买固态硬盘时,参数表上那些关于堆叠层数的数字,正悄然决定着你手中设备的性能与寿命。

你有没有琢磨过,为什么这几年手机容量越来越大,固态硬盘价格越来越亲民?说来你可能不信,这背后藏着一场从平面到立体、从简单堆叠到精密架构的存储技术革命。

128层3D NAND工艺研发,恰恰是这场革命的一个关键分水岭。


01 为何卡在128层?技术拐点上的抉择

你可能会问,不就是往高处堆吗,有什么难的?

说实话,早期的3D NAND研发确实有点像搭积木,但到了128层这个门槛,事情就变得复杂起来了。这里头有个技术上的关键转变:从单纯追求堆叠高度,转向优化整体架构效率

在128层之前,三星凭借其超高纵横比孔蚀刻技术,一直在工艺上领跑-3。他们的思路很直接——把存储单元一层层摞起来,就像盖楼一样。

但楼盖得越高,基础就要越牢靠,否则就会摇晃甚至倒塌。在3D NANND领域,这个“基础”就是外围电路和存储单元之间的连接效率。

有趣的是,虽然三星在128层工艺上仍保持着最小的字线间距,但在芯片尺寸上却不占优势-3。这透露了一个重要信息:单纯追求层数增加并不总能带来最佳的成本效益。

02 中国方案的破局,架构创新的胜利

就在国际巨头沿着老路继续攀登层数高峰时,长江存储带来了不一样的思路。

他们搞出了一个叫 “晶栈”的技术,把存储阵列和外围电路分开制造,然后再键合在一起-2。这招看似简单,实则高明。就像是先把楼房的主体结构和水电管道系统分别做好,再精准对接,大大提升了生产效率和芯片性能。

特别值得一提的是,长江存储从64层就开始应用这一技术,到了128层时已经相当成熟-3。这种架构创新的优势在后续发展中愈发明显。

当其他厂商还在为如何在单一芯片上堆叠更多层而苦恼时,长江存储通过优化阵列与外围电路的连接方式,不仅缩小了芯片尺寸,还提高了整体性能。

03 研发中的真实挑战,不只是堆叠游戏

说到128层3D NAND工艺研发,外行看热闹,内行看的全是挑战。你以为就是把存储单元往垂直方向多堆几层?哪有那么简单!

随着层数增加,制造过程中的深孔蚀刻就成了一大难题。想象一下,要在比头发丝还细的硅柱上精准打出数百层楼高的“电梯井”,而且每层“楼板”的厚度还要均匀一致,这技术要求可不是一般的高。

另一个棘手问题是电荷干扰。存储单元挨得越近,彼此间的电场干扰就越严重-7。这会导致数据存储不稳定,就像在嘈杂的房间里很难听清对方说话一样。

研发团队不得不开发新的绝缘材料和结构设计,在微小空间内做好“隔音”措施。

还有一个常被忽视但至关重要的问题——散热。存储单元密度大幅提高后,工作时的热量聚集也更加明显。如果散热不好,不仅影响性能,还会缩短芯片寿命。

这些看似专业的技术挑战,最终都会影响到我们手中设备的稳定性和耐用性。

04 未来竞争格局,超越层数的新赛道

随着三星宣布将在2026年量产超过400层的V10 NAND,很多人可能认为存储产业的竞争就是简单的“层数竞赛”-1。但实际情况要复杂得多。

未来存储技术的竞争已经从单纯的“堆叠竞赛”转向多维度的架构、材料和功耗创新-4

一个值得关注的趋势是低功耗技术的突破。三星最近公布了一种基于铁电场效应晶体管的新型3D NAND架构,据说能降低能耗96%-4。虽然这项技术还在实验室阶段,但它指明了未来方向——在提高存储密度的同时,必须控制能耗增长

另一个发展趋势是存算一体技术的兴起。未来的存储芯片可能不再只是被动保存数据的地方,而是能主动处理数据的智能单元-5。这种转变对3D NAND架构提出了全新要求,也为后来者提供了弯道超车的机会。

128层3D NAND工艺研发更像是一个技术转折点,它标志着行业开始从简单的垂直扩展,转向更复杂的架构优化和材料创新。


就在全球存储巨头竞相攀登更高堆叠层数的同时,长江存储已在232层产品中实现了15.03 Gb/mm²的位密度,这一数字超过了同期三星、SK海力士和美光的竞品-3。存储技术的竞赛,早已不再是简单的数字游戏。

网友互动问答

网友“科技观察者”提问: 我注意到三星的128层工艺用的是“超高纵横比孔蚀刻”,而长江存储用的是“晶栈”架构,这两种技术路径的根本区别是什么?未来哪种更有优势?

这是一个非常专业的问题!简单来说,三星的路径更像“一体化施工”,而长江存储的路径则是“模块化组装”

三星的超高纵横比孔蚀刻技术要求在一个硅晶圆上同时完成存储阵列和外围电路的所有工序,就像在一栋楼里同时进行结构施工和室内装修-3。这样做的好处是工艺连贯,但挑战在于,随着层数增加,蚀刻的深度和精度要求呈指数级增长。

长江存储的“晶栈”架构则另辟蹊径,它将存储阵列和外围电路分开制造,就像先分别建造楼房主体和预制水电模块,然后再进行精准对接-2。这种方法大大降低了工艺复杂度,提高了生产良率。

未来哪种技术更有优势?很可能是融合创新的路线。事实上,三星在176层产品中也开始采用类似的外围单元方法-3,而长江存储则继续优化其晶栈架构。未来的竞争可能不再是单一技术路线的较量,而是谁能更好地结合不同技术的优势,实现密度、性能和成本的最佳平衡。

网友“存储爱好者”提问: 作为消费者,128层或更高层数的3D NAND技术对我们购买存储产品有什么实际影响?是不是层数越高就越好?

这个问题很实际!作为消费者,你不需要过分关注技术细节,但了解一些基本原理能帮你做出更明智的选择。

层数增加最直接的益处是存储密度提高,这意味着同样大小的芯片能存储更多数据-7。反映到产品上,就是同样价格的固态硬盘容量变大了,或者同样容量的设备体积更小巧了。

但层数不是唯一的考量因素。芯片的架构设计、接口速度和控制器性能同样重要。一个优化良好的128层产品,在实际使用中可能比设计平庸的更高层数产品表现更好。

另外,可靠性和耐久性也是关键指标。层数增加可能带来散热和稳定性的挑战-7。一些厂商为了追求更高层数,可能在可靠性和成本之间做了权衡。

给你的实用建议是:不要单纯比较层数数字,而应关注产品的实际性能测试、用户评价和品牌口碑。对于大多数用户来说,主流厂商的128层或更高层数产品已经能提供优异的性能和可靠性,满足日常使用和专业需求。

网友“行业分析师”提问: 我看到有研究提到3D NAND的“Z间距缩放”技术,这是什么概念?它和增加层数是什么关系?这对未来技术发展有什么意义?

你提到了一个非常核心的技术概念!Z间距缩放指的是在垂直方向缩小存储层之间的间隔,而不一定是增加更多的层数-7

打个比方,传统增加层数的方式就像在固定高度的书架上增加更多隔板,而Z间距缩放则是把这些隔板本身做薄,这样在同样的高度内就能容纳更多隔板。这项技术对于控制3D NAND成本至关重要,因为它允许制造商在不显著增加堆叠高度的情况下提高存储密度-7

Z间距缩放也带来了新的技术挑战。层间距离缩小会增加存储单元之间的电荷干扰,可能导致数据错误-7。为了解决这个问题,研究机构正在开发创新方案,比如在字线之间集成气隙,利用其低介电常数减少静电耦合-7

未来,Z间距缩放和层数增加可能会并行发展,共同推动存储密度的提升。但更重要的是,这表明3D NAND技术的发展已经进入了精细化、多维度的新阶段,单纯比拼层数高度的时代正在过去,综合考量密度、性能、功耗和成本的多目标优化将成为技术竞争的新焦点-4