后而开发的技术。三星并未采用微细化这一传统方法，而是通过在晶圆工序中多层重叠存储元 件，实现了大容量化和低成本化。特点是在构造上下了很大功夫，可一次形成多层存储单元，而不是逐层形成存储单元。东芝曾在立体 NAND“BiCS（Bit-Cost Scalable）”上倡导过这种理念。

图1 利用立体NAND来改善性能 此次发布的SSD“Samsung SSD 850 PRO”，通过采用立体NAND“V-NAND”，获得了比采用平面NAND的原产品更高的性能。（该表由日经BP半导体调查根据三星的资料编制）

三星在此次的发布会上强调了V-NAND的高性能。与20nm工艺平面型NAND（平面NAND）相比，“写入速度可达到两倍，可擦写次数为2～10倍，耗电量却只有1/2”（三星高级副总裁、闪存设计部门的Kye Hyun Kyung）。

据三星介绍，能够实现高性能的原因是，存储单元的材料及构造与平面NAND存在根本性的差异。V-NAND在绝缘性SiN膜而不是平面 NAND所使用的导电性多晶硅膜上储存电子。而且，由于能够在三维方向上获得存储容量，因此可以放宽水平方向的设计工艺（增大存储单元的尺寸）。

三星称，这些因素可使随着闪存集成度的提高而增强的电气性干扰（发生于存储单元之间）小于平面NAND。因此，可减少写入数据时的写入/验证注1）次数，从而提高写入速度。

注1）验证（Verify）是指用来确认数据是否被正确写入的序列处理。

另外，因为存储单元的尺寸可以增大，所以可保存的电子数量也会增加。一般来说，反复擦写的次数越多，电子越容易泄露，但电子数量本来就很多，因此可以减轻 电子泄露对数据产生的影响。这样便可增加擦写次数。三星还通过随着三维化而更改电路设计等措施，降低了耗电量。

此次发布的新产品“Samsung SSD 850 PRO”与原产品相比，写入速度、擦写次数及耗电量均获得了改善。改善幅度尤其大的是擦写次数（图2）。能够擦写的数据总容量（TBW：total bytes written）的保证值提高了约一倍。耐用年数为10年，在普通消费者用SSD中，如此长的年限是没有先例的。

图2 擦写次数和TBW获得提高 据三星介绍，采用V-NAND的SSD与采用平面NAND的原产品相比，擦写次数提高至2～10倍。（该图由日经BP半导体调查根据三星的资料绘制）

近期将导入3bit/单元

另一方面，V-NAND在成本竞争力方面还存在课题。2013年12月开始供应的SSD采用了24层重叠VNAND。此次通过增至32层提 高了集成度（单位芯片面积的bit密度），但“成本还算不上足够低”（三星）。 要与最尖端的平面NAND进行成本竞争，必须将存储单元的层数提高至48～64层的水平。

三星还有一种方法来提高成本竞争力，那就是强化多值化技术。V-NAND此前一直采用MLC（2bit/单元），但在此次的发布活动上，三星就导入TLC（3bit/单元）表示，“近期将会有重大消息发布”。估计配备TLC型V-NAND的普通消费者用SSD最早将于2014年秋季实现产品 化。

即便如此，估计V-NAND仍需要一段时间才能渗透到存储卡、智能手机、电脑等重视成本的市场。因此，三星打算同时推进NAND的微细化。目前已开始量产19nm工艺产品，计划2014年7～9月开始量产下一代工艺（16nm左右）产品。

东芝的战略是否正确

三星向立体NAND转型，宣布开始量产立体NAND，但到目前为止还只有该公司一家。三星的最大对手——东芝-晟碟联盟目前仍把重心放在微细化上，从2014年4月底开始量产15nm工艺平面NAND，计划2015年仍把量产重心放在15nm工艺产品上。

关于立体NAND“BiCS”，2014年度内东芝还只会进行样品供货，2015年度下半年才打算开始量产。东芝将优先考虑提高技术的成熟度，量产时“会实现其他公司追赶不上的芯片面积”（东芝社长田中久雄）。东芝要处于优势地位，就必须能够在短时间内消除与率先获得客户反馈的三星之间的差距。（作者：大下 淳一，日经技术在线！供稿）