目录

1. 1. 4D NAND 技术进展

2. 2. 321层 4D TLC NAND 参数

3. 3. 未来技术路线

关于 SKhynix

SK海力士半导体（SK Hynix）^[1]成立于1983年，是韩国的一家全球领先的半导体制造商。其前身为现代电子产业株式会社，经过多次重要的重组和收购，最终在2001年从现代集团分离出来，并更名为海力士半导体。公司在1996年正式在韩国上市，并于1999年收购了LG半导体，进一步扩大了其业务范围。

SK海力士的主要产品包括DRAM（动态随机存取存储器）、NAND闪存以及CMOS图像传感器等，这些产品广泛应用于电脑、移动设备、服务器和消费电子产品等领域。公司总部位于韩国，并在全球范围内设有多个生产基地，例如中国无锡的工厂是其最大的海外生产基地之一。

  4D-NAND 和3D-NAND之间差异？有哪些方面提高？

4D NAND 和 3D NAND 的主要差异在于数据存储层的结构和技术架构。

1. 1. 层数与堆叠方式：3D NAND 通常是垂直堆叠的单层或多层结构，而4D NAND 在此基础上增加了“横向”堆叠，形成更复杂的三维结构。

2. 2. 存储密度：4D NAND 提高了存储密度，使得每个芯片可以存储更多的数据，优化了空间利用率。

3. 3. 性能提升：4D NAND 在读写速度、耐久性和能效方面有显著提高，能够更好地满足高性能应用需求。

4. 4. 成本效益：由于更高的存储密度，4D NAND 在单位存储成本上通常更具竞争力。

整体而言，4D NAND 技术使得存储器在性能与效率上都得到了显著的提升。

图示了4D NAND技术的演进：

1. 1. 2018年：首个4D NAND开始，96层

2. 2. 2019年：最佳性能与质量，128层

3. 3. 2021年：最佳产能提升，176层

4. 4. 2023年：最佳效率，238层

从2018年到2023年的堆叠层数增加，最终达到30%的堆叠增长。同时外围单元面积减少30%。

SK海力士在176层4D NAND闪存技术上取得的突破性进展：

• • 产能爬坡速度：176层NAND的产能爬坡速度是业界最快的，比128层产品快2.5倍，远超96层产品。这意味着SK海力士能够更快地将新技术投入大规模生产。

生产效率：最快的产能爬坡速度意味着更高的生产效率和更快的市场响应能力。

• • 良率：达到"同类最佳"水平，表明生产过程的成熟度和稳定性很高。

• • 质量控制：不良品率低于10ppm（百万分之十），体现了极高的产品质量标准。

• • 技术领先：176层4D NAND的成功量产和快速爬坡，展示了SK海力士在高层堆叠NAND闪存技术上的领先地位。

238层4D NAND闪存技术的大规模生产和市场推广信息。主要要点如下：

• • 技术突破：展示了业界领先的238层4D NAND技术，包括512Gb和1Tb两种容量的TLC（三层单元）版本。

• • 生产进度：512Gb TLC已于2023年5月开始大规模生产，1Tb TLC计划于2023年第四季度推出。

• • 市场应用：该技术已经应用于多个领域，按时间顺序（2023）依次为移动设备（3月）、PC（4月）和数据中心（7月）。

图示移动存储封装技术的演进，重点强调了以下几个方面：

• • 尺寸缩小：从11.5 x 13 mm逐步减小到9 x 13 mm，实现了更紧凑的设计。

• • 容量提升：在相似尺寸下，存储容量从512GB提升到1TB，然后又回到512GB但采用了更先进的UFS4.0标准。

• • NAND技术进步：从128层NAND发展到176层，再到238层，表明NAND堆叠技术不断提升。

• • 厚度优化：最新的UFS4.0封装将厚度从1.0mm减少到0.8mm，实现了更薄的设计。

• • 结构保持：尽管尺寸缩小，但仍维持了2排结构，这有助于保持性能和可靠性。

• • 技术升级：从UFS3.1到UFS4.0，表明接口速度和效率也在提升。

图片右侧：

Stress Free Material（无应力材料）

Multi Overlay Correction（多重叠加校正）

Cost-effective 3-Plug Integration（成本效益高的3插头集成）

图示世界首创的321层4D NAND闪存技术的关键特性。该技术代表了NAND闪存领域的重大突破，具有以下几个核心优势：

• • 超高密度：321层结构实现了1Tb（1太比特）的TLC（三层单元）存储容量，大幅提升了单个芯片的存储密度。

• • 创新材料：采用无应力材料，有助于减少在高层堆叠过程中可能出现的物理应力问题，提高芯片的可靠性和耐用性。

• • 先进制造工艺：使用多重叠加校正技术，确保在复杂的多层结构中保持高精度的对准和一致性。

• • 成本效益：通过成本效益高的3插头集成设计，在提升性能的同时控制生产成本，使得高容量存储设备更具市场竞争力。

• • 结构优化：图中显示了从1-Plug到3-Plug的结构，暗示了该技术在垂直堆叠和互连方面的创新。

图示世界首款321层1Tb TLC 4D NAND闪存技术的重大突破。主要内容包括：

• • 技术先进性：这是全球首个321层1Tb TLC 4D NAND闪存，代表了NAND闪存技术的最新发展。

• • 生产计划：该技术已进入生产准备阶段，预计在2025年上半年实现量产。

• • 性能提升：相比前代产品，新技术在多个关键指标上都有显著提升：存储密度提高41%，意味着单位面积可存储更多数据。读取延迟减少13%，提高了数据访问速度。编程性能提升12%，加快了数据写入速度。读取功耗效率提高10%，降低了能耗。

• • 技术影响：这些改进将直接影响到固态硬盘（SSD）和其他使用NAND闪存的存储设备的性能和效率，为更高容量、更快速度和更低功耗的存储解决方案铺平道路。

多模态AI对数据存储需求的影响，特别是对SSD的性能和容量要求的提升。

• • 多模态AI的数据需求：图片展示了多模态AI处理多种类型的数据，包括文本、图像、语音、视频和音频等，这需要更高的存储性能。

• • 存储需求变化：随着AI技术的发展，对SSD和移动设备存储的要求也在增加，既需要更快的性能，也需要更大的容量。

• • 数据增长趋势：图表清晰地展示了从2020年到2030年，AI使用的数据量将呈指数级增长，特别是合成数据的比例将大幅上升。

• • 未来展望：到2030年，AI使用的数据中，合成数据将占据主导地位，远超真实数据的比例。这表明AI不仅会消耗大量数据，还会生成更多的数据。

图示SK hynix在开发超越4比特NAND闪存技术方面的创新。主要内容包括：

• • 技术目标：实现超越4比特的存储密度，同时保持与3比特NAND相当的写入速度。

• • 创新结构：引入了多站点单元（Multi Site Cell）设计，包括分离的电荷陷阱层（CTF）和共享比特线。

• • 性能提升：通过使用2.5比特6级的结构，能够达到5比特NAND的存储容量，同时保持3比特NAND的写入速度。

• • 对比说明：展示了常规单元结构与新型多站点单元结构的差异，以及5比特NAND在写入时间上的显著改进。

• • 技术突破：通过创新的单元设计和编程方法，成功克服了高比特NAND闪存在写入速度上的瓶颈。

图示4D NAND闪存技术的发展路线图，清晰地呈现了从96层到321层及以上的技术演进过程。图片传达了以下关键信息：

• • 技术进步：4D NAND技术从96层开始，经历了多个层数的增加，目前已达到321层，并预示着未来将继续向更高层数发展。

• • 两个发展阶段：图片将4D NAND技术分为4D^1.0和4D^2.0两个阶段，表明技术将从演进型向革命性转变。

• • 创新方向：未来的4D NAND技术将在两个方面进行创新：

• a) 更多比特-站点单元：这意味着每个存储单元可以存储更多数据，提高存储密度。

• b) 横向扩展-共享位线：这种技术可以优化芯片结构，提高效率和性能。

• • 持续创新：副标题强调4D NAND路线图将通过持续创新来推动技术发展，表明这是一个动态和不断evolve的过程。

总结

1. 1. SK海力士公司推出了行业领先的4D NAND技术，目前达到321层。

2. 2. 公司成功实现了连续四代产品的量产，并且已经进入了第五代产品。

3. 3. 公司的产品线涵盖了移动设备、固态硬盘、游戏和汽车等多个应用领域。

引用链接

[1] SK海力士半导体（SK Hynix）: https://metaso.cn/s/8PUu6p6

---【本文完】---

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PPT取自 SKhynix NAND执行副总裁 Jungdal Choi，在FMS-2023闪存峰会上的汇报材料。

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