数据文件一个比一个大,硬盘空间永远告急,想体验一把疾速读写却对固态硬盘的价格望而却步——这大概是很多数码爱好者和普通用户共同的烦心事儿。

2023年6月,东京电子宣布开发出用于制造400层以上堆叠3D NAND闪存芯片的通孔蚀刻技术-1,而英特尔在这个领域其实早已布局多年。

现代固态硬盘里的秘密,就藏在这种层层叠叠的芯片技术中,而英特尔的3D NAND闪存技术正是解决这些痛点的关键之一-1


01 存储之困

固态硬盘的速度确实快得让人惊喜,可价格和容量一直都是让人心疼的问题。您瞅瞅,一块2.5英寸的硬盘能容纳芯片的空间本来就有限,想增加容量就得用更高容量的芯片,价格就水涨船高-1

市场上那些电子产品,从手机到数据中心,哪个不存储海量数据?传统平面NAND闪存已经接近扩展极限,微缩工艺到了瓶颈,存储单元之间的串扰问题越来越严重,可靠性和性能开始打折扣-9

到2024年,NAND闪存原厂之间的竞争主要集中在堆叠层数上,各厂家都突破了200层,纷纷瞄准更高的300层、400层,甚至放话要搞出1000层-8

02 立体思维

英特尔和镁光合资企业研发的3D NAND闪存技术,给行业带来了新思路-1。与传统的平面NAND不同,3D NAND创新地将内存颗粒像盖楼一样层层堆叠起来-1

哎呦喂,这招挺管用!通过垂直堆叠多层数据存储单元,这种技术在同样的“占地面积”内大幅增加了存储容量-1

英特尔在这条路上走得更远。早在2021年,他们就推出了基于浮栅技术的3D NAND固态盘,通过垂直浮栅单元设计提升了可靠性-7

03 层数竞赛

如今3D NAND堆叠层数不断刷新纪录。2025年,主流厂商已经开始推出超过300层堆叠的3D NAND闪存芯片-3

铠侠更是宣布计划到2031年批量生产超过1000层的3D NAND闪存芯片-8。这可不是简单的数字游戏,每增加一层都意味着技术难度的几何级增长。

英特尔采用独特的浮栅技术,相比替换栅极技术,单位面积上可存放的存储单元更多,面密度最高可提升10%-7

04 技术深耕

英特尔把3D NAND固态盘主要瞄准高密度和高可靠性设计。作为行业内第一个为数据中心和客户端出货QLC PCIe NAND固态盘的公司,他们在2021年发布的D5-P5316产品堆叠层数已达144层-7

英特尔不仅在层数上下功夫,还独创了EDSFF形态,专门为高密度、高性能的服务器和数据中心设计-7

那种专门为服务器环境设计的“尺子”形状的SSD,就是英特尔的创新,让数据中心能在一个标准服务器内塞进更多的固态硬盘,大大提高了存储密度。

05 未来挑战

随着堆叠层数不断增加,技术挑战也越来越大。要在30微米厚的堆叠层中保持所有字线直径基本一致已经相当困难-3。蚀刻工艺成为主要瓶颈,因为需要在高深宽比的情况下蚀刻非常深的孔-8

英特尔通过其浮栅技术提供了一种解决方案。与电荷陷阱单元相比,英特尔的浮栅3D NAND单元之间是隔离的,电荷干扰较小,更适合大容量、高密度的应用-7

功耗和散热问题也日益突出。这么多层堆叠在一起,如何有效散热、控制功耗,成了工程师们需要解决的难题。

06 实用价值

这种层层堆叠的技术对我们普通用户意味着什么?最直接的好处就是固态硬盘的容量越来越大,价格却在逐渐亲民。英特尔通过3D NAND技术,提供了存储容量比同类NAND技术高出三倍的存储设备-1

早期采用英特尔3D NAND技术的固态硬盘主要面向企业用户,容量可达数TB-10。但长期来看,这种技术会拉低1-4TB容量固态硬盘的价格,对笔记本和平板电脑用户来说尤其重要-10

英特尔不仅在技术上创新,还在产品设计上考虑用户体验。他们的D5-P5316固态硬盘具有与TLC固态盘相当的PCIe 4.0读取带宽,在某些性能指标上甚至更胜一筹-7


技术维度平面NAND(2D)英特尔3D NAND优势对比
结构布局单层平面排布多层垂直堆叠密度提升明显
工艺瓶颈接近物理极限突破平面限制发展空间更大
成本控制制程微缩成本高堆叠层数增加成本可控长期成本更低
容量表现受限于单层密度144层已商用,向千层迈进容量提升显著
应用场景消费级为主消费级与企业级并重适用范围更广

07 前景展望

随着人工智能和大数据时代的到来,3D NAND闪存的需求更加迫切-9。未来几年,存储器行业将持续推动基于GAA架构的3D NAND闪存发展-3

英特尔在这方面的技术积累将继续发挥作用。从浮栅晶体管到电荷陷阱单元的转变,是行业发展的重要方向,而英特尔在这两个技术路径上都有深入布局-3

到2030年,堆叠层数预计将达到1000层,相当于约100 Gbit/mm²的存储容量-3。这种增长不仅需要技术创新,还需要制造工艺的全面提升。

网友提问:想了解一下,3D NAND和普通固态硬盘用的闪存到底有啥不一样?

这问题问到点子上了!简单说,普通固态硬盘用的是平面NAND闪存,就像在一层楼里尽量多摆桌子;而3D NAND则是盖高楼,在同样大小的地面上建起多层楼房,这样容量自然就大了不少-1

英特尔在这方面采用浮栅技术,使单元之间相互隔离,减少了电荷干扰,提高了数据可靠性,特别适合数据中心这种需要大容量、高可靠性的环境-7

而且3D NAND通过垂直堆叠技术,突破了传统平面NAND的物理限制,给存储密度和容量的提升开辟了新路径-9

网友提问:现在买固态硬盘,是不是一定要选3D NAND的?怎么判断?

哎呀,这个问题很实际!现在市场上新出的固态硬盘,很多都已经采用了3D NAND技术。判断方法其实挺简单的:一看产品参数说明,厂家通常会标明是否采用3D NAND技术;二看层数信息,如果有标明堆叠层数比如96层、144层等,那肯定是3D NAND;三看容量和价格比,同样价格下容量明显更大的,很可能就是采用了3D NAND技术。

英特尔在这方面很实在,他们的产品定位清晰,企业级产品如D5-P5316固态硬盘就明确标明了使用144层3D NAND技术,并详细列出了性能参数-7

对于普通消费者,如果预算允许,选择3D NAND技术的固态硬盘确实能获得更好的容量和性能体验。

网友提问:听说3D NAND堆叠层数会一直增加,有没有物理极限?

这个问题很有技术含量!从理论上讲,堆叠层数的增加确实面临物理和工艺上的挑战,但行业仍在不断突破这些限制。目前的主要瓶颈在于蚀刻工艺——需要在极高深宽比的情况下蚀刻非常深的孔,同时保持精度和均匀性-8

英特尔和行业伙伴正在探索各种解决方案,比如通过减小存储层之间的间距、优化蚀刻工艺等。行业预测到2030年可能实现1000层堆叠-3,但这需要材料和工艺的持续创新。

热管理也是一个重要问题,堆叠层数越多,散热挑战越大。未来的3D NAND技术将更加注重系统级的优化,而不仅仅是增加层数-2