助力保障 3D V-NAND闪存技术细节再揭秘

  【天极网DIY硬件频道】三星去年，全新的3D V-NAND技术的发布，成为了吸引众多消费者最大的亮点，并应用在三星850PRO和850EVO固态硬盘上。在之前我们也曾对3D V-NAND作过一些介绍。

  三星SSD全新3D V-NAND技术3D是指立体存储，V指的是垂直存储，说起来就是不再追求缩小cell单元，而是通过3D堆叠技术封装更多cell单元，这样也可以达到容量增多的目的。三星3D V-NAND技术分为两部分，3D(立体)化和V(垂直)堆叠化首先来看看3D化的含义：NAND使用的是浮栅极MOSFET，电子储存在栅极中，每次写入都会消耗栅极中的电子，一旦电子用光那就寿终正寝了三星放弃了传统的浮栅极结构，而是选择了用控制栅极和绝缘层将MOSFET环形包裹起来。这种3D环形结构设计提升了储存电荷的的物理区域，从而提高性能和可靠性。

  三星3D V-NAND技术采用不同于传统NAND闪存的排列方式，通过改进型的Charge Trap Flash 技术，在一个3D的空间内垂直互连各个层面的存储单元，使得在同样的平面内获得更多的存储空间。近日三星再次公布了3D V-NAND的部分细节，并针对优化了的部分进行了一些解释。

  从上图可以看到，第一代与第二代3D V-NAND差别在于面积与存储密度的差别。第一代采用MLC设计，堆叠层数为24层，128Gbit容量所需面积为133mm2，存储密度为0.93Gb/mm2，而第二代采用TLC设计，堆叠层数上升至32层，存储密度大幅提升，128Gb所占面积为68.9mm2，第一代的存储密度为0.93Gb/mm2，存储密度上升到1.86Gb/mm2，上升幅度达到了2.25倍，幅度相对惊人。

  然而，从平面到立体，并不是个简单的堆积过程。2D闪存达到一定密度后，电荷存储能力会大大下降，相邻闪存单元的干扰也会非常严重，无法进一步提升，为此传统的闪存编程分为三个阶段，以便更精确地控制电荷电量。

  不过3D V-NAND没有传统2D闪存的问题，因此传统的多阶段控制就不需要实行，三星透过HSP技术将多阶段编程过程整合为一个，大幅度缩减时间，然而大幅度缩减编程时间带来的好处，就是能够降低写入时的功耗，三星称可以降低40%的写入功能。

  另外闪存结构上的变化，造成了Word line在近段、远端的阻值会有些差异，这样的阻值差异会造成读取放大器与控制解码间的迟滞，因此为了解决这样的问题，进行了阻值监测，以及针对不同的Word Line参数给予不同的电压，这样一来就能够有效减低setup-time。

  最后则是扩充汇流排宽度，由原来的32Bit扩大到现在64Bit，然后芯片内部的稳压线路也进行了优化，对应了不同的数据率来调整电流量，进一步来抑制电压的变化，这样一来就会反应在信号的抖动上，有效降低抖动便能在高频下稳定工作，1Gbps下的 抖动从420ps降低到280ps，这样就实现了1Gbps的高速数据传速。

  三星SSD全新3D V-NAND技术在极大提升容量密度的同时，使用寿命也大大增加。三星3D V-NAND技术使得全新的SSD产品的工作负荷大大提升，每天可应对40GB以上的超大容量，这样的工作负荷等同于写入150TB(TBW)，确保了SSD具有更长的使用寿命;这也是三星全新SSD产品能够在业内率先提供10年质保的最大技术保障。

  三星在3D闪存上进度最快，2014年全新的3D V-NAND闪存技术的应用和推广，代表着整个闪存产业的最高技术水平，也将SSD的性能和运行速度又进行了一次全面提升。对于3D V-NAND闪存发展，我们期待今年会有更好的发展，让我们拭目以待吧。