3D閃存是如何記錄數(shù)據(jù)的:
3D閃存具體到不同閃存原廠會(huì)有不同的商品名,例如BiCS就是東芝提出的3D閃存構(gòu)型。閃存的垂直堆疊并不如大家想象中簡(jiǎn)單,涉及工藝的方方面面,目前國(guó)產(chǎn)連平面閃存都造不好,3D閃存也只是提出了24層堆疊的構(gòu)想,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外水平。
3D閃存將原本平面排列的記憶單元改為垂直方向,不同層面之間通過(guò)穿孔聯(lián)系起來(lái),它的運(yùn)作方式與傳統(tǒng)2D平面閃存有著本質(zhì)的不同,各閃存原廠在轉(zhuǎn)型3D的過(guò)程中歷盡艱辛,成本居高不下。
熟悉2D閃存結(jié)構(gòu)的朋友知道要一定一個(gè)閃存記憶單元,需要有Bit Line(位線)和Word Line(字線)二者配合,而在3D閃存當(dāng)中還需要再多出一個(gè)Select Gate(選擇門(mén)),三者共同組合才能確立一個(gè)特定目標(biāo)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。
通過(guò)施加不同的電壓,閃存記憶單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生改變。不斷改變Word Line(字線)就能在不同Page(頁(yè))之間進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入。
不同閃存記錄單元陣列之間,需要通過(guò)選擇門(mén)進(jìn)行切換尋址。在立體結(jié)構(gòu)中通過(guò)3個(gè)參數(shù)確立一個(gè)特定目標(biāo),這一點(diǎn)跟英特爾提出的3D XPoint比較相似,但3D閃存是以降成本為目標(biāo),3D XPoint則是漲成本求性能。
具體到一個(gè)特定閃存記錄單元中,可以看到它的獨(dú)特圓柱形結(jié)構(gòu):
圓柱體的中心是核心硅晶體,實(shí)質(zhì)記錄數(shù)據(jù)的是藍(lán)色所示的一圈Charge Trap Layer(電荷捕獲層)。閃存是通過(guò)電位狀態(tài)來(lái)記錄數(shù)據(jù),Charge Trap Layer正是存儲(chǔ)電荷表達(dá)電位的核心所在。根據(jù)閃存類(lèi)型的不同,可能會(huì)有MLC、TLC和QLC多種不同形式,分別需要表達(dá)4種、8種和16種電位狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)2bit、3bit、4bit數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
3D閃存是如何從晶圓變成顆粒的:
閃存芯片和CPU一樣,都是通過(guò)光刻技術(shù)生產(chǎn),經(jīng)過(guò)切割后每個(gè)晶圓上有大量的小芯片。原廠會(huì)通過(guò)獨(dú)有的工藝去檢測(cè)這些芯片的質(zhì)量,只取其中最優(yōu)質(zhì)的芯片制成原裝閃存顆粒。
這樣小小的一顆芯片距離顆粒還有一段路要走。
東芝將多達(dá)16個(gè)小芯片堆疊起來(lái),使用TSV硅通孔技術(shù)將其連接,也就是3D閃存垂直堆疊基礎(chǔ)上的再度堆疊,實(shí)現(xiàn)極高存儲(chǔ)密度:
最后封裝成下圖我們常見(jiàn)的閃存顆粒形式,這些顆粒還將經(jīng)過(guò)原廠的進(jìn)一步檢測(cè),通過(guò)之后才會(huì)打上原廠標(biāo)志,成為原裝閃存出貨。
以96層堆疊的3D閃存再經(jīng)16疊Die,最終單個(gè)閃存顆??傻玫?TB(3D TLC)或1.5TB(3D QLC)的容量。
可以說(shuō)閃存國(guó)產(chǎn)化還有很長(zhǎng)的路要走。
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原文標(biāo)題:圖解東芝96層堆疊的3D閃存工作原理,國(guó)產(chǎn)差距巨大
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