3D存儲芯片

3D NAND是通過將邏輯信息存儲在一層可擦寫介質中，并對該介質進行重復讀取來達到存儲容量最大化的一種存儲技術。隨著該技術不斷成熟，其發展空間也將越來越大。然而,3D NAND存儲器雖然采用了獨特的制造工藝，卻無法實現連續存儲功能。目前3D NAND存儲器存在著四大缺點：可靠性差、延遲高、讀寫性能低、體積大、功耗高。

3D存儲芯片

3D NAND存儲器是一個復雜的半導體器件，由多層結構組成，并且每個結構都有其獨特的功能。由于3D NAND存儲器對可擦寫介質的不斷磨損，導致其可靠性逐漸下降。因此，在數據安全和使用壽命方面都存在著很大的問題。因此如何降低3D NAND存儲器的可靠性成為了一個亟待解決的問題。在3D NAND存儲器中，可擦寫的基底與一個特定的金屬接觸點之間，其與半導體的距離非常小，很難實現對電子密度和電路性能的精確控制。通常情況下，電子密度越大、電路性能越差。因此，對于3D NAND存儲器來說，要實現連續存儲技術，就必須確保它能承受住來自環境（例如溫度和濕度）以及日常運行環境的各種壓力和沖擊。

延遲是影響系統性能的一個重要因素，它主要是指系統在運行過程中發生的錯誤、丟失等問題，并影響到最終產品的正常工作。3D NAND閃存一般使用二次接口來解決上述問題。由于每個存儲層都是獨立開發的，其內部邏輯電路受到物理噪聲和電路誤差的影響較小，因此通常會通過芯片級的優化來改善它們的延遲狀態。因此在傳統數據存儲中都采用了 CMOS工藝。但是 CMOS工藝需要消耗大量的能量與功耗: CMOS工藝是通過電路系統在整個存儲過程中進行的信號傳遞而實現高速運轉的工藝，其速度非常快，所以從性能上看這一工藝的時鐘延遲較高。因此在實際的3D NAND存儲器應用中，芯片級的 NAND存儲會對數據延遲進行控制并降低數據吞吐量，但在實際應用中會造成用戶使用體驗差和性能不足的問題。從本質上來看，這一技術并不是真正意義上的 NAND,而是一個用于存儲數據的模擬芯片。因此，該技術需要對模擬芯片進行不斷調試來提升其性能，這也是目前業界公認的延遲問題。

由于 DRAM和 NAND技術的不同，傳統 NAND技術的讀寫速度有較大的差距。傳統3D NAND固態硬盤采用的是3 D設計，它與 DRAM和 NAND所采用的不同技術產生了數據延遲、讀取速度慢等問題。如果要解決這些問題，就需要通過大量高密度制造來降低 NAND芯片的制造成本。另外還需要解決 NNR在讀取和寫入數據時產生的問題。雖然在相同容量的情況下可以實現更高的讀取速度和更小的寫入速度。但是在相同的存儲密度下，寫入速度較低，所以可以將這兩個需求融合在一起來解決問題。不過當前還沒有能夠實現在高密度、高速度上都有很大突破的實際應用領域。例如在高性能手機上應用的高速移動硬盤就很難解決這個問題，因為需要以較大速度來讀取和寫入數據，而傳統的內存只能在10 M~30 M之間才能滿足用戶對內存速度的需求，所以未來只有用更高密度的3D NAND芯片才能提供更高性能，但是需要通過大量的先進技術才能實現.

由于目前的3D NAND技術，僅僅使用傳統的晶體管工藝來制造，而晶體管的體積往往不能很好地控制，這就造成了很多問題，如需要大容量的存儲器才能解決一些問題。此外,3D NAND芯片因為需要較低的功耗（通常低于200 mW),所以它具有一定的價格優勢。但是3D NAND存儲器需要非常復雜的制程，如果制程設計不合理，其性能和體積都無法達到預期地步。這是目前3D NAND存儲器所面臨的主要問題，這些問題使得3D NAND存儲器無法真正大規模應用于商業應用。由于3D NAND存儲方案的復雜性，這些問題已經在3D NAND存儲器領域暴露出來：當一個應用出現問題時，其存儲性能將會降低至零位，并將在很長一段時間內持續存在。這將會大大降低未來3D NAND存儲器的應用性能和體積，因此也就不存在真正的市場潛力。.....,在當今時代，隨著智能手機、 PC、服務器等終端市場應用趨勢不斷擴大，也使得市場對存儲產品更高要求，其存儲產品必須具備更加緊湊、靈活的特性。,~~.!本文由站長之家用戶投稿，未經站長之家同意，嚴禁轉載擴散。

由于3D NAND存儲芯片采用的是晶體管來讀取和寫入數據，因此在高存儲密度下需要較高的功耗才能實現存儲效果。而3D NAND存儲器體積大、功耗高是其最大的缺點.這就要求其存儲芯片在制造時盡量減小摩爾定律所能承受的能量（包括尺寸和電壓）。從傳統的角度來看，隨著摩爾定律逐漸衰減和電荷轉移效率逐漸提高，電路中所需能量密度會越來越大。在高功耗和低溫度下，電路將無法繼續工作，導致電路中存在著“死機”情況的發生。因此,3D NAND存儲器目前最理想的工作狀態是在晶體管中使用小直徑小電流來代替摩爾定律來降低功耗。但這種方法存在著耗電快等缺點，因此無法滿足3D NAND存儲產業發展需求。從目前的發展來看,3D NAND存儲器的發展方向主要集中于三個方面:1.降低密度和單位體積內的存儲器數量;2.提高器件特性;3.降低功耗與尺寸大小。目前,3 D存儲器主要集中于1 D芯片和2 D芯片，其容量均在10-40 GB左右;4.3D芯片與3D NAND設備配合使用將大大提高性能和密度;5.3D NAND存儲器與其他系統技術結合將進一步提升整體存儲容量和性能。

近年來，越來越多的廠商開始在3D NAND領域發力，包括美光(Micron)、東芝(Toshiba)、海力士(Hynix)、三星(Samsung)和華碩(Xanon)等。但從目前來講,3D NAND雖然擁有著許多優勢，但在技術實現過程中也遇到了許多挑戰。比如由于 NAND工藝無法滿足大量需求，在不同的應用場景中其成本可能要比常規固態硬盤高出很多，而由于該技術難以量產和降低成本,3D NAND產品的應用范圍也會受到一定限制……因此目前3D NAND技術的發展趨勢主要是成本降低和產品優化。從目前的情況來看，市場上的3D NAND產品的尺寸已經從最初的10微米到20微米再到目前的40微米甚至70納米。此外，由于采用了全新的3D制程設計，因此在穩定性和一致性方面也有了明顯的提高。