作为下一代4D NAND闪存产品研发计划的一部分，SK海力士近期成功研发了238层NAND闪存，堆叠层数创下业界高度之最。这款产品的研发难度不亚于将40亿栋238层高建筑塞进一角硬币大小的区域。
这些微型“摩天大楼”让我们能够在个人电脑、服务器、以及其它设备上存储我们所有的生活记忆和大量的工作资料。
本文回顾了SK海力士在NAND技术领域取得的突破性成就，以及获得的市场领先优势和创建的行业标准。
对高性能NAND的需求日益增长
对NAND的需求日益增长是SK海力士竭力满足客户需求的动力。价格的重要性一如既往，但近年来性能的重要性也与日俱增。
以数码相机为例：如今的数码相机像素都非常高，仅仅一张图片可能就需要一个能够存储大量数据的存储器。随着固态硬盘（SSD）的普及，消费者对快速读写速度的需求也在增加。
2010年初，2D NAND的微缩成为存储器技术领域迫切需要解决的瓶颈。然而，由于密度和先进工艺结构的限制，2D NAND技术已无法进一步微缩，因此3D NAND成为包括SK海力士在内所有制造商的关注焦点。
SK海力士的3D NAND研发之旅
3D NAND，顾名思义，是指存储单元的垂直堆叠。位密度随着堆层数的增加而提高，存储容量随之变大。
2014年11月，SK海力士成功研发出24层3D NAND芯片。随后，SK海力士在2015年8月研发出基于TLC（Triple Level Cell，三层单元）阵列技术的36层128 Gb 3D NAND，并于2016年11月推出48层256 Gb TLC。
仅5个月后，SK海力士推出了业内首款具有最高生产效率的72层256 Gb TLC 3D NAND，其生产效率和性能较之前推出的48层产品分别高出30%和20%，SK海力士也由此确立了在3D NAND闪存解决方案领域的商业竞争力。
鉴于NAND闪存在当前以人工智能、大数据和云存储为特色的新时代的重要性，上述成果无疑是一项非常重大的成就。
从3D NAND到4D NAND的突破
图1: 2D NAND到4D NAND的发展概念图
对于SK海力士来说，3D NAND创新和摆脱思维定势非常重要。这其中包括单元下外围（Peri Under Cell，PUC）技术的研发，这项技术将过去放置在存储单元旁侧的外围电路转移至存储单元下方，减少了芯片占用空间，4D NAND也应运而生。SK海力士4D NAND产品还采用了Sideway Source和先进的电荷捕获单元（Charge Trap Flash，CTF）两大核心技术，其中Sideway Source是一种以水平方式连接源级的技术，先进的CTF指将电荷存储在电荷捕获型闪存中。
2018年11月，SK海力士推出了业界首款基于CTF的96层512 Gb TLC 4D NAND，这也是公司NAND闪存业务的一个重大里程碑。
随后，SK海力士推出了全球首款128层 1Tb TLC 4D NAND，生产效率和成本效益分别提高了40%和60%，收益性大幅提升，适合应用于大容量移动存储解决方案和企业级固态硬盘(SSD)市场。
2020年12月，公司成功研发出业界最高层数的176层512Gb 4D NAND。在最近一次由知名移动设备和SSD制造商开展的质量评估调查中，SK海力士的128层和176层NAND产品均排名第一。
图2: SK海力士238层512Gb TLC 4D NAND
2022年8月，SK海力士成功研发并在美国圣克拉拉举行的2022闪存峰会（Flash Memory Summit 2022）上推出全球首款238层512Gb TLC 4D NAND。除了生产效率和数据传输速度显著提高外，238层 512Gb TLC 4D NAND闪存的数据读取功耗降低了21%，有助于实现ESG管理目标。
在研发人员的投入和不懈努力下，SK海力士的4D NAND技术现已成为业界公认的行业标准。
NAND 4D2.0：树立新标准
得益于PUC技术的使用，目前的4D NAND闪存产品缩小了芯片尺寸。虽然此举可以让每单位面积具备更高的密度，但缺点是堆叠技术可能会在未来达到极限。
图3: 崔正达SK海力士NAND闪存开发担当在2022闪存峰会上发表主题演讲
鉴于此，SK海力士计划使用Multi-Site Cells（MSC）作为核心技术来克服这一壁垒，再次彰显其领先业界同行的技术实力。通过使用微细加工技术将现有单元分成两个更小的单元来存储数据，在减少单元堆叠数量的同时，横向扩展了单元密度，这也是4D2.0技术概念的一项核心要素。这项颠覆性技术预计将成为新一代行业标准。
大胆的投资和远见是未来成功的关键
随着NAND市场的发展，SK海力士在研发和量产与传统NAND截然不同的全新NAND解决方案方面也是捷报频传，公司也由此确立起竞争优势。
作为公司长期研发投资计划的组成部分，SK海力士不仅专注于堆叠技术，而且注重技术创新和全新思维方式。通过优化单元排列方式，SK海力士正在不断提高产品性能，满足客户不断变化的需求。
随着NAND技术的进步，新的壁垒还将不断涌现，但SK海力士将始终致力于提供业界最佳产品，同时持续打破常规定式，提供推陈出新、与时俱进、具备差异化的技术。
