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作者：Kioxia鎧俠 第八代BiCS FLASH已然投入量產(chǎn)，意味著(zhù)基于BiCS FLASH的產(chǎn)品也將得到新一輪升級。全新的BiCS FLASH無(wú)論在存儲密度、性能都有了顯著(zhù)提升，特別是2Tb QLC NAND是當下業(yè)界內最大容量的存儲器。 為了讓第八代BiCS FLASH突破存儲限制，鎧俠通過(guò)專(zhuān)有工藝和創(chuàng )新架構，實(shí)現了存儲芯片的縱向和橫向縮放平衡，所開(kāi)發(fā)的CBA（CMOS directly Bonded to Array，外圍電路直接鍵合到存儲陣列）和3.6Gbps接口速度，給AI應用、數據中心、移動(dòng)設備提供了更多潛在可能。 技術(shù)永遠不是一蹴而就，在第八代BiCS FLASH突破限制背后是鎧俠對技術(shù)的不斷創(chuàng )新和積累，在第八代BiCS FLASH已經(jīng)發(fā)布的此刻，不妨讓我們一起看看第八代BiCS FLASH厲害在哪里。 
擺脫高層數的桎梏 與許多芯片制造商宣傳的工藝制程，不再代表晶體管之間的實(shí)際距離類(lèi)似，NAND堆疊的層數其實(shí)也不再是唯一影響存儲容量與占用空間之間的關(guān)系。在單位空間內想盡辦法裝入更多的存儲單元，打造高密度的存儲設備，提升存儲密度才是最終的目的。 在閃存技術(shù)由2D轉向3D的過(guò)程中，鎧俠深刻感受了這一點(diǎn)，雖然通過(guò)布線(xiàn)的微細化，提高了每枚硅模的存儲容量和存儲密度，但當布線(xiàn)寬度達到15nm的時(shí)候，設計團隊發(fā)現微觀(guān)世界下，更多問(wèn)題浮出水面，比如各層晶圓制作需要更薄，而且進(jìn)行堆疊會(huì )使得晶圓高度有所增高，而為了形成存儲單元，則需要加工出極深且極細的孔，這就不可避免的需要導入最先進(jìn)的設備，而這將花費龐大的成本。 因此單純的提升堆疊層數可以在一定程度上解決存儲密度的問(wèn)題，但不是提升存儲密度的唯一解，在成本可控的前提下實(shí)現高密度、高性能存儲成了重要的問(wèn)題之一，對存儲通孔深度、平面方向設計、工藝等各種要素進(jìn)行優(yōu)化，橫向壓縮密度，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出成本與性能都能達到平衡的產(chǎn)品。218層的第八代BiCS FLASH正是在這樣的前提下誕生的。
第八代BiCS FLASH所采用的CBA（CMOS directly Bonded to Array） 兩片晶圓，合二為一 第八代BiCS FLASH首先遇到的問(wèn)題是CMOS電路和存儲單元的晶圓需要不同的溫度進(jìn)行處理，CMOS在高溫處理中會(huì )遇到晶體管特性惡化的問(wèn)題，而存儲單元制造則需要高溫處理來(lái)實(shí)現對應的特性。如何處理CMOS和存儲單元不同溫度的需求，工程師給出的最終解決方案便是CBA（CMOS directly Bonded to Array）架構。 CBA與以往單個(gè)晶圓制造CMOS邏輯電路與存儲單元完全不同，而是分成了兩片分別制造，然后再進(jìn)行翻轉后貼在一起，從而實(shí)現不同工藝都可以發(fā)揮更大優(yōu)勢，也可以進(jìn)一步壓縮生產(chǎn)時(shí)間。 但兩片晶圓貼合不是一件容易的事情，為了確保閃存的可靠性，必須以極高的精度進(jìn)行對位，如果將300mm直徑的晶圓貼合，精度需要維持在0.003mm以?xún)�，否則會(huì )導致NAND FLASH無(wú)法工作，或者壽命與可靠性降低。
第八代BiCS FLASH的300mm晶圓 因此在晶圓貼合的時(shí)候，晶圓表面需要高強度的平坦化處理，得益于累計的經(jīng)驗，鎧俠已經(jīng)能夠很好的實(shí)現這一點(diǎn)。與此同時(shí)，在存儲密度上，第八代BiCS FLASH有了顯著(zhù)提升，即便在NAND層數低于友商的前提下，仍然可以讓存儲密度高出對手大約15%到20%。
第八代BiCS FLASH的電⼦顯微掃描成像圖 圖中的粉色線(xiàn)表示貼合面，上部為存儲單元陣列，下部為CMOS電路 得益于邏輯電路和結構的優(yōu)化，第八代BiCS FLASH在提升存儲密度的同事，性能也有所提升，包括寫(xiě)入性能提高了20%，讀取速度提高了10%，耗電量減少了30%（寫(xiě)入時(shí)），接口速度達到了3.6 Gbps，接口速度表現上也優(yōu)于同級別產(chǎn)品，從而帶動(dòng)最終產(chǎn)品性能提升，比如SSD、UFS存儲器等等。
由于在第八代BiCS FLASH中導入了CBA架構而使千兆位密度得到了大幅度的提高 為AI提供更多可能 第八代BiCS FLASH推出的同時(shí)，基于第八代BiCS FLASH的QLC存儲器也已經(jīng)開(kāi)始送樣，鎧俠通過(guò)QLC技術(shù)打造了目前業(yè)界最大容量的2Tb規格，這意味著(zhù)當一個(gè)封裝內堆疊16個(gè)Die的時(shí)候，就能做到單個(gè)存儲芯片實(shí)現業(yè)界領(lǐng)先的4TB容量，2個(gè)存儲芯片就可以實(shí)現16TB容量。 同時(shí)，存儲芯片也使用了更為緊湊的封裝設計，尺寸僅為11.5 x 13.5 mm，高度為1.5 mm，可以更好的節省機器的內部空間。特別對于輕薄型筆記本而言，只需要1個(gè)M.2 2280接口，配合單面的消費級SSD設計，就可以實(shí)現16TB的存儲空間，裝載更多大模型、視頻素材、3A游戲變得輕而易舉。 同樣如果應用到諸如手機的移動(dòng)端中，在相同的物理空間內，OEM和ODM也有機會(huì )裝入更大容量的存儲，讓智能手機跨入2TB以上的存儲空間變得更為簡(jiǎn)單。相比現在主流的第五代BiCS FLASH QLC產(chǎn)品，第八代BiCS FLASH 2Tb QLC的存儲密度提升了約2.3倍，寫(xiě)入性能提高了約70%。
服務(wù)器與數據中心領(lǐng)域更是第八代BiCS FLASH 2Tb QLC發(fā)揮價(jià)值的地方。隨著(zhù)人工智能AI推動(dòng)密集型數據運算，迫使HBM（高頻寬內存）在數據中心的服務(wù)器上的應用不斷深入，但是其耗電量極高。因此，市場(chǎng)對低耗電量的小型、輕量型SSD的需求越來(lái)越大。第八代BiCS FLASH 2Tb QLC可以做到單個(gè)企業(yè)級SSD就能實(shí)現現有產(chǎn)品無(wú)法企及的大容量，并且耗電量更小、更輕量化，進(jìn)而促使HDD向SSD升級的速度。 第八代BiCS FLASH的目標是應用于更為廣泛的用途，包括與越來(lái)越多被PC所采用的PCIe 5.0兼容的SSD，以及面向智能手機的存儲設備、數據中心SSD、企業(yè)級SSD以及車(chē)規級存儲設備，相信不久的將來(lái)，基于第八代BiCS FLASH的產(chǎn)品將會(huì )越來(lái)越多，鎧俠將與合作伙伴們一起，為存儲創(chuàng )造全新的價(jià)值。 |
