長存/三星/SK海力士/美光最新3D NAND芯片對比:誰的密度更高?


目前,多傢存儲芯片廠商都已經量產232層/176層的NANDFlash芯片。近日,芯片分析機構TechInsights對長存(YMTC)、三星、SK海力士和美光最新的NANDFlash閃存芯片進行比較,主要對比芯片尺寸、存儲密度、有源層、字線間距等因素。

三星一直憑借其超高縱橫比 (UHAR) 孔蝕刻實現的單層工藝主導128層3D NAND。

目前,三星仍然以最小的字線 (WL) 間距領先,這允許堆疊更多層,同時最大限度地減少對垂直通道 (VC) 高度和狹縫深度的工藝要求的影響。

雖然看起來三星可能擁有最低的 128層 工藝成本,但它的裸片尺寸並不是最低的。

這很重要,因為裸片面積越小,在300mm晶圓上可以制造的NAND Flash裸片數量就越多,利潤也就越高。

三星已開始在 176層3D NAND(三星的第 7 代 3D NAND)采用外圍單元 (COP) 方法,這導致芯片尺寸相比上一代的73.60 mm2顯著減小至47.10 mm2,存儲密度也由6.96 Gb/mm2提升至10.87 Gb/mm2

美光從32層3D NAND(美光的第一代 3D NAND)開始使用類似的方法,美光稱之為 CMOS under array,CuA,其上一代的176層芯片的尺寸為49.84 mm2,存儲密度為10.27 Gb/mm2,而其最新量產的232層芯片存儲密度則為14.60 Gb/mm2

SK 海力士則是從96層3D NAND(SK 海力士的第四代3D NAND)開始使用類似的方法,SK 海力士將其稱為 4D NAND,單元下外圍或 PUC),其176層芯片的尺寸為46.50 mm2,存儲密度為11.01 Gb/mm2

長存在64層3D NAND(長存第二代3D NAND)應用自研的 Xtacking技術 ,通過在外圍電路上放置存儲器陣列,實現縮小芯片尺寸的優勢,減小的裸片尺寸以及增加的有源字線 (AWL) 提高位密度。

長江存儲最新的Xtacking 3.0技術使得其232層3D NAND的存儲密度得到進一步提升,達到15.03Gb/mm2,是目前最高的。

根據長存YMTC 232-L 六平面 1 Tb TLC 芯片拆解來看,其具有Center X 解碼器,具有15.03Gb/mm2的最高密度。

下圖1 顯示該芯片的位密度 (Gb/mm 2 ) 與 AWL 數量的關系。

△圖 1:YMTC 232-L 1 Tb 芯片內部圖像

TechInsights預計,即將推出的 232/238層芯片的平均存儲密度將達到大約 15 Gb/mm2

在 ISSCC 2022 上,三星的200+層測片(配備四平面 1 Tb TLC 芯片和邊緣 X 解碼器)的位密度為 11.55 Gb/mm2

當量產時,TechInsights預計其位密度將增加到 14.5 Gb/mm2

此外,帶有Center X 解碼器的SK海力士238層六平面 1 Tb TLC 芯片的存儲密度估計為 14.75 Gb/mm2,比上一代將增加 34%。

美光已量產的232層六平面 1 Tb TLC 裸片據稱為其存儲密度為14.60 Gb/mm2

顯然,在232/238層級別,長存顯示出最高的存儲密度,預計三星的存儲密度最低。

但這並不意味著三星已經落後,因為還需要考慮的更重要的因素——總體成本,因此每bit成本的指標是最理想的比較數據。

TechInsights表示,目前正通過其最近收購的IC Knowledge在努力計算每位成本,很快將會提供這些信息。


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