东芝 ( Toshiba )近日发布新闻稿宣布，关于目前已在四日市工厂厂区内兴建的3D架构NAND型快闪存储器 (Flash Memory)专用厂房“第6厂房”投资案，旗下子公司“东芝存储器”原先是计划在2017年度内(截至2018年3月底为止的会计年度)砸下1,950亿日元资金，用于导入“第6厂房”第1期工程所需的生产设备以及用于第2期工程的厂房兴建，不过因来自服务器、数据中心的3D NAND需求扩大，故TMC将在2017年度内加码投资1,100亿日元用于第1期工程的设备导入，也就是说2017年度内对“第6厂房”的投资金额将扩大至3,050亿日元。
东芝表示，关于西部数据(Western Digital)子公司SanDisk是否会参与上述追加的1,100亿日元投资计划，目前正向SanDisk提案、协议中。
“第6厂房”第1期工程预计于2018年夏天完工，第2期工程厂房预计于2017年9月动工、2018年年末完工。关于具体的产能、生产计划，将于今后视市场动向决定。
另外，东京证券交易所11日宣布，自10月12日起将东芝从审查能否持续维持上市的“警示股”及“监察个股”名单中解除。
此前东芝6月28日宣布，已携手SanDisk研发出全球首款采用堆叠96层制程技术的3D NAND Flash产品，且已完成试作、确认基本动作。该款堆叠96层的3D NAND试作品为256Gb(32GB)、采用3bit/cell(TLC：Triple Level Cel)技术的产品。
64层堆叠是3D NAND的“甜蜜点”？
除了东芝、西部数据以外，包括三星、美光也在积极研发3D NAND Flash产品，大多数的产品都是采用64层堆叠。因为64层堆叠的3D NAND正跨越较平面NAND更具成本效益的门槛。西部数据存储器技术执行副总裁Siva Sivaram此前接受采访。
他说，15nm 2D NAND“极其仰赖”微影技术。“而当你采用开始制造3D NAND，线距会变得较宽松，就不会像15nm那样仰赖微影技术了。”
然而，以所需要的新工具以及制造技术的观点来看，3D NAND仍十分昂贵。Sivaram表示，64层恰好位于获得更多位元以平衡成本增加的交叉点。“但即使是64层，每单元3位元是基本要求，”他说，“只要恰当地以每单元3位元打造，就会比其他架构更便宜。”
Objective Analysis首席分析师Jim Handy表示，3D NAND的下一步可能就是字串堆叠(string stacking)。这是指将单独的3D NAND元件彼此层层堆叠在一起，而无论它是32、48或64层，均共同打造96或128层的堆叠。他说，“理论上，它可能需要64层的倍数，但目前还不知道能达到什么程度。”
Handy说，随着堆叠的层数增加，深宽比也是如此，因而使得准确蚀刻通孔变得更加困难。Sivaram说：“此外，还有其他的问题，但深宽比的问题才真正令人烦恼。”
String stacking技术则可实现一连串深宽比为60的通孔，取代单个120或240深宽比的通孔。“每个人都想知道的是何时才具有足够的经济效益，得以从3D NAND过渡到其他替代技术。”
层数增加的速度也比预期的更快。“尤其是低层数元件无法符合成本目标的事实，让层数增加速度更快。3D NAND的重点就在于它应该比平面更便宜，而较低层数的元件则否。”
Handy预测，大约要到2018年中期，3D NAND才能真正达到成本和量产目标。“多年来，我们一直这么认为。但3D NAND仍然未能实现其成本目标，也还不足以进行量产。预计还得等到更有利可图才行。”
3D NAND微缩极限近了吗？
在今年的快闪存储器高峰会(Flash Memory Summit)上，三星(Samsung)宣布开发1Tb 3D NAND，并将用于明年推出的商用产品中。不过，我想知道4Tb 3D NAND何时将会出现在市场上。
根据来自三星与东芝(Toshiba)的消息，64层TLC 512Gb 3D NAND芯片尺寸约为130平方毫米。而假设以串列堆叠64层的条件下，我认为，为了建置4Tb NAND芯片：
需要8串64层串列堆叠，才能实现容量达4Gb的芯片(512Gb×8=4G)；
总层数在130平方毫米的芯片尺寸上达到512层；
处理1个芯片大约需要1年的时间，存储器逻辑则需要5周的处理时间；再将建置一个64层存储器单元需的5-6周时间乘以8倍(8串64层的堆叠)。因此，处理一个512层的芯片将会需要45-53周的时间。
如果这种简单的估算方法正确的话，那么实际上就不可能实现4Tb NAND芯片了。如果考虑采用四位元单元(QLC)以取代三位元单元(TLC)，那么充其量最多也只能改善25%。因此，QLC 4Tb 3D NAND需要410层，以及大约9个月的晶圆处理时间。
那么16Tb 3D NAND呢？它应该会需要2,048层，以及大约4年的晶圆处理时间。
过去几十年来，NAND在摩尔定律的原则下实现了显著的成长。当摩尔定律逐渐迈向尾声，而平面NAND开始过渡至3D NAND时，许多人预期3D NAND将以垂直方向持续扩展其存储器微缩。然而，3D NAND在64层时才能实现与平面NAND相当的价格。因此，3D NAND将开始与平面NAND展开价格竞争。而现在我认为期待4Tb NAND几乎是不可能的。
3D NAND的微缩极限似乎也变得显而易见了。那么，3D NAND将会很快地达到其生命周期的终点吗？我想可能不远了。
参考资料：
MoneyDj 2017-10-12
EEtimes 2017-07-05
EETtaiwan 2017-10-12
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