據外媒介紹，三星正準備開始量產其第 8 代 V-NAND 內存，該內存將具有 200 多層，并為固態存儲設備帶來更高的性能和位密度。

報道指出，三星在 2013 年憑借 24 層 V-NAND 閃存領先競爭對手數年，其他公司花了相當長的時間才趕上。但從那以后，這家韓國巨頭變得更加謹慎，因為構建數百層的 NAND 變得越來越困難。今年，美光和 SK 海力士憑借 232 層和 238 層 3D TLC NAND 設備擊敗了三星。但據韓國商業報道，V-NAND 開發商并沒有停滯不前，正準備開始批量生產 236 層的 3D NAND 存儲器（當然，將被命名為 V-NAND。.

三星在 2021 年年中生產了首批超過 200 層的 V-NAND 內存樣品，因此它現在應該有足夠的技術經驗來啟動此類設備的批量生產。不幸的是，目前很難判斷三星即將推出的第 8 代 V-NAND 芯片的容量。盡管如此，我們確信該公司的下一代 NAND 內存目標之一將是更快的接口速度和其他性能特征，以實現下一代最佳 SSD。

為了為即將推出的具有 PCIe Gen5 接口的臺式機和筆記本電腦以及支持 UFS 3.1 和 4.0 接口的智能手機構建具有競爭力的固態存儲解決方案，三星需要具有高速接口的 NAND 設備。今天三星的 V7-NAND 已經具有高達 2.0 GT/s 的接口速度，但我們預計該公司將進一步提高其 V8-NAND 的接口速度。

三星第 8 代 V-NAND 的另一項期望是增加程序塊大小并減少讀取延遲，從而優化大容量 3D NAND 設備的性能。但不幸的是，確切的特征是未知的。

雖然增加 NAND 層的數量有時被認為是閃存擴展的一種簡單方法，但事實并非如此。使 NAND 層更薄（因此 NAND 單元更小）需要使用新材料來可靠地存儲電荷。此外，由于蝕刻數百層具有挑戰性（并且在經濟上可能不可行），3D NAND 制造商需要采用串堆疊等技術來構建具有數百層的 3D NAND。三星尚未在其 176 層 V7-NAND 中采用串堆疊，但該技術是否會用于 236 層 V8-NAND 還有待觀察。

NAND是一個競爭激烈、不斷進步的市場。制造和出貨的 NAND 位數以每年 30% 到 35% 的速度增長，每 2 到 3 年翻一番。最初的看法是，這需要大量資金專門用于新設備，但 NAND 行業從 2017 年到 2022 年每年僅在晶圓制造設備上花費了150億到200億美元，盡管呈指數級增長，但生產NAND的成本迅速下降。

幾十年前，類似的成本縮放改進在 DRAM 和邏輯等其他半導體技術中很常見，但這些子行業會認為這種改進速度在后摩爾定律宇宙中是不可持續的。生產力的提高主要是由 Lam Research 蝕刻和沉積工具的改進以及制造商開發的工藝節點推動的。

從歷史上看，當半導體行業進行如此快速的創新時，許多公司在技術上被拋在了塵埃中。行業整合出現。只出現了幾個強者。3D NAND 今天也處于類似的位置，該行業的未來經濟狀況也在不斷變化。英特爾賣掉了他們的NAND業務，鎧俠和西部數據出現了很大的動蕩。

在本報告中，我們希望對三星、SK 海力士、美光、Solidigm、長江存儲、西部數據和鎧俠的工藝技術進行狀態檢查。快速總結是，美光、SK 海力士和 YMTC 領先于其他公司。與此同時，三星在幾年前還是 NAND 技術的絕對領導者，卻奇怪地落后了。而來自中國的長江存儲現在出貨密度最高的3D NAND。

SemiAnalysis和Angstronomics編制了下表。它有許多細微差別，將在下文中解釋。

YMTC 對他們的新一代 NAND 非常低調，該系列新產品搭載了公司新一代的Xtacking 3.0 技術。在官方新聞稿中，他們沒說明新產品的層數。官方的路線并沒有將 Xtacking 3.0 作為業界最密集的 1Tb TLC NAND 進行推廣。

但在SemiAnalysis 看來，Xtacking 3.0 是密度最大的商用 1Tb TLC NAND，15.2Gbit/mm2；在層數上，據分析，長存產品的層數“超過230層”；我們相信232層；在性能上，該產品可與美光的 232 層 NAND 媲美，采用類似的 6 平面架構，數據速率為 2.4Gbps。最后，它已經送樣給合作伙伴。

我們通過在Angstronomics的虛擬幫助下測量物理die來確定這些事實。可以訪問物理die也使我們能夠確認它是 6 平面。我們在第 3 方臺灣公司的展位上發現了他們采用 SSD 封裝的新 NAND。他們很高興告訴我們其他一些細節，包括發貨時間。

據報道，長江存儲在新產品上還用上了很多新技術，例如陣列上的混合鍵合 CMOS、中心驅動器 XDEC，以及從前端深溝工藝到后端源連接 (BSSC) 的過渡。YMTC 還計劃為內存處理實現進一步的邏輯，包括采用堆疊 CMOS 技術的神經形態類型計算。

長江存儲不是模仿者。他們正在構建自己的創新和獨特的產品，他們在 NAND 領域憑借本土創新領先于其他玩家。

鎧俠和西部數據在 3D NAND 的制造和技術開發方面進行了合作，因此它們被組合在一起。他們估計，Zettabyte 的 NAND 將在 2022 年出貨。他們的閃存峰會演講涵蓋了 3D NAND 縮放的一些權衡。縮放有 4 個主要向量，垂直縮放、橫向縮放、架構縮放和邏輯縮放。

上面是一張關于 SLC、MLC、TLC、QLC 和 PLC 縮放的有趣幻燈片。隨著越來越多的位存儲在一個單元中，讀取延遲會增加，并且程序擦除周期的耐久性會降低。鎧俠和西部數據正在探索使用每個單元 4.5 位或每個 NAND 單元 3.5 位來增加密度和降低成本，同時不犧牲盡可能多的延遲和耐用性。

在 3D NAND 中，工程選擇通常取決于性能、成本和耐用性。對于同等容量的 SSD 而言，更大的容量更具成本效益，但性能較差。較大的單元尺寸性能更好，但由于難以擴展到更高的層數，因此制造成本更高。

PCIe 多年來一直停留在 3.0 上，但近年來代際改進加速。這導致了許多創新，以使可用帶寬完全飽和。鎧俠和西部數據表示，他們的 NAND 接口帶寬每一代都增加了 30%。此外，他們引入了異步獨立平面讀取，這使得每個平面中的讀取可以更有效地打包（大多數競爭對手引入了這一點或將在他們的一代中這樣做）。由于這些創新，隨機讀取性能顯著提高。

西部數據和鎧俠的路線圖包括擴展層以及非層數相關技術。晶圓鍵合被列為下一個被采用作為提高單元陣列效率的技術。這是長江存儲第三次迭代的 Xtacking 3.0 的技術。PLC NAND也在考慮之中。Western Digital 告訴我們，他們甚至在實驗室中試驗了高達 7 位/單元（128 個電壓等級）。它存在于他們的實驗室中，但需要由液氮維持的極低溫度。

鎧俠和西部數據是僅有的在其路線圖中使用 PLC 電荷陷阱存儲器的公司。CMOS 縮放和單元間距縮放也在路線圖上。他們討論的最后一項技術是多堆疊。CMOS 陣列和多個 NAND 陣列都將采用順序混合鍵合方法進行堆疊。理論上，這項技術的成本改進很小，但密度增益將是巨大的。

鎧俠和西部數據還開發了第二代存儲級內存，他們將其作為 XL-Flash-2 銷售。由于成本較高，它是否會增加產量還有待觀察，但由于使用 16 平面和 MLC NAND，它的速度要快得多。這僅適用于延遲較低的 CXL 總線上的大規模部署，但 DRAM 池/共享通常更適合這些工作負載。

長期以來，三星在 NAND 市場占有率最高。正如《非易失性存儲，輝煌70年！》所示，它們在歷史上引領了許多技術轉型。這種技術領先存在于他們的 128 層技術，這是世界上容量最大的 NAND 工藝節點。

3D NAND 中最關鍵的工藝步驟是通過多層 NAND 的高縱橫比蝕刻和隨后的沉積步驟。雖然業內幾乎每個人都在這些關鍵步驟中使用 Lam Research 的工具，但三星是唯一一家同時蝕刻超過 120 層的公司。其他公司在其 100 層以上的 NAND 架構上使用多個decks，但三星 128 層僅使用 1 層。例如，Solidigm 在其 144 層 NAND 上使用 3 層decks。每個deck額外增加成本。

盡管在 128 層方面處于領先地位，但三星多年來一直沒有推出新的 NAND 工藝技術。他們的 176 層和 >200 層 NAND 工藝技術尚未被逆向工程公司或拆解在任何 SSD 中發現。盡管他們聲稱會在 2021 年出貨 176 層消費級 SSD，但迄今沒有看到。雖然官方原因尚未披露，但據報道很可能源于文化問題引發的工藝問題。

三星仍然表示，第 7 代 V-NAND，176 層 512Gb TLC，2Gbps，是 2021 年的技術。他們還注意到 176 層 1Tb QLC 即將推出。第 8 代 V-NAND 超過 200 層。三星表示，它將是 2.4Gbps 的 1Tb TLC 裸片，將于 2022 年發貨。第 8 代將同時進行橫向收縮、更多層和外圍收縮。三星還在 2023 年推出了第 9 代 V-NAND。鑒于第 7 代 V-NAND 的表現，我們對他們的說法持懷疑態度。

三星處于不穩定的境地，曾經落后的公司現在正在競相領先，并開始實現更好的成本結構。層數并不是 NAND 擴展的全部，許多其他因素都會影響最終的每比特成本。根據我們的成本模型，三星仍然擁有第二最具成本效益的 NAND 工藝技術，因為它具有高資本效率和良率以及長期存在的 128 層工藝節點。我們的理論是三星避免增加其 176 層 NAND，因為由于轉向 2 層架構，它的成本效益低于 128 層。

如果三星繼續推遲其新的工藝節點，他們就有可能進一步落后。順便說一句，我們在閃存峰會上與來自競爭公司的許多工藝工程師進行了交談，他們對三星在 NAND 工藝節點轉換方面發生的事情感到非常困惑。

SK海力士在相對定位上一直在提升。他們在第四季度開始大規模生產 176 層 1Tb QLC，從而迅速提升了 176 層 TLC。我們的成本模型將 SK 海力士列為第三最具成本效益的 NAND 工藝技術，他們甚至可能很快與三星交換位置。

SK海力士238層明年上半年開始量產，512Gb TLC裸片。SK 海力士表示，新的 NAND 技術將在每個晶圓上多生產 34% 的比特，提高 50% 的 IO 速度，提高 10% 的程序性能，以及提高 21% 的讀取功率效率。這個 NAND 速度快到 2.4Gbps。美光和 YMTC 僅計劃在其 232 層數技術中使用 1Tb 裸片，但 SK 海力士可以使用更小的 512Gb 裸片實現相同的速度，并且僅使用 4 平面而不是 6 平面。

SK海力士提出的未來路線圖非常有趣。SK 海力士表示，他們計劃在 238 層一代之后繼續使用 Array NAND 下的 CMOS 再發展 3 代。特別是，接下來的 xxx 層 NAND 工藝將有更顯著的層數增加和更快的過渡。

SK 海力士因其長期的創新而有一個可怕的營銷名稱——4D^2。這些涉及共享位線和更多行。他們討論了使用串聯的 2 個單元來存儲超過 6 位的數據，而不是獨立的單元和存儲 8 個電壓電平用于每個單元 3 位的數據。所有這些技術的重點似乎是每層封裝更多位。

轉向 Solidigm（以前是英特爾的 NAND 業務），NAND 架構有所不同。Solidigm 使用浮柵架構，而 SK Hynix 使用電荷陷阱。SK 海力士計劃將其內部電荷陷阱用于性能和主流，而 Solidigm 將用于價值和 HDD 更換領域。SK 海力士與英特爾之間的部分交易條款涉及工藝技術人員在幾年內從英特爾轉移，而不是立即轉移。Solidigm 大連中國工廠將在英特爾開發的工藝技術上運行至少幾年。

下一代 Solidigm 浮柵節點為 192 層。我們相信這是一個 4 層設計，每層deck有 48 層。對于 TLC 架構，該過程的成本效益將備受爭議。通過在每個單元中使用更多位可以緩解這種成本劣勢，這是浮動柵極架構相對于電荷陷阱架構的優勢。雖然大多數電荷陷阱體積是 TLC（每個單元 3 位），但 Solidigm 節點專注于 QLC 的體積。

192 層 QLC 將配備 1.33Tb 芯片容量。由于必須準確地保持 16 個電壓電平以每個單元存儲 4 位，QLC 一直受到性能不佳的困擾，但新節點聲稱可以解決其中的許多問題。第 4 代 QLC 有一些非常出色的聲明，即程序寫入時間提高 2.5 倍，隨機讀取提高 5 倍，在第 99 個百分位時讀取延遲提高 1.5 倍。這些改進將使 Solidigm 192 層 QLC 性能更接近電荷陷阱 TLC。

更令人興奮的變化是，192 層工藝將成為第一批具有 1.67Tb 裸片容量的 PLC NAND。使用 PLC，單元必須能夠準確地保持 32 個電壓電平，以便每個單元存儲 5 位。這將每個晶圓制造的位數提高了 25%，但犧牲了性能。鑒于 SK 海力士將 PLC NAND 作為 HDD 替代技術，性能受到的影響可能很大。作為一個有趣的噱頭，Solidigm 的團隊在使用 192 層 PLC NAND 的外部 SSD 上運行演示文稿。

美光一直是 NAND 行業的一顆冉冉升起的新型。幾年前，他們在 IMFT 合資企業中與英特爾結下了不解之緣。他們使用了浮動柵極架構，與電荷陷阱相比，它的每比特成本或性能較差。他們在 DRAM 工藝技術方面也落后于三星幾年。

美光做出了一些根本性的改變，現在他們是內存行業的領導者。Sanjay Mehrotra 是 SanDisk 的聯合創始人兼首席執行官，該公司以190億美元的價格賣給了 Western Digital。不久之后，他被任命為美光的首席執行官。英特爾合資公司（IMFT）解散，NAND架構從浮柵過渡到電荷陷阱，3D XPoint 內存開發也停止了。

修復了美光的一些潛在工藝和培養問題。美光從 3D NAND 中最差的成本結構變成了 3D NAND 中最好的成本結構。同樣，它們從密度最低、成本最高的工廠到每比特 DRAM 的晶圓廠，再到成本結構第二好的出貨密度最高的 DRAM。

美光的大部分產能是 176 層，他們正在加速和出貨 232 層 NAND。美光的策略是保持晶圓開工率基本相同，并專注于更好的工藝技術以增加位出貨量。這使他們能夠降低資本支出，但仍保持市場份額。由于“芯片飯”，該策略可能會改變，因為在美國可能會發生總計400億美元的制造投資。

美光的 6 平面 2.4Gbps 1Tb TLC 232 層 NAND 出現在多個 SSD 和控制器公司的展位上。這些第 3 方公司告訴我，他們預計增長速度會很快，232 層將成為美光明年產量的主要部分。