三星今天宣布，它已经开始批量生产其 大概为 236 层的 3D NAND 存储器，该公司将其命名为第 8 代 V-NAND。新 IC 具有 2400 MTps 的传输速度，当与高级控制器结合使用时，它们可以实现传输速度超过 12 GBps 的客户端级 SSD。

　　新的第 8 代 V-NAND 设备具有 1Tb 容量（128GB），三星称其为业界最高的位密度，但没有透露 IC 的尺寸或实际密度。该 IC 还具有 2400 MTps 的数据传输速率，这对于  配备 PCIe 5.0 x4 接口 的最佳 SSD至关重要， 一旦与适当的控制器配对，将提供惊人的12.4 GBps （或更高！）。

　　三星声称，与现有相同容量的闪存 IC 相比，其新一代 3D NAND 存储器的每晶圆生产率将提高 20%，这降低了公司的成本（在良率相同的情况下），这可能意味着更便宜的 SSD 。

　　同时，该公司没有提及该设备的架构，但根据提供的图片，我们假设我们谈论的是双平面 3D NAND IC。

　　“随着市场对更密集、更大容量的存储需求推动更高的 V-NAND 层数，三星采用其先进的 3D 缩放技术来减少表面积和高度，同时避免通常在按比例缩小时发生的单元间干扰，”三星电子闪存产品和技术执行副总裁 SungHoi Hur 说。“我们的第八代 V-NAND 将有助于满足快速增长的市场需求，并使我们能够更好地提供更多差异化的产品和解决方案，这将是未来存储创新的基础。”

　　三星尚未宣布任何基于其第 8 代 V-NAND 内存的实际产品，但我们可以推测第一批设备将迎合客户应用。

　　三星236层闪存，终于要来了！

　　据外媒介绍，三星正准备开始量产其第 8 代 V-NAND 内存，该内存将具有 200 多层，并为固态存储设备带来更高的性能和位密度。

　　报道指出，三星在 2013 年凭借 24 层 V-NAND 闪存领先竞争对手数年，其他公司花了相当长的时间才赶上。但从那以后，这家韩国巨头变得更加谨慎，因为构建数百层的 NAND 变得越来越困难。今年，美光和 SK 海力士凭借 232 层和 238 层 3D TLC NAND 设备击败了三星。但据韩国商业报道，V-NAND 开发商并没有停滞不前，正准备开始批量生产 236 层的 3D NAND 存储器（当然，将被命名为 V-NAND。.

　　三星在 2021 年年中生产了首批超过 200 层的 V-NAND 内存样品，因此它现在应该有足够的技术经验来启动此类设备的批量生产。不幸的是，目前很难判断三星即将推出的第 8 代 V-NAND 芯片的容量。尽管如此，我们确信该公司的下一代 NAND 内存目标之一将是更快的接口速度和其他性能特征，以实现下一代最佳 SSD。

　　为了为即将推出的具有 PCIe Gen5 接口的台式机和笔记本电脑以及支持 UFS 3.1 和 4.0 接口的智能手机构建具有竞争力的固态存储解决方案，三星需要具有高速接口的 NAND 设备。今天三星的 V7-NAND 已经具有高达 2.0 GT/s 的接口速度，但我们预计该公司将进一步提高其 V8-NAND 的接口速度。

　　三星第 8 代 V-NAND 的另一项期望是增加程序块大小并减少读取延迟，从而优化大容量 3D NAND 设备的性能。但不幸的是，确切的特征是未知的。

　　虽然增加 NAND 层的数量有时被认为是闪存扩展的一种简单方法，但事实并非如此。使 NAND 层更薄（因此 NAND 单元更小）需要使用新材料来可靠地存储电荷。此外，由于蚀刻数百层具有挑战性（并且在经济上可能不可行），3D NAND 制造商需要采用串堆叠等技术来构建具有数百层的 3D NAND。三星尚未在其 176 层 V7-NAND 中采用串堆叠，但该技术是否会用于 236 层 V8-NAND 还有待观察。

　　NAND Flash竞争，三星掉队

　　NAND是一个竞争激烈、不断进步的市场。制造和出货的 NAND 位数以每年 30% 到 35% 的速度增长，每 2 到 3 年翻一番。最初的看法是，这需要大量资金专门用于新设备，但 NAND 行业从 2017 年到 2022 年每年仅在晶圆制造设备上花费了150亿到200亿美元，尽管呈指数级增长，但生产NAND的成本迅速下降。

　　几十年前，类似的成本缩放改进在 DRAM 和逻辑等其他半导体技术中很常见，但这些子行业会认为这种改进速度在后摩尔定律宇宙中是不可持续的。生产力的提高主要是由 Lam Research 蚀刻和沉积工具的改进以及制造商开发的工艺节点推动的。

　　从历史上看，当半导体行业进行如此快速的创新时，许多公司在技术上被抛在了尘埃中。行业整合出现。只出现了几个强者。3D NAND 今天也处于类似的位置，该行业的未来经济状况也在不断变化。英特尔卖掉了他们的NAND业务，铠侠和西部数据出现了很大的动荡。

　　在本报告中，我们希望对三星、SK 海力士、美光、Solidigm、长江存储、西部数据和铠侠的工艺技术进行状态检查。快速总结是，美光、SK 海力士和 YMTC 领先于其他公司。与此同时，三星在几年前还是 NAND 技术的绝对领导者，却奇怪地落后了。而来自中国的长江存储现在出货密度最高的3D NAND。

　　SemiAnalysis和Angstronomics编制了下表。它有许多细微差别，将在下文中解释。

　　长江存储

　　YMTC 对他们的新一代 NAND 非常低调，该系列新产品搭载了公司新一代的Xtacking 3.0 技术。在官方新闻稿中，他们没说明新产品的层数。官方的路线并没有将 Xtacking 3.0 作为业界最密集的 1Tb TLC NAND 进行推广。

　　但在SemiAnalysis 看来，Xtacking 3.0 是密度最大的商用 1Tb TLC NAND，15.2Gbit/mm2；在层数上，据分析，长存产品的层数“超过230层”；我们相信232层；在性能上，该产品可与美光的 232 层 NAND 媲美，采用类似的 6 平面架构，数据速率为 2.4Gbps。最后，它已经送样给合作伙伴。

　　我们通过在Angstronomics的虚拟帮助下测量物理die来确定这些事实。可以访问物理die也使我们能够确认它是 6 平面。我们在第 3 方台湾公司的展位上发现了他们采用 SSD 封装的新 NAND。他们很高兴告诉我们其他一些细节，包括发货时间。

　　据报道，长江存储在新产品上还用上了很多新技术，例如阵列上的混合键合 CMOS、中心驱动器 XDEC，以及从前端深沟工艺到后端源连接 (BSSC) 的过渡。YMTC 还计划为内存处理实现进一步的逻辑，包括采用堆叠 CMOS 技术的神经形态类型计算。

　　长江存储不是模仿者。他们正在构建自己的创新和独特的产品，他们在 NAND 领域凭借本土创新领先于其他玩家。

　　铠侠和西部数据

　　铠侠和西部数据在 3D NAND 的制造和技术开发方面进行了合作，因此它们被组合在一起。他们估计，Zettabyte 的 NAND 将在 2022 年出货。他们的闪存峰会演讲涵盖了 3D NAND 缩放的一些权衡。缩放有 4 个主要向量，垂直缩放、横向缩放、架构缩放和逻辑缩放。

　　上面是一张关于 SLC、MLC、TLC、QLC 和 PLC 缩放的有趣幻灯片。随着越来越多的位存储在一个单元中，读取延迟会增加，并且程序擦除周期的耐久性会降低。铠侠和西部数据正在探索使用每个单元 4.5 位或每个 NAND 单元 3.5 位来增加密度和降低成本，同时不牺牲尽可能多的延迟和耐用性。

　　在 3D NAND 中，工程选择通常取决于性能、成本和耐用性。对于同等容量的 SSD 而言，更大的容量更具成本效益，但性能较差。较大的单元尺寸性能更好，但由于难以扩展到更高的层数，因此制造成本更高。

　　PCIe 多年来一直停留在 3.0 上，但近年来代际改进加速。这导致了许多创新，以使可用带宽完全饱和。铠侠和西部数据表示，他们的 NAND 接口带宽每一代都增加了 30%。此外，他们引入了异步独立平面读取，这使得每个平面中的读取可以更有效地打包（大多数竞争对手引入了这一点或将在他们的一代中这样做）。由于这些创新，随机读取性能显着提高。

　　西部数据和铠侠的路线图包括扩展层以及非层数相关技术。晶圆键合被列为下一个被采用作为提高单元阵列效率的技术。这是长江存储第三次迭代的 Xtacking 3.0 的技术。PLC NAND也在考虑之中。Western Digital 告诉我们，他们甚至在实验室中试验了高达 7 位/单元（128 个电压等级）。它存在于他们的实验室中，但需要由液氮维持的极低温度。

　　铠侠和西部数据是仅有的在其路线图中使用 PLC 电荷陷阱存储器的公司。CMOS 缩放和单元间距缩放也在路线图上。他们讨论的最后一项技术是多堆叠。CMOS 阵列和多个 NAND 阵列都将采用顺序混合键合方法进行堆叠。理论上，这项技术的成本改进很小，但密度增益将是巨大的。

　　铠侠和西部数据还开发了第二代存储级内存，他们将其作为 XL-Flash-2 销售。由于成本较高，它是否会增加产量还有待观察，但由于使用 16 平面和 MLC NAND，它的速度要快得多。这仅适用于延迟较低的 CXL 总线上的大规模部署，但 DRAM 池/共享通常更适合这些工作负载。

　　三星

　　长期以来，三星在 NAND 市场占有率最高。正如《非易失性存储，辉煌70年！》所示，它们在历史上引领了许多技术转型。这种技术领先存在于他们的 128 层技术，这是世界上容量最大的 NAND 工艺节点。

　　3D NAND 中最关键的工艺步骤是通过多层 NAND 的高纵横比蚀刻和随后的沉积步骤。虽然业内几乎每个人都在这些关键步骤中使用 Lam Research 的工具，但三星是唯一一家同时蚀刻超过 120 层的公司。其他公司在其 100 层以上的 NAND 架构上使用多个decks，但三星 128 层仅使用 1 层。例如，Solidigm 在其 144 层 NAND 上使用 3 层decks。每个deck额外增加成本。

　　尽管在 128 层方面处于领先地位，但三星多年来一直没有推出新的 NAND 工艺技术。他们的 176 层和 >200 层 NAND 工艺技术尚未被逆向工程公司或拆解在任何 SSD 中发现。尽管他们声称会在 2021 年出货 176 层消费级 SSD，但迄今没有看到。虽然官方原因尚未披露，但据报道很可能源于文化问题引发的工艺问题。

　　三星仍然表示，第 7 代 V-NAND，176 层 512Gb TLC，2Gbps，是 2021 年的技术。他们还注意到 176 层 1Tb QLC 即将推出。第 8 代 V-NAND 超过 200 层。三星表示，它将是 2.4Gbps 的 1Tb TLC 裸片，将于 2022 年发货。第 8 代将同时进行横向收缩、更多层和外围收缩。三星还在 2023 年推出了第 9 代 V-NAND。鉴于第 7 代 V-NAND 的表现，我们对他们的说法持怀疑态度。

　　三星处于不稳定的境地，曾经落后的公司现在正在竞相领先，并开始实现更好的成本结构。层数并不是 NAND 扩展的全部，许多其他因素都会影响最终的每比特成本。根据我们的成本模型，三星仍然拥有第二最具成本效益的 NAND 工艺技术，因为它具有高资本效率和良率以及长期存在的 128 层工艺节点。我们的理论是三星避免增加其 176 层 NAND，因为由于转向 2 层架构，它的成本效益低于 128 层。

　　如果三星继续推迟其新的工艺节点，他们就有可能进一步落后。顺便说一句，我们在闪存峰会上与来自竞争公司的许多工艺工程师进行了交谈，他们对三星在 NAND 工艺节点转换方面发生的事情感到非常困惑。

　　SK 海力士和 Solidigm

　　SK海力士在相对定位上一直在提升。他们在第四季度开始大规模生产 176 层 1Tb QLC，从而迅速提升了 176 层 TLC。我们的成本模型将 SK 海力士列为第三最具成本效益的 NAND 工艺技术，他们甚至可能很快与三星交换位置。

　　SK海力士238层明年上半年开始量产，512Gb TLC裸片。SK 海力士表示，新的 NAND 技术将在每个晶圆上多生产 34% 的比特，提高 50% 的 IO 速度，提高 10% 的程序性能，以及提高 21% 的读取功率效率。这个 NAND 速度快到 2.4Gbps。美光和 YMTC 仅计划在其 232 层数技术中使用 1Tb 裸片，但 SK 海力士可以使用更小的 512Gb 裸片实现相同的速度，并且仅使用 4 平面而不是 6 平面。

　　SK海力士提出的未来路线图非常有趣。SK 海力士表示，他们计划在 238 层一代之后继续使用 Array NAND 下的 CMOS 再发展 3 代。特别是，接下来的 xxx 层 NAND 工艺将有更显着的层数增加和更快的过渡。

　　SK 海力士因其长期的创新而有一个可怕的营销名称——4D^2。这些涉及共享位线和更多行。他们讨论了使用串联的 2 个单元来存储超过 6 位的数据，而不是独立的单元和存储 8 个电压电平用于每个单元 3 位的数据。所有这些技术的重点似乎是每层封装更多位。

　　转向 Solidigm（以前是英特尔的 NAND 业务），NAND 架构有所不同。Solidigm 使用浮栅架构，而 SK Hynix 使用电荷陷阱。SK 海力士计划将其内部电荷陷阱用于性能和主流，而 Solidigm 将用于价值和 HDD 更换领域。SK 海力士与英特尔之间的部分交易条款涉及工艺技术人员在几年内从英特尔转移，而不是立即转移。Solidigm 大连中国工厂将在英特尔开发的工艺技术上运行至少几年。

　　下一代 Solidigm 浮栅节点为 192 层。我们相信这是一个 4 层设计，每层deck有 48 层。对于 TLC 架构，该过程的成本效益将备受争议。通过在每个单元中使用更多位可以缓解这种成本劣势，这是浮动栅极架构相对于电荷陷阱架构的优势。虽然大多数电荷陷阱体积是 TLC（每个单元 3 位），但 Solidigm 节点专注于 QLC 的体积。

　　192 层 QLC 将配备 1.33Tb 芯片容量。由于必须准确地保持 16 个电压电平以每个单元存储 4 位，QLC 一直受到性能不佳的困扰，但新节点声称可以解决其中的许多问题。第 4 代 QLC 有一些非常出色的声明，即程序写入时间提高 2.5 倍，随机读取提高 5 倍，在第 99 个百分位时读取延迟提高 1.5 倍。这些改进将使 Solidigm 192 层 QLC 性能更接近电荷陷阱 TLC。

　　更令人兴奋的变化是，192 层工艺将成为第一批具有 1.67Tb 裸片容量的 PLC NAND。使用 PLC，单元必须能够准确地保持 32 个电压电平，以便每个单元存储 5 位。这将每个晶圆制造的位数提高了 25%，但牺牲了性能。鉴于 SK 海力士将 PLC NAND 作为 HDD 替代技术，性能受到的影响可能很大。作为一个有趣的噱头，Solidigm 的团队在使用 192 层 PLC NAND 的外部 SSD 上运行演示文稿。

　　美光

　　美光一直是 NAND 行业的一颗冉冉升起的新型。几年前，他们在 IMFT 合资企业中与英特尔结下了不解之缘。他们使用了浮动栅极架构，与电荷陷阱相比，它的每比特成本或性能较差。他们在 DRAM 工艺技术方面也落后于三星几年。

　　美光做出了一些根本性的改变，现在他们是内存行业的领导者。Sanjay Mehrotra 是 SanDisk 的联合创始人兼首席执行官，该公司以190亿美元的价格卖给了 Western Digital。不久之后，他被任命为美光的首席执行官。英特尔合资公司（IMFT）解散，NAND架构从浮栅过渡到电荷陷阱，3D XPoint 内存开发也停止了。

　　修复了美光的一些潜在工艺和培养问题。美光从 3D NAND 中最差的成本结构变成了 3D NAND 中最好的成本结构。同样，它们从密度最低、成本最高的工厂到每比特 DRAM 的晶圆厂，再到成本结构第二好的出货密度最高的 DRAM。

　　美光的大部分产能是 176 层，他们正在加速和出货 232 层 NAND。美光的策略是保持晶圆开工率基本相同，并专注于更好的工艺技术以增加位出货量。这使他们能够降低资本支出，但仍保持市场份额。由于“芯片饭”，该策略可能会改变，因为在美国可能会发生总计400亿美元的制造投资。

　　美光的 6 平面 2.4Gbps 1Tb TLC 232 层 NAND 出现在多个 SSD 和控制器公司的展位上。这些第 3 方公司告诉我，他们预计增长速度会很快，232 层将成为美光明年产量的主要部分。

　　三星分享存储芯片最新路线图

　　本周，三星 Safe 活动隆重举行。第一个主题演讲来自晶圆业务发展团队执行副总裁 Moonsoo Kang。第二场演讲由系统 LSI 业务产品团队负责人 Hyeokman Kwon 和内存销售 Jim Elliot 主持。在我看来，三星今年最令人难忘（双关语）的演讲来自内存组。

　　“1 万亿 GB 是三星自 40 多年前创立以来所制造的内存总量，但仅在过去三年，三星就生产了其中的一版，这表明数字化转型的进展速度有多快，”三星电子总裁兼内存业务负责人 Jung-bae Lee 说。“随着内存带宽、容量和功率效率的进步使新平台成为可能，而这些反过来又刺激了更多的半导体创新，我们将在数字共同进化的过程中越来越多地推动更高水平的集成。”

　　Jim Elliot 从事内存业务已有 25 年，其中有 20 年在三星。仅这一点在硅谷就是一项令人印象深刻的壮举。Jim 很投入，并为内存业务的发展提供了美好的前景。

　　Jim 强调了 PC、手机以及我们今天所处的数据驱动（可用性和可靠性）时代的行业驱动力。据报道，世界上 90% 的数据是在过去两年中创建的，并且这种高速增长将继续下去。

　　对于增长趋势，Jim 提到了元宇宙、汽车和人工智能机器人。我认为，对于内存和逻辑，人工智能都将成为大多数半导体细分市场的潜在增长驱动力，并且需要大量先进的内存和逻辑。需要明确的是，人工智能将触及大量的芯片，这些芯片永远不会有足够的逻辑或内存性能和密度。

　　一个价值七千亿美元的问题是：“内存技术能否跟上数据爆炸的需求？” 答案当然是肯定的，Jim 解释了原因。

　　根据 Jim 的说法，内存节点转换已从 90nm 推进到10nm。为了应对即将到来的挑战，Jim 更详细地谈到了三星内存。

　　三星推出了其第五代 10nm 级 DRAM 以及第八代和第九代垂直 NAND (V-NAND)。今天，三星有 567 个 DRAM 订单和 617 个 NAND 订单。让我们面对现实吧，三星是排名第一的半导体公司是有原因的，而内存是三星半导体王朝背后的驱动力，所以我认为这种情况不会很快发生变化。

　　Jim 的演讲涵盖了合作伙伴关系、替代商业模式以及即将到来的开放式创新三星内存研究中心。他还介绍了 DRAM 和 NAND 的路线图：

　　Jim 总结了关于移动、服务器、云以及汽车发展（车轮上的服务器）的应用说明。三星目前有 400 个汽车项目正在进行中，并与 60 多家汽车客户进行量产。

　　全球芯片需求放缓，三星利润三年来首次下滑

　　三星电子宣布近三年来首次出现利润下滑，这表明随着电子设备需求的消退，行业衰退正在加深。

　　这家全球最大的内存芯片制造商和智能手机生产商周五估计，截至 9 月底的三个月营业利润为 108 亿韩元（77 亿美元），同比下降 32%。

　　这远低于彭博社对 Won12.1tn 的估计，这标志着自 2020 年以来利润首次下降。销售额为 Won76tn，同比增长 3%。

　　在美国芯片制造商美光科技和日本铠侠控股削减支出以应对供应过剩之后，该利润指引低于预期。美国芯片制造商 Advanced Micro Devices 周四将其第三季度收入预期从 8 月份的预期下调了约 11 亿美元。

　　“由于宏观经济逆风，智能手机、个人电脑和电视需求下降的速度非常快。由于库存高，削减芯片订单的速度更快，”新韩证券分析师 Choi Do-yeon 表示。

　　但本周早些时候，三星一位高管在美国告诉记者，公司目前还没有考虑减产。

　　该公司的半导体业务负责人 Kyung Kye-hyun 预计内存市场将持续低迷，直到明年年底。据韩国经济日报报道，他最近在一次内部活动中告诉员工，三星将其下半年的芯片销售预期从 4 月份的预测下调了 32%。

　　今年迄今为止，悲观的前景已推动三星股价下跌约 30%。但摩根士丹利本周升级了半导体板块，推高了三星和 SK 海力士的股价，因预期明年下半年市场会反弹。

　　Kiwoom Securities 分析师 Park Yuak 表示：“在对经济前景日益担忧的情况下，客户突然调整库存，令半导体行业感到不安。” “尽管库存调整可能在明年第一季度结束，但下半年的芯片价格将远低于预期。”

　　地缘政治风险是芯片制造商关注的另一个领域。预计华盛顿将于周五宣布对中国存储芯片制造商的新限制，以遏制北京的技术进步。

　　然而，分析师表示，此举可能会影响韩国公司在中国的业务。

　　三星在西安市拥有一家 Nand 闪存芯片工厂，而 SK 海力士在无锡拥有一家 Dram 芯片工厂，在大连拥有一家两年前从英特尔购买的 Nand 工厂。

　　作为乔·拜登总统《芯片与科学法案》的一部分，韩国公司最近宣布了一系列在美国建造新工厂的交易。

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