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理想丰满现实骨感,未达预期的3D V-NAND技术
  • 2014-12-17 15:50:08
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:王诚
  • 作者:
【电脑报在线】去年三星率先发布的3D V-NAND技术,所有相关介绍都说其可以使SSD实现更高的存储密度、写入速度、更低的功耗以及更高的稳定性,让大家对其抱有很高的期望。

生产难度增加,导致容量、价格表现不尽如人意

        一般来说,新技术刚刚出现的时候,由于生产工艺的变化,在良品率上很可能会遭遇一些问题,在首批上市的新产品上不得不做出一些妥协,3D V-NAND也不例外。比起传统的2D平面闪存,3D V-NAND闪存的制造工艺要复杂得多。因为要让多层闪存芯片堆叠起来,需要经过蚀刻出各种不同的层、为氮化硅圆柱通道蚀刻孔洞、分割字线的开槽、下达字线的穿孔等复杂的工序。据三星统计,光是芯片穿孔,一颗芯片上需要弄出25亿个蚀刻孔洞,要完成这样巨大的蚀刻工作量,厂家必须对生产线和生产工艺进行复杂的调整。

        正是32层层叠的3D V-NAND制造过程相当复杂,三星不得不使用略显“古老”的40nm制程来提升良品率。与现在主流闪存芯片上普遍使用的19nm/21nm/25nm制程相比,40nm工艺的产品在集成度上可不止是相差一倍,而是差4倍!事实上,三星不仅降低了制程,还将3D V-NAND存储单元的密度降低了一倍。

        以上的妥协,极大地影响了3D V-NAND存储单元的密度,所以在采用3D V-NAND的新款850PRO上,其使用的闪存芯片单颗容量比840PRO仅提升了一倍,从64GB提升到了128GB,而850EVO在单颗闪存容量依然为128GB,不大的进化,让不少人大失所望。

        另一方面,低价一直是3D V-NAND的亮点之一,从理论上来看闪存芯片存储密度增加之后,可以简化整个SSD的结构,那容量单价自然就下来了。但是具体到目前的3D V-NAND来说,存储密度未增加,而且制造过程反而复杂了,因此使用3D V-NAND的新款SSD价格反而上涨了20%左右。当然,850系列的价格上涨还有其市场原因,毕竟目前只有三星一家推出了搭载3DV-NAND的SSD,其他厂家还没跟上。当新产品刚上市,为了给以后产品降价留下一定空间时,在这种情况下,初始期间高定价也是必然的事。

 

寿命增长最令人惊喜

        SSD的寿命是大家一致很担心的问题,为什么SSD有寿命的限制呢?这还要从SSD采用的传统浮栅极晶体管说起。浮栅极晶体管依靠电子穿过隧穿氧化层来记录数据,从而实现存储的目的。但电子每一次穿越氧化层,都会给这层二氧化硅绝缘层带来损害,这就叫隧穿效应。当多次改写数据之后,电子隧穿就可能导致绝缘氧化层彻底损坏,这个存储单元就彻底损坏了。知道这一原理,也就可以知道为什么随着制程的进化,SSD的读写寿命反而缩短了,因为随着制程进化,这层氧化层的面积小了,这样电子隧穿集中在有限面积内,这自然会导致隧穿效应危害加剧,寿命进一步缩短了。


传统浮栅极MOSFET隧穿效应容易造成氧化绝缘层损坏


3D V-NAND通过改变氧化层材料和接触面积延长SSD寿命

 

        而在3D V-NAND中,闪存芯片的结构发生了变化,不仅用氮化硅取代原有的二氧化硅作为绝缘层,减少隧穿效应的影响。同时用绝缘层包围着通讯通道,这样,绝缘层与通讯通道之间的接触面积也就相应增加了,如此一来,隧穿对绝缘层的损坏分布在不同的地方,很难造成局部击穿,导致存储结构损坏。这也就是三星宣传3D V-NAND可以延寿十倍的原因。

        当然,寿命的提升,很难用实际的测试来进行体现,但从850PRO系列的质保期从五年延长到十年,850EVO系列的质保期从三年延长到五年可以看出,三星对于这一技术提升寿命有很大的信心。在这点上,3D V-NAND让我们感到满意。

 

本文出自2014-12-22出版的《电脑报》2014年第50期 E.硬件DIY
(网站编辑:pcw2013)


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