三星电子计划最早在2026年生产至少400层单元垂直堆叠的NAND芯片，到2030年更要开发超过1000层的NAND芯片-10。存储行业正在经历一场悄无声息的建筑革命。
三星V-NAND只有24层时，就像深圳的国贸大厦成为了中国第一座摩天大楼-3。如今，300层以上的3D NAND已经成为行业标杆，而一场向1000层迈进的竞赛已在全球半导体巨头间展开-1。
现在你手里智能手机的存储空间，可能比十年前的台式电脑还要大，这背后就是3D NAND普及带来的直接变化。存储芯片从平房时代进入摩天大楼时代，彻底改变了我们存储数据的方式。
从二维平面到三维立体的转变绝非易事。半导体行业在十多年前从二维NAND过渡到三维NAND，主要是为了克服传统存储器尺寸缩减的限制-1。
过去的NAND闪存就像是建在同一平面的平房，想要扩大容量就得不断缩小单个存储单元的尺寸，但这种缩小有极限-7。
2D NAND从早期50+nm到19nm，最后发展到了16/15nm，每次制程的升级都将NAND存储密度提升到新的高度-3。
但是工艺越先进，NAND的氧化层越薄，可靠性也越差，厂商就需要采取额外的手段来弥补，但这又会提高成本-3。
3D NAND的创新思路是：既然横向扩展遇到瓶颈，那就往上盖楼！通过在垂直方向堆叠存储单元，实现在同样面积下容纳更多数据-7。
咱们可以用一个通俗比喻：2D NAND如同在一块有限的土地上建立数间平房，而3D NAND则像在同一块土地上盖起的楼房-7。
楼房的容积率远远高于平房，提供更多的“居住空间”，也就是更大的存储容量。32层、48层以及64层，就像是楼房的不同高度-7。
这项技术最早的概念由东芝在2007年提出，但真正将其实现商业化的是三星。2013年，三星推出了全球首款V-NAND闪存并投入量产-3。
说实话，当时三星的第一代V-NAND只有24层，但已经突破了平面技术的瓶颈-3。英特尔和美光的合资企业随后也研发出了自己的3D NAND技术-5。
2019年，3D NAND的渗透率为72.6%，已经远超2D NAND-3。如今从智能手机到数据中心，3D NAND几乎应用于电子市场的各个领域-1。
3D NAND通过把内存颗粒堆叠在一起来解决2D或者平面NAND闪存带来的限制，可支持在更小的空间内容纳更高存储容量，进而带来很大的成本节约和能耗降低-5。
层数越高，意味着在同样大小的芯片上能储存更多数据。打个比方，如果把数据比作居民，那么200层的3D NAND就像是一栋200层高的住宅楼，而传统的2D NAND只是平房区。
长江存储自研的晶栈（Xtacking）架构就是一项关键技术，它通过将存储单元和外围电路分别在两片晶圆上制造，然后通过金属垂直互联通道进行键合，大幅提升了存储密度和性能-8。
存储芯片的层数之战已经进入白热化阶段。美光宣布其232层NAND闪存芯片实现量产，这也是全球首款突破200层大关的固态存储芯片-3。
紧跟其后，SK海力士宣布成功研发了全球首款业界最高层数的238层NAND闪存-3。这家公司甚至计划在2029至2031年推出超过400层堆叠的NAND闪存-2。
三星电子计划最早在2026年生产至少400层单元垂直堆叠的垂直NAND-10。更令人震惊的是，三星的目标是到2030年开发超过1000层的NAND芯片-10。
3D NAND普及的速度甚至超出了行业预期，各大厂商现在不再仅仅是制造产品，而是在进行一场技术军备竞赛。
这些公司采用的方法各有特色：SK海力士使用4D架构，相比3D方式具有单元面积更小、生产效率更高的优点-3。
铠侠和西部数据则推动218层BiSC8 NAND加速在OEM厂商的导入-10。各家都有各家的技术工艺特色，但核心目标一致——在更小的空间存储更多数据。
未来的3D NAND芯片会是一条通往更多层的道路，挑战肯定存在，但我们还没有看到这条路的尽头-3。IMEC甚至认为，1000层的NAND闪存可能在10年内就会出现-3。
随着人工智能与大数据时代的到来，3D NAND闪存技术在存储密度、容量、成本和可靠性等方面面临新的要求与挑战-8。AI和边缘计算正在重新定义对NAND闪存的需求-6。
预计到2030年，3D NAND层数有望达到1000层，相当于约100 Gbit/mm²的存储容量-1。但这会带来技术上的巨大挑战。
要在30微米厚的堆叠层中保持字线直径基本一致已经够难了，而在如此小的空间内保持所有部件的均匀性，更是不断增加工艺的复杂性和成本-1。
Z轴间距缩小成为控制因存储层数增加而产生的成本的关键-1。简单说，就是要让每一层变得更薄，这样才能在有限的高度内容纳更多层。
说起来容易做起来难，若不进行优化，Z轴间距缩放会对存储单元的电性能产生负面影响-1。可能导致阈值电压降低、数据保持能力下降，甚至增加功耗-1。
imec等研究机构正在开发创新技术，如在相邻字线之间集成气隙，以降低存储单元之间的静电耦合-1。这些技术将使研究人员能够为未来几代3D NAND闪存解锁Z间距缩放-1。
3D NAND普及的最大受益者其实是普通消费者。随着技术的成熟和规模化生产，固态硬盘价格大幅下降，容量却成倍增长。
想想看，五年前512GB的固态硬盘还是高端配置，现在2TB的固态硬盘已经进入主流消费市场。这种变化离不开3D NAND技术的成熟和普及。
现在三星236层V8 TLC NAND产能放量增长，同时290层V9 TLC/QLC NAND开始量产-10。SK海力士扩大238层NAND在企业级SSD的应用-10。
随着存储原厂NAND制程相继迭代，200层以上NAND的供应增加，高密度NAND在市场应用中逐步取得进展-10。这直接导致存储设备价格下降，性能提升。
AI数据中心的兴起也为3D NAND开辟了新市场。为训练人工智能模型所需的大量数据提供了高效的存储方案-1。
NVIDIA的CEO黄仁勋强调，AI不仅仅是计算，还需要考虑整个基础设施，包括内存和存储系统-6。这为3D NAND创造了新的应用场景。
随着AI模型越来越大，训练数据越来越多，对高密度、高性能存储的需求也会持续增长。3D NAND正好能满足这一需求。
美光232层NAND闪存芯片量产的当天，公司数据中心存储副总裁Alvaro Toledo看着手中比指甲盖还小的芯片，却想着如何将层数推向300、400甚至1000层-3。
三星计划到2030年开发超过1000层的NAND芯片-10，铠侠预测3D NAND层数以每年1.33倍的增长率，到2027年将达到1000层的水平-10。存储芯片层数突破千层大关时，人类一年产生的数据量已经超过过去五千年的总和。那时固态硬盘容量可能以TB为单位已显得太小，PB级别的个人存储设备或将成为现实。
这个问题问到点子上了！层数增加确实能提高存储密度，但也不是没有代价的。实话实说，层数堆叠到一定程度后，就会面临物理极限和工程挑战。
首先，堆叠层数增加意味着制造工艺更复杂。要在30微米厚的堆叠层中保持所有部件的均匀性，可不是件容易事-1。层数越多，沉积和蚀刻工艺的要求就越高，良品率可能受影响。
随着存储单元被挤压得更近，单元间的干扰会增加。当字线层厚度减小，栅极对沟道的控制能力会减弱，可能导致不同单元之间的静电耦合-1。这会影响数据读取的准确性。
第三，可靠性问题确实存在。存储单元在垂直方向上的缩小可能导致横向电荷迁移——也就是存储的电荷会从氮化硅层中“溜走”，影响数据保持能力-1。
不过，厂商们已经想出各种办法来应对这些挑战。比如imec开发了在字线之间集成气隙的技术，能降低存储单元之间的静电耦合-1。还有CMOS键合阵列（CbA）技术，将底层逻辑从NAND阵列中分离，再重新集成到NAND阵列上-1。
所以简单回答是：层数增加有好处也有挑战，厂商们正在努力解决这些技术难题。
这个问题很实用！TLC和QLC指的是每个存储单元能存多少比特数据，而3D NAND是指存储单元如何排列（是平铺还是堆叠）。它们是两个不同的概念，但在现在的固态硬盘里常常结合在一起。
TLC是每个单元存储3比特数据，QLC是存储4比特数据-3。QLC能提供更高密度，意味着同样层数的3D NAND芯片，用QLC技术可以存储更多数据。
但有得必有失，QLC的写入速度和寿命通常比TLC低一些。QLC只能经受约1000次编程/擦写循环，而TLC是3000次-3。不过对于大多数普通用户来说，QLC的寿命已经足够了。
怎么选择呢？如果你是重度用户，经常写入大量数据，比如视频编辑、游戏直播，那么TLC可能更适合你。如果主要用来存电影、文档，偶尔玩玩普通游戏，QLC的性价比更高。
现在很多厂商的产品实际上是“混合”的，比如采用QLC技术，但通过更好的控制器和算法来弥补QLC的短板。长江存储的晶栈架构就是个好例子，它通过创新设计提升了性能和可靠性-8。
另外，3D NAND普及后，即使是QLC固态硬盘，性能也比早期的2D NAND TLC好得多。所以不必过分担心，关键是根据自己的使用需求和预算来选择。
当然可以！长江存储的晶栈（Xtacking）架构确实是中国在存储芯片领域的重要创新，它的设计思路和传统方法很不一样。
传统3D NAND是在同一片晶圆上同时制造存储单元和外围电路。而Xtasking架构则“兵分两路”：将存储单元和外围电路分别在两片晶圆上独立制造-8。
这样做有什么好处呢？首先，存储单元和外围电路可以分别优化工艺。存储单元追求高密度，外围电路追求高性能，分开制造能让各自使用最适合的工艺技术，不用互相妥协。
生产良率可能更高。如果一片晶圆上的存储单元有问题，另一片晶圆上的外围电路可能还能用，减少了整体浪费。
通过金属垂直互联通道键合两片晶圆，能实现更高的存储密度和更快的数据传输速度-8。长江存储从64层直接跳到128层3D NAND，很大程度上得益于这项技术-3。
说实话，Xtacking架构的出现，打破了国外厂商在3D NAND技术上的垄断。它不仅让长江存储快速缩小了与三星、美光的技术差距-3，也为全球存储市场带来了新的技术选择。
这项创新也体现了中国在半导体领域的技术进步。从2016年成立，到2018年实现量产，再到开发出创新的Xtacking架构，长江存储的发展速度令人印象深刻-3。
