半导体行业既令人着迷，又极具挑战。老话说“登顶不易，守顶更难”，这确实不假。我们面临着持续的压力，要不断在物理学、化学、制造和创新等方面突破极限，为计算设备（包括逻辑、内存、存储等）带来更大的进步。构建体积更小、速度更快、能耗更少、成本更低且容量更大的技术，是我们每天都要应对的难题。在我们通过新技术和率先上市的产品迈向新台阶之际，正是回顾所取得成就的好时机。
长期以来，美光一直是 3D NAND 技术领域公认的领导者，这一点最近在我们率先推出的 176 层替换栅极 NAND 技术的量产中得到了充分体现。自那时起，我们将这项先进技术广泛推向存储产品组合市场（包括移动、客户端、汽车、智能边缘和数据中心），以及各种外形规格和接口技术，展现了卓越的运营能力。
但是，在我们不断完善和扩展 176 层技术实施的同时，我们的团队也在不懈努力开发下一代 NAND 技术。当 Scott DeBoer 和美光高管人员宣布我们的下一代 232 层 NAND 技术（将在 2022 年底前投入量产）时，我们团队的自豪之情溢于言表。
此公告标志着首款 232 层 3D NAND 的首度亮相，这项技术现已应用在选定的 Crucial 英睿达品牌固态硬盘上。基于这项技术的其他产品将于今年晚些时候推出，可在提供高容量、高密度存储的同时，降低能耗和每位成本。
向上发展，而非向外扩展
当我向对技术不甚了解的听众解释我们的工作时，我通常会发现他们很容易理解“层数越多越好”的概念。因此，向更广泛的受众分享这项进步的细节及其影响是有益的。
就 3D NAND 的层数而言，层数越多越好。想想拥挤不堪的城市里的建筑，那里的房地产价格昂贵：向外扩建可能既无法提高密度以满足人口增长需求，也不符合成本效益。许多城市会选择另一种方法，即向上发展，在相同的空间内增建高层建筑和公寓楼，增加楼层和单元。这种方法可以大大提高入住率。同样，为了提高空间利用效率，停车位以及大楼供水和供暖、通风与空调系统的基础设施大部分都会设在大楼的地下部分。
美光的新型 232 层设计以我们成功且久经验证的 CMOS 阵列下（CuA）架构为基础，这种架构提供了一种扩展方法，可助力实现容量提升，以及密度、性能和成本方面的优化。将 NAND 的位单元阵列堆叠成更多层，可在每平方毫米芯片上提供更多位，从而实现更高的密度和更低的每位成本。
这一率先投放市场的 232 层技术标志着美光第六代 NAND 进入量产阶段。凭借突破性的高堆叠层数加上 CuA 技术，每颗小尺寸芯片即可实现高达 1 TB 的存储容量。因此，232 层 NAND 设备的单位面积位密度比上一代 176 层设备高出 45% 以上，实现了惊人的能力提升！密度的提高也使得封装的外形尺寸得到改善，例如新的 11.5 毫米 x 13.5 毫米封装比上一代芯片的封装小 28%。这一切意味着，现在有更多类型的设备可以配备大容量、高性能的存储。
性能更强，服务质量（QoS）更好
密度的提高只是一个开始。232 层 NAND 不仅拥有更多的层数，它的速度也高于其他同类产品。其中一个因素是开放式 NAND 闪存接口（ONFI）的传输速率提高到了 2400 MT/秒，再次领跑业界。与上一代技术相比，提升了 50%。两个方向的带宽也有所提高，与上一代 176 层 NAND 相比，写入带宽提高了 100%，读取带宽提高了 75%。
要实现这种经过改进的存储和性能，需将 3D NAND 设备划分为六个平面，以实现更高的并行度，从而提高性能。当今市场上的许多 NAND 设备只有两个平面。即使是目前非常先进的设计，也只有四个平面分区来传输命令和数据流，而我们正在向市场推出首款六平面 TLC（三层单元）NAND 设备。
就每个芯片而言，由于并行度的提高，可以同时向 NAND 设备发出更多的读写命令，从而提高顺序和随机存取的读写性能。因此，我们新型 232 层 NAND 的六平面架构以及相应数量的独立字线，还能减少读写命令之间的冲突，从而提高服务质量（QoS）。就像高速公路一样，车道越多，拥堵就越少，特定区域的交通运行状况就越好。
攀登新高度
为 3D NAND 闪存添加更多层次应该是轻而易举之事，但事实并非如此。制造这些设备非常具有挑战性，需要经过数百道独立的工序才能将原始晶圆加工成完整的裸片或芯片。
在堆叠层数较高时，可能会面临重大挑战，即难以确保堆叠层上下结构的一致性，但这种一致性对于正确对齐所有层和连接支柱至关重要。挑战众多，以下仅举其中几个例子：
- 垂直字线层之间的距离缩短会带来更高的单元间电容耦合效应，这需要克服。
- 由于层数较多，支柱蚀刻功能所面临的工艺挑战迅速倍增。
美光采用高度先进的蚀刻和图案化技术来创建高纵横比结构，并采用非常高效的替换栅极工艺来提升部件的性能。
“团队建设”
要应对这些挑战，需有紧密配合的团队，这些团队涵盖设计、技术开发、系统启用、晶圆制造、测试和封装，以及许多其他支持职能。优化这些跨职能团队是成功构建此类复杂解决方案的关键。从设计和技术协同优化的角度来看，了解工艺影响以及如何调整设计以使其更加稳健非常重要。例如，3D NAND 需要其控制器提供先进的数据管理和纠错功能，以增加编程周期。准确的布局规划和建模对于确保电气、功率和热规格能够可靠地满足工艺变化的要求至关重要。
创新半导体设计的原型制作确实困难重重，但将 3D NAND 量产则是一项更大的挑战。3D NAND 单元以串的形式垂直构建，因此单个单元的缺陷会影响整个单元串的性能。高纵横比蚀刻特征需要极高的精度，以通过解决高级污染控制问题来减少缺陷，同时通过提高电子迁移率和导电性来解决减速问题。
美光拥有丰富的内部专业知识来推动这一创新，同时我们还与制造 OEM 供应商、材料制造商和供应商密切合作，共同开发解决方案，以精确构建极端几何形状的内存单元。
即将登陆市面上的固态硬盘
232 层 NAND 代表着从设备、智能边缘到云端的持续数字化过程的重要转折点。从最早在手机中应用摄像头技术，到平板电脑、轻薄笔记本电脑和可穿戴设备的问世，固态存储技术一直是技术发展的关键推动力。如果没有存储应用程序和数据的能力，技术的发展就会受到极大的阻碍。
我们的团队喜欢“率先上市，赢得先机”这样的描述，因为它体现了我们对前沿地位的坚定承诺。随着层数的不断增加，美光可以提高存储密度、优化能源效率，并降低每位成本。这些改进有助于开启数字化、优化和自动化的新机遇。美光通过在设计、工艺和制造方面不断推陈出新，保持技术领先地位。我们无疑提高了这项技术的标准，并期待看到这项技术将带来的非凡的新产品创新浪潮。
