3D存储芯片

3D NAND是通过将逻辑信息存储在一层可擦写介质中，并对该介质进行重复读取来达到存储容量最大化的一种存储技术。随着该技术不断成熟，其发展空间也将越来越大。然而,3D NAND存储器虽然采用了独特的制造工艺，却无法实现连续存储功能。目前3D NAND存储器存在着四大缺点：可靠性差、延迟高、读写性能低、体积大、功耗高。

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3D NAND存储器是一个复杂的半导体器件，由多层结构组成，并且每个结构都有其独特的功能。由于3D NAND存储器对可擦写介质的不断磨损，导致其可靠性逐渐下降。因此，在数据安全和使用寿命方面都存在着很大的问题。因此如何降低3D NAND存储器的可靠性成为了一个亟待解决的问题。在3D NAND存储器中，可擦写的基底与一个特定的金属接触点之间，其与半导体的距离非常小，很难实现对电子密度和电路性能的精确控制。通常情况下，电子密度越大、电路性能越差。因此，对于3D NAND存储器来说，要实现连续存储技术，就必须确保它能承受住来自环境（例如温度和湿度）以及日常运行环境的各种压力和冲击。 www.qwbaike.cn

延迟是影响系统性能的一个重要因素，它主要是指系统在运行过程中发生的错误、丢失等问题，并影响到最终产品的正常工作。3D NAND闪存一般使用二次接口来解决上述问题。由于每个存储层都是独立开发的，其内部逻辑电路受到物理噪声和电路误差的影响较小，因此通常会通过芯片级的优化来改善它们的延迟状态。因此在传统数据存储中都采用了 CMOS工艺。但是 CMOS工艺需要消耗大量的能量与功耗: CMOS工艺是通过电路系统在整个存储过程中进行的信号传递而实现高速运转的工艺，其速度非常快，所以从性能上看这一工艺的时钟延迟较高。因此在实际的3D NAND存储器应用中，芯片级的 NAND存储会对数据延迟进行控制并降低数据吞吐量，但在实际应用中会造成用户使用体验差和性能不足的问题。从本质上来看，这一技术并不是真正意义上的 NAND,而是一个用于存储数据的模拟芯片。因此，该技术需要对模拟芯片进行不断调试来提升其性能，这也是目前业界公认的延迟问题。

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由于 DRAM和 NAND技术的不同，传统 NAND技术的读写速度有较大的差距。传统3D NAND固态硬盘采用的是3 D设计，它与 DRAM和 NAND所采用的不同技术产生了数据延迟、读取速度慢等问题。如果要解决这些问题，就需要通过大量高密度制造来降低 NAND芯片的制造成本。另外还需要解决 NNR在读取和写入数据时产生的问题。虽然在相同容量的情况下可以实现更高的读取速度和更小的写入速度。但是在相同的存储密度下，写入速度较低，所以可以将这两个需求融合在一起来解决问题。不过当前还没有能够实现在高密度、高速度上都有很大突破的实际应用领域。例如在高性能手机上应用的高速移动硬盘就很难解决这个问题，因为需要以较大速度来读取和写入数据，而传统的内存只能在10 M~30 M之间才能满足用户对内存速度的需求，所以未来只有用更高密度的3D NAND芯片才能提供更高性能，但是需要通过大量的先进技术才能实现. www.qwbaike.cn

由于目前的3D NAND技术，仅仅使用传统的晶体管工艺来制造，而晶体管的体积往往不能很好地控制，这就造成了很多问题，如需要大容量的存储器才能解决一些问题。此外,3D NAND芯片因为需要较低的功耗（通常低于200 mW),所以它具有一定的价格优势。但是3D NAND存储器需要非常复杂的制程，如果制程设计不合理，其性能和体积都无法达到预期地步。这是目前3D NAND存储器所面临的主要问题，这些问题使得3D NAND存储器无法真正大规模应用于商业应用。由于3D NAND存储方案的复杂性，这些问题已经在3D NAND存储器领域暴露出来：当一个应用出现问题时，其存储性能将会降低至零位，并将在很长一段时间内持续存在。这将会大大降低未来3D NAND存储器的应用性能和体积，因此也就不存在真正的市场潜力。.....,在当今时代，随着智能手机、 PC、服务器等终端市场应用趋势不断扩大，也使得市场对存储产品更高要求，其存储产品必须具备更加紧凑、灵活的特性。,~~.!本文由站长之家用户投稿，未经站长之家同意，严禁转载扩散。 www.qwbaike.cn

由于3D NAND存储芯片采用的是晶体管来读取和写入数据，因此在高存储密度下需要较高的功耗才能实现存储效果。而3D NAND存储器体积大、功耗高是其最大的缺点.这就要求其存储芯片在制造时尽量减小摩尔定律所能承受的能量（包括尺寸和电压）。从传统的角度来看，随着摩尔定律逐渐衰减和电荷转移效率逐渐提高，电路中所需能量密度会越来越大。在高功耗和低温度下，电路将无法继续工作，导致电路中存在着“死机”情况的发生。因此,3D NAND存储器目前最理想的工作状态是在晶体管中使用小直径小电流来代替摩尔定律来降低功耗。但这种方法存在着耗电快等缺点，因此无法满足3D NAND存储产业发展需求。从目前的发展来看,3D NAND存储器的发展方向主要集中于三个方面:1.降低密度和单位体积内的存储器数量;2.提高器件特性;3.降低功耗与尺寸大小。目前,3 D存储器主要集中于1 D芯片和2 D芯片，其容量均在10-40 GB左右;4.3D芯片与3D NAND设备配合使用将大大提高性能和密度;5.3D NAND存储器与其他系统技术结合将进一步提升整体存储容量和性能。 www.qwbaike.cn

近年来，越来越多的厂商开始在3D NAND领域发力，包括美光(Micron)、东芝(Toshiba)、海力士(Hynix)、三星(Samsung)和华硕(Xanon)等。但从目前来讲,3D NAND虽然拥有着许多优势，但在技术实现过程中也遇到了许多挑战。比如由于 NAND工艺无法满足大量需求，在不同的应用场景中其成本可能要比常规固态硬盘高出很多，而由于该技术难以量产和降低成本,3D NAND产品的应用范围也会受到一定限制……因此目前3D NAND技术的发展趋势主要是成本降低和产品优化。从目前的情况来看，市场上的3D NAND产品的尺寸已经从最初的10微米到20微米再到目前的40微米甚至70纳米。此外，由于采用了全新的3D制程设计，因此在稳定性和一致性方面也有了明显的提高。 www.qwbaike.cn