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(jì)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(shí)選擇兩個(gè)或多個(gè)以上選項(xiàng)——增加層級(jí)，單位單元比特?cái)?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(xiě)入周期

Quatrochi的研究深入了解了這些選擇中所涉及的問(wèn)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(shí)間的增長(zhǎng)。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(huì)依次增加。這意味著裸片的良率可能會(huì)大大下降。相應(yīng)地產(chǎn)量下降會(huì)導(dǎo)致每TB NAND的成本上升。

NAND供應(yīng)商及其已知的層級(jí)發(fā)展階段。

Quatrochi提到了一個(gè)縱橫比的問(wèn)題，他指出，3D NAND的垂直堆疊屬性使其越來(lái)越依賴(lài)蝕刻工藝的精度平衡更高的縱橫比，同時(shí)沉積實(shí)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(jì)一個(gè)96層設(shè)備縱橫比約為70：1（相對(duì)64層為60：1）?？v橫比的持續(xù)增加會(huì)導(dǎo)致在沉積和蝕刻步驟中出現(xiàn)許多潛在問(wèn)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(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致裸片失效，降低晶圓成品率。添加層數(shù)還會(huì)增加處理時(shí)間，代表增加成本。

Quatrochi在說(shuō)明中稱(chēng)，隨著處理時(shí)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(jì)128層單層蝕刻的時(shí)間是96L蝕刻時(shí)間的2倍。

如果每臺(tái)機(jī)器花5天時(shí)間來(lái)制造一個(gè)晶圓，那么你可以達(dá)到6個(gè)的月度晶圓產(chǎn)能（平均每月30天）。如果花10天時(shí)間則產(chǎn)能減半。供應(yīng)商不得不考慮如果他們的機(jī)器用兩倍的時(shí)間來(lái)制造晶圓，通過(guò)增加層數(shù)讓每個(gè)裸片容量增加30％，實(shí)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(wèn)題的一種方式是字符串堆疊（string stacking）。就是把兩個(gè)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(zhǎng)久之計(jì)，字符串堆棧通過(guò)增加進(jìn)程可能增加30％+的成本。容量相對(duì)提升了，但很難平衡進(jìn)程時(shí)間和成本增加。

隨著層數(shù)的增加和計(jì)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(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，但這并非精準(zhǔn)科學(xué)。

單元比特位

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

實(shí)際產(chǎn)能（每個(gè)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(jì)達(dá)70TB。西部數(shù)據(jù)的112層QLC NAND容量估計(jì)比TLC 112層高40％。這比我們注意到的理論上33％增長(zhǎng)要高。

單元存儲(chǔ)NAND比特位越多，耐用性就會(huì)降低。QLC NAND與TLC NAND相比，讀寫(xiě)比特位需要更長(zhǎng)的時(shí)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(guò)預(yù)留空間(extra cells) 來(lái)替換故障的單元，會(huì)增加成本。如果沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)，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(guò)增加層數(shù)來(lái)提高每個(gè)裸片的容量會(huì)導(dǎo)致收益減少。從64層到96層能增加50％的容量。從96層過(guò)渡到128層容量增加33％。到160層意味著容量增加25％。升級(jí)到192層將使容量增長(zhǎng)20％。最終，額外的處理時(shí)間和良率問(wèn)題將抵消收益。

此時(shí)，要通過(guò)制造更多的晶圓來(lái)增加容量。使用率達(dá)到50％的機(jī)器用兩倍的時(shí)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(gè)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(wèn)題，SSD容量的增長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)的時(shí)間（按發(fā)布后的季度計(jì)算）。100層以上NAND的第一次迭代看起來(lái)可能還需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

NAND和SSD行業(yè)在技術(shù)上是豐富的?？傮w上講，沒(méi)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(huì)增加NAND裸片的可用物理空間。驅(qū)動(dòng)器和主機(jī)控制器誤差校驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)避免隨機(jī)寫(xiě)入來(lái)降低寫(xiě)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(lè)觀。

晶圓和磁盤(pán)

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

對(duì)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(chǎng)的穩(wěn)定性在室溫下趨于不可測(cè)。

因此，磁盤(pán)供應(yīng)商正在轉(zhuǎn)向熱輔助記錄，在室溫下通過(guò)更穩(wěn)定的記錄材料來(lái)實(shí)現(xiàn)比特位穩(wěn)定性和可讀性，更強(qiáng)地抵抗磁極性變化。使比特面積易于通過(guò)熱輔助或微波（MAMR）輔助磁記錄發(fā)生變化，當(dāng)然還會(huì)帶來(lái)一些自身的問(wèn)題，不過(guò)沒(méi)有層數(shù)問(wèn)題。

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崔歡歡