NAND??行業(yè)平均參考指標(biāo)

第四種制造商制造出更多的晶圓，以每月晶圓產(chǎn)能（wspm）計算，這意味著一旦晶圓廠的晶圓產(chǎn)能得到充分分配，就要建造新的晶圓廠。

第五種是同時選擇兩個或多個以上選項——增加層級，單位單元比特數(shù)，物理大小以及晶圓月產(chǎn)能。

業(yè)內(nèi)不同工藝制程的寫入周期

Quatrochi的研究深入了解了這些選擇中所涉及的問題。

層數(shù)增加

增加層數(shù)意味著進(jìn)程的復(fù)雜性和處理時間的增長。64層裸片上蝕刻要比96層的容易，并且隨著層數(shù)增加到112、128、144層，難度會依次增加。這意味著裸片的良率可能會大大下降。相應(yīng)地產(chǎn)量下降會導(dǎo)致每TB NAND的成本上升。

NAND供應(yīng)商及其已知的層級發(fā)展階段。

Quatrochi提到了一個縱橫比的問題，他指出，3D NAND的垂直堆疊屬性使其越來越依賴蝕刻工藝的精度平衡更高的縱橫比，同時沉積實現(xiàn)晶圓上薄膜的一致性更加困難。

縱橫比隨著層數(shù)增加而提升，預(yù)計一個96層設(shè)備縱橫比約為70：1（相對64層為60：1）?？v橫比的持續(xù)增加會導(dǎo)致在沉積和蝕刻步驟中出現(xiàn)許多潛在問題，包括各層厚薄不均，蝕刻不完全（打孔未到達(dá)底部），彎曲，扭曲及頂部和底部之間線寬變化。

這些問題可能會導(dǎo)致裸片失效，降低晶圓成品率。添加層數(shù)還會增加處理時間，代表增加成本。

Quatrochi在說明中稱，隨著處理時間的增加/額外的處理進(jìn)程，層數(shù)增加將導(dǎo)致更低的晶圓產(chǎn)能。例如，據(jù)估計128層單層蝕刻的時間是96L蝕刻時間的2倍。

如果每臺機器花5天時間來制造一個晶圓，那么你可以達(dá)到6個的月度晶圓產(chǎn)能（平均每月30天）。如果花10天時間則產(chǎn)能減半。供應(yīng)商不得不考慮如果他們的機器用兩倍的時間來制造晶圓，通過增加層數(shù)讓每個裸片容量增加30％，實際發(fā)售容量是否真的在增加。

解決由層數(shù)增加引起的制造問題的一種方式是字符串堆疊（string stacking）。就是把兩個48層裸片疊加制造96層的。這樣減小了孔蝕刻深度。

但字符串堆棧不是長久之計，字符串堆棧通過增加進(jìn)程可能增加30％+的成本。容量相對提升了，但很難平衡進(jìn)程時間和成本增加。

隨著層數(shù)的增加和計算變得更加復(fù)雜都在成為裸片成品率下降的因素。隨著制造工藝的調(diào)整，產(chǎn)量往往會隨著時間的增長而增加，但這并非精準(zhǔn)科學(xué)。

單元比特位

另一個復(fù)雜因素是單元存儲的比特位數(shù)量。如上所述，從SLC到MLC（每單元存儲2個比特位）的升級，容量的增加是100％。轉(zhuǎn)向TLC（每單元3個比特位）獲得50％的容量提升。但從TLC到QLC（每單元4個比特位）的過渡意味著容量提高33％，而從QLC到PLC（每單元5個比特位）則增加25％，下一次可能只是20％。

實際產(chǎn)能（每個晶圓的TB容量）可能與理論收益有所不同。 Quatrochi表示， QLC 3D NAND 晶圓容量估計達(dá)70TB。西部數(shù)據(jù)的112層QLC NAND容量估計比TLC 112層高40％。這比我們注意到的理論上33％增長要高。

單元存儲NAND比特位越多，耐用性就會降低。QLC NAND與TLC NAND相比，讀寫比特位需要更長的時間，并且QLC比TLC單元的壽命短。PLC的情況更差。

SK海力士128層晶圓，芯片，SSD。

SSD的超額配置（Over-provisioning ）是通過預(yù)留空間(extra cells) 來替換故障的單元，會增加成本。如果沒有成本優(yōu)勢，把有20％超額配置的QLC SSD替換成有相同可用容量，還要有50％超額配置以確保耐用性的PLC SSD，有什么意義？

層數(shù)增加導(dǎo)致收益減少

我們知道，通過增加層數(shù)來提高每個裸片的容量會導(dǎo)致收益減少。從64層到96層能增加50％的容量。從96層過渡到128層容量增加33％。到160層意味著容量增加25％。升級到192層將使容量增長20％。最終，額外的處理時間和良率問題將抵消收益。

此時，要通過制造更多的晶圓來增加容量。使用率達(dá)到50％的機器用兩倍的時間可以制造出同樣的裸片數(shù)量，之后還需要更多的設(shè)備乃至建立一個新的晶圓廠，投資將達(dá)150億美元。

容量 VS 成本

由于各種NAND裸片存在生產(chǎn)問題，SSD容量的增長速度趨于放緩。我們可以從圖表中按層數(shù)顯示行業(yè)發(fā)貨量隨時間發(fā)生的變化：

我們看到，與64/72層 NAND相比，將96層NAND提升到70％的行業(yè)發(fā)貨量需要更長的時間（按發(fā)布后的季度計算）。100層以上NAND的第一次迭代看起來可能還需要更長的時間。

NAND和SSD行業(yè)在技術(shù)上是豐富的。總體上講，沒有進(jìn)入容量增加的瓶頸，但增加容量的成本和困難在增加，路也越走越窄。

標(biāo)準(zhǔn)SSD會增加NAND裸片的可用物理空間。驅(qū)動器和主機控制器誤差校驗技術(shù)，通過避免隨機寫入來降低寫入周期以及超額配置將有助于QLC以及PLC NAND的應(yīng)用。更好的工藝技術(shù)和材料將有助于縮小單元尺寸，前景樂觀。

晶圓和磁盤

層數(shù)問題不會影響到硬盤制造商，制造商們用半導(dǎo)體技術(shù)在磁盤的圓形晶圓上構(gòu)建比特位存儲裝備，磁區(qū)，而且比NAND晶圓物理尺寸小。磁盤是一維結(jié)構(gòu)。硬盤制造商想解決的問題是在保持存儲的比特值穩(wěn)定且可讀的同時縮小其物理尺寸。

對于當(dāng)前使用的磁性材料，比特面積收縮減少了比特位中的電子數(shù)量。隨著尺寸的減小，區(qū)域磁場的穩(wěn)定性在室溫下趨于不可測。

因此，磁盤供應(yīng)商正在轉(zhuǎn)向熱輔助記錄，在室溫下通過更穩(wěn)定的記錄材料來實現(xiàn)比特位穩(wěn)定性和可讀性，更強地抵抗磁極性變化。使比特面積易于通過熱輔助或微波（MAMR）輔助磁記錄發(fā)生變化，當(dāng)然還會帶來一些自身的問題，不過沒有層數(shù)問題。

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崔歡歡