三大闪存巨头的新“武器”

现在，三星、SK hynix、KIOIXA 和西部数据 (WD) 等其他领先的 3D NAND 厂商已经完成了风险产品阶段，并刚刚进入大批量产品阶段，SSD 应用的良率更高。162L/176L TLC 芯片具有 512Gb 或 1Tb 内存容量，可用于 UFS（移动）或 cSSD/eSSD 产品（例如 SK hynix Platinum P41 PCIe NVMe Gen4 SSD）的 TLC 或 QLC 操作。

美光去年领先于其他厂商发布了 176L 3D NAND 产品，而其他厂商似乎在 NAND 供应不足的市场气氛中平息了呼吸。关于芯片的性能，所有 162L/176L 3D NAND 芯片看起来都相当有竞争力。例如，芯片的程序吞吐量为 40 ~ 50 μs，平均读取时间 (tR) 为 160 ~ 184 MB/s。

再次，美光首先展示了 176L CTF CuA 3D NAND 芯片，195T 用于 512Gb TLC。与之前的 128L 512Gb TLC 芯片 (7.755 Gb/mm²)相比，通过大幅缩小芯片尺寸，512Gb TLC 芯片的位密度达到 10.273 Gb/mm²。

2-deck 结构 (88L+88L) 已用于垂直 NAND 串集成，仅与 Intel 除外（144L FG CuA 的 3-deck 结构）。对于三星来说，512Gb 176L TLC芯片将是第一代Cell-on-Periphery、COP (CuA)、TCAT V7 V-NAND，接下来的1Tb 238L TLC产品将是第二代COP TCAT V8 V-NAND . 虽然三星 176L TLC 芯片的位密度 (8.5 Gb/mm²) 比 SK hynix 512Gb 176L V7 4D PUC NAND (10.8 Gb/mm²) 和 KIOXIA/WD 1Tb 162L CuA BiCS6 NAND (10.4 Gb/mm²)，预计三星 238L TLC 裸片将增加到 11.5 Gb/mm²。

即使是 238L，三星也将保留 2 层结构，这是三星在 3D NAND 技术方面的优势之一。162L BiCS6 3D NAND 将是铠侠/WD 第一款采用 CuA 概念的产品。

表 1. 即将推出的新型 3D TLC NAND 芯片比较；三星 176L 和 238L、SK 海力士 176L、KIOXIA/WD 162L（来源：ISSCC2021、ISSCC2022）

尽管业界已经超越了具有 CuA（或 PUC 或 COP 或 Xtacking）概念的 128 堆叠 WL 结构，但 3D NAND 存储设备现在面临许多挑战，例如减少单元串电流、增加工艺吞吐量、工艺不均匀性、缺陷、寄生负载增加、外围面积减少、WL 通道电容增加、RC 延迟变化、WL 上升时间和单元间干扰增加，以及读/写速度降低。

此外，3D NAND 产品也需要高带宽。为了应对和克服上述挑战，NAND 厂商已成功开发并应用了新的创新和技术，用于即将推出的 176L/238L NAND 存储设备，例如：

• 三星第一代COP 结构

• 2步BL 强制 (TBF)、2步BL/WL 强制 (TBWF) 以最小化电池 Vt 变化

• MIM 垂直电容（电荷泵，CP）最大限度地提高电源效率并减少 CP 面积

• 通过 LTT 或 CTT 接口切换DDR5.0

• 三星第 2代COP 结构

• 2层集成

• 偏移消除感应锁存器 (OCSL) 方案以改善 V行程偏移

• 四组无干扰读取 (Q-IFR) 方案以减少单元耦合（V t shift @Read）

• 用于降低 CSL 噪声的 CSL 噪声跟踪（CSL 补偿）方案

• 代码自适应直流保持以减少 tCS（建立时间）和功耗

• 切换 DDR5.0 接口

• SK hynix的第 3代 4D PUC NAND 结构

• 12 级页面缓冲区 (PB)

• 1:1 PB 到缓存连接总线 (PBUS)

• 具有半平面激活的居中 X 解码器 (XDEC)

• 新的字符串提升（未选择的字符串提升方案）

• 自适应 WL 过载 (OVD)

• 用于可变级和频率电荷泵的本地泵升压

• 铠侠/WD第一代 CuA BiCS 和第六代BiCS

• 异步独立平面读取 (AIPR) 技术

• 新的增强传感（SEN Isolation）方案

• IO 占空比校正 (IO-DCC) 方案

• 用于逻辑电路的新扫描链（测试）

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