办公室里的老张盯着电脑上缓慢蠕动的进度条,想起十年前那块128GB固态硬盘花了他近半个月工资,如今他手机里的照片和视频都不止这个数。

存储芯片的竞赛就像一场没有终点的攀岩——每登上一层,看到的风景和要克服的挑战都截然不同。

当SK海力士在2016年左右开始将hynix 3d nand 36layer技术导入UFS 2.1和eMMC5.1产品中时,他们可能没完全想到这层“地基”对未来300层以上堆叠的重要性-2


01 平面墙困境

时间往回拨几年,那时候的闪存还是2D平面结构。技术玩家们拼命把晶体管做小,从120纳米一路缩到15纳米以下,每缩小一纳米都意味着存储密度增加和成本下降

但问题来了,当单元尺寸逼近14纳米极限时,量子隧穿效应开始捣乱——电子不再安分守己地待在浮动栅中,而是会偷偷溜走-3

这意味着数据保存不住,可靠性大打折扣。平面NAND这堵墙,撞上了。

那时候,高端智能手机刚刚开始尝试128GB存储,而一张高像素相机拍出的照片就需要大量空间。2D NAND的发展潜力基本耗尽,行业急切需要新思路-1

02 垂直转折

就在这个节骨眼上,3D NAND的概念开始从实验室走向工厂。嘿,你别说,这思路真有点意思——既然平面上没法再挤了,那就往上盖楼呗!

SK海力士在2014年研发出24层3D NAND芯片,紧接着,在2015年8月拿出了hynix 3d nand 36layer的128Gb TLC产品-1。这可不仅仅是层数增加了12层那么简单。

这种结构下,存储单元串被拉伸、折叠并以“U形”结构垂直竖立,每个微小单元都像一个微小的圆柱形结构-3。垂直堆叠的好处显而易见:工艺要求反而宽松了,单元尺寸可以做到30-50纳米,避开那些棘手的量子效应。

当时业内流传着一个比喻:把存储芯片比作城市建设,2D NAND是在有限的土地上拼命建平房,而3D NAND则是在同一块土地上盖高楼大厦。

03 抢占市场先机

SK海力士的动作很快。2016年,他们已经开始将hynix 3d nand 36layer技术用于企业级SSD和嵌入式产品中,UFS 2.1和eMMC5.1产品就是采用的第二代36层3D NAND,容量也能提高到128GB-2

记得当时有个朋友买了台新手机,炫耀说“我这是128GB的!”,那种得意劲儿跟现在拿着1TB手机的人差不多。

到了2016年11月,SK海力士又推出了48层256Gb TLC产品-1。这进展速度,按现在的话说就是“卷”起来了。但别忘了,36层产品才是SK海力士真正大规模量产的第一代成熟3D NAND

它承担着验证技术路线、稳定生产工艺、开拓市场的重任。哎,那时候谁要是拆开自己的手机或者固态硬盘,看到里面是3D NAND芯片,准得跟朋友吹嘘一番。

04 从消费到企业

技术成熟后,SK海力士开始向更高端的市场进军。在深圳召开的英特尔开发者论坛(IDF)上,他们展示了采用第二代36层3D NAND的服务器用NVMe固态硬盘-7

这款1TB NVMe固态硬盘支持PCIe 3.0 4通道,读写速度分别达到了1,800MB/s和770MB/s-7。放在当时,这速度简直像飞一样。

企业级市场对存储的需求完全不同——更看重稳定性、寿命和持续性能。SK海力士的36层3D NAND恰好在这个时间点提供了平衡成本与性能的解决方案。

据IHS的数据,2015-2020年间服务器硬盘出货量年增长率约5%,而固态硬盘则高达20.2%-7。SK海力士抓住了这波浪潮,他们的NVMe固态硬盘非常适合开放式云端服务器,有效帮助客户提升系统效能-7

05 攀登技术高峰

从36层起步,SK海力士的3D NAND技术开始快速向上堆叠。仅仅5个月后,他们就推出了72层256Gb TLC 3D NAND,生产效率和性能比48层产品分别高出30%和20%-1

行业平均每代3D NAND会增加30%至50%的层数,而每一代新芯片会增加10%至15%的晶圆成本,这使得NAND的每比特成本能够平均以每年约20%幅度降低-3

随着层数增加,SK海力士还引入了4D NAND的概念,将外围电路放在存储单元下方,节省了芯片空间-1。这种创新思维帮助他们一路突破96层、128层、176层,直到2022年推出238层512Gb TLC 4D NAND-1

如今,超过200层的TLC NAND产品已经逐渐成为主流-3。而就在2023年,SK海力士在ISSCC会议上展示了超过300层的3D NAND技术原型,实现了创纪录的194MB/s写入速度-10

06 新时代的存储挑战

随着AI时代的到来,存储需求发生了翻天覆地的变化。SK海力士2025年第三季财报显示,受AI带动,单季营业利益冲上11.4万亿韩元,年增62%,创历史新高-4

更惊人的是,他们的2026年全产品线产能已被客户抢订一空-4。AI服务器对HBM、DDR5与企业级SSD的需求暴增,HBM市场年复合增长率预计超过30%-4

面对这些挑战,SK海力士在技术上也持续创新。他们研发了误差注入技术来测试存储设备的可靠性,还使用设备内计量技术精确测量多层堆叠的3D-NAND结构-5-9

hynix 3d nand 36layer到300层以上堆叠,SK海力士走过的这条路不仅改变了存储芯片的物理结构,也重塑了数据存储的经济学和可能性。


公司厂房里,新一代300层3D NAND芯片正在测试,194MB/s的写入速度是七年前产品的数倍,而每比特成本却大幅降低-6

金俊镐2016年曾表示公司会“尽全力确保3D NAND的市场竞争力”-2,如今SK海力士控制着全球HBM市场一半以上的份额-8

存储技术的每一次层数突破,都像在数据世界里多建了一层楼,而我们每个人的数字生活,正是这些“楼层”里流动的灯火。