手机存储总是不够用，新买的固态硬盘没两年就感觉容量吃紧，咱们今天就来掰扯掰扯，那些闪存芯片里一层层堆起来的秘密。
当你在选购手机或固态硬盘时，可能常会看到“3D NAND闪存”这个术语。简单说，这就像是把存储单元从平房改建成摩天大楼的技术飞跃。
早年的平面NAND闪存单元采用水平晶体管结构，随着技术进步，单元尺寸从120纳米缩小到十几纳米节点，容量增加了100倍-1。但当尺寸逼近14纳米的物理极限时，这条路就走不通了-1。
于是存储厂商纷纷转向3D NAND，将存储单元串拉伸、折叠，以 “U形”结构垂直竖立，通过堆叠更多层数来实现密度突破-1。
从平面到立体的转变不是一蹴而就的。早期的平面NAND遇到瓶颈后，三星、美光、铠侠等厂商开始探索垂直堆叠的可能。
在3D NAND结构中，字线（Word Line）数量就是层数。想象一下，在这些字线层上切出一个垂直柱，柱子与每条字线的交点就代表一个物理存储单元-1。
每个微小单元由中间的垂直通道和结构内部的电荷层组成，通过施加电压，电子可以进出绝缘电荷存储膜，然后被读取-1。
这种结构改变带来了制造工艺的根本转变：从以光刻为主导的平面缩微技术，转向以刻蚀为核心的三维集成技术-4。
当前，超过200层的TLC NAND产品已逐渐成为主流-1。在这个竞赛中，192层3D NAND闪存代表着一个重要的技术节点。
像Solidigm就有144层/192层的产品线-1。中国台湾的旺宏电子也已发展至192层技术，采用96+96层堆叠架构，可提供512Gb至1Tb容量-3。
但你知道吗？层数并不是衡量3D NAND性能的唯一指标。这里有个关键概念：垂直单元效率。
垂直单元效率是衡量NAND单元工艺、设计、集成和设备操作的重要指标-1。它可以用总栅极中活跃单元的比例来定义。
举个例子，一个NAND串如果包含96个活跃字线和总计115个栅极，那么VCE就是83.5%-1。这个数值越高，工艺集成度越高，纵横比越低，整体效率也就越高-1。
Techinsights的研究发现，在多代3D NAND产品中，三星始终以最高的垂直单元效率领跑行业-1。
他们的236层2nd COP V-NAND的VCE达到了94.8%-1。相比之下，192层3D NAND闪存虽然在绝对层数上不及最新的200+层产品，但通过优化垂直单元效率，仍能在性能与成本间找到最佳平衡点。
随着堆叠层数不断增加，技术挑战也愈发严峻。当堆叠高度超过13微米，存储孔的直径仅为0.15微米时，纵横比会超过43-9。
高纵横比意味着要在非常深的孔洞中进行蚀刻和填充，这就像要在细长吸管的底部进行精密绘画。
更棘手的是，随着字线层厚度减小，相邻存储单元之间的电干扰会增加-9。这会导致阈值电压降低、数据保持能力下降，甚至需要更高的编程和擦除电压-7。
为了解决这些问题，imec开发了两项关键技术：气隙集成与电荷陷阱层分离-6。美光公司也在其第九代3D NAND中采用了类似的气隙绝缘和局部氮化膜技术-9。
气隙的介电常数低于栅极间介质，能降低存储单元之间的静电耦合-7。imec在2025年IEEE国际存储器研讨会上提出了一种独特的集成方案，能够精确控制字线之间的气隙位置-7。
电荷陷阱层分离技术则是通过将氮化硅层限制在单元晶体管的栅极朝向部分，抑制上下相邻单元之间的干扰-9。
继续增加层数的策略虽然保持不变，但技术挑战正变得更加艰巨-9。未来，提升3D NAND闪存密度的 “更高堆叠”原则将变得越来越困难-9。
一种可能的解决方案是将存储原理从“电荷陷阱”改为“铁电极化”-9。铁电薄膜的极化方向可以与高低逻辑值相匹配，反转极化所需的电压明显低于传统NAND闪存-9。
这种改变能显著降低绝缘击穿的风险-9。与此同时，晶圆键合技术也越来越受到重视。通过分别制造CMOS外围电路晶圆和存储单元阵列晶圆，然后将它们键合在一起，可以优化外围电路和存储单元阵列的性能-9。
192层3D NAND闪存及其后续技术已经广泛应用于多个领域。在消费电子领域，它是智能手机和平板电脑的核心存储组件-2。
在数据中心与云计算领域，3D NAND技术通过提高存储密度和性能，加速了AI引擎和大数据分析等数据密集型工作负载的处理-2。
汽车电子领域对3D NAND闪存的需求也在快速增长，主要应用于自动驾驶辅助系统和车载信息娱乐系统-2。
随着AI的普及，NAND Flash中长期需求看增-8。铠侠计划在2026年开始生产332层NAND Flash，每单位面积的存储容量将提升59%-8。
层数竞赛还在继续，铠侠已瞄准2026年生产332层产品，长江存储也宣布突破200层技术-2。美光则在研究用铁电薄膜替代传统氮氧化物薄膜，以应对介质击穿风险-9。
这场存储技术竞赛就像攀登无限长的螺旋楼梯，停下来不是一种选择-9。而在攀登过程中，192层3D NAND闪存已经证明了自己的价值。它可能不是最高的那座楼，但绝对是设计精良、居住舒适的那一栋。
网友“数据搬运工”提问： 我是个视频剪辑师，经常需要处理大文件。想请教一下，现在市面上一些高端固态硬盘标称的200层以上3D NAND，在实际使用中真的比之前192层的产品快很多吗？值不值得为此多花钱？
答：这位朋友的问题很实际啊！作为经常和大文件打交道的视频剪辑师，你的担忧我特别理解。从纯技术角度讲，200层以上对比192层产品，理论上的确会有性能提升，但这不完全是层数的功劳。
举个例子，美光第九代3D NAND有276层，比上代232层只增加19%，但存储密度却提高了40%-9。这说明厂商们不只是“堆层数”，更多是通过优化单元排列、减少虚拟柱、改进电路设计来提升效率-9。
这些改进反映在实际使用中，可能就是文件传输速度的提升和加载大型项目更顺畅。对于你的工作，如果经常处理4K/8K素材，更高性能的SSD肯定能节省宝贵时间。
但值不值得多花钱，得看具体需求。如果你现在的192层SSD已经够用，升级边际效益可能有限。但如果正好需要扩容或电脑整体升级，直接选择最新技术产品当然是明智的，毕竟技术进步也带来了更好的能效和可靠性。
网友“科技好奇猫”提问： 看了文章，对“垂直单元效率”这个概念很感兴趣。能不能再通俗点解释，为什么这个指标比单纯看层数更重要？对我们普通消费者选购存储产品有什么实际指导意义？
答：哈哈，“科技好奇猫”这名字起得好！咱们就用个简单比喻：想象有两栋公寓楼，一栋有200个房间但设计不合理走廊弯弯绕绕；另一栋只有180个房间但布局精巧，电梯直达。你说哪栋实际居住体验更好？
垂直单元效率就像是这栋楼的“设计精巧度”。它衡量的是在总栅极中，实际用来存数据的活跃单元所占比例-1。比如三星236层产品的VCE达到94.8%，意味着几乎每个栅极都在有效工作-1。
这对我们消费者的指导意义很直接：别只看广告上的“200层”、“300层”数字。就像买车不能只看发动机排量一样，存储产品不能只看层数。高VCE意味着在相同层数下能存更多数据，或者相同容量下芯片更小、成本更低。
选购时，可以多关注具体性能参数——读写速度、TBW（总写入数据量）、能效比。这些往往比单纯的层数更能反映产品的实际水准。毕竟，我们买的是好用靠谱的存储设备，不是层数收集器。
网友“未来观察家”提问： 文章最后提到未来可能用“铁电极化”替代现在的“电荷陷阱”技术，这会不会是3D NAND的一次革命性变化？大概什么时候我们能在市面上见到这类产品？
答：“未来观察家”看得真远！这个问题触及了存储技术的根本。从“电荷陷阱”到“铁电极化”的转变，确实可能是一次重要演进，但说是“革命”还为时尚早，更像是技术路线的关键转折。
目前的主流3D NAND使用电荷陷阱单元，电子被捕获在氮化硅层中-7。而铁电材料则通过极化方向来存储数据-9。这种改变的最大好处是降低工作电压，减少绝缘击穿风险-9。
至于何时能见到这类产品，业界还没有明确时间表。美光在技术路线图中提到这一可能性-9，但新技术从实验室到量产需要克服许多挑战：材料稳定性、制造成本、与现有技术的兼容性等。
考虑到目前3D NAND仍在沿着既定路线发展（铠侠计划2026年生产332层产品-8），铁电NAND可能还需要几年时间才会进入市场。不过存储技术发展很快，也许当我们还在讨论192层产品时，下一代技术已经在实验室里悄然成熟。
