3D NAND技術的轉換促進產業洗牌戰 三星/英特爾/東芝各有應對招數
發布時間：2018/12/3
NAND Flash產業在傳統的Floating Gate架構面臨瓶頸后，正式轉進3D NAND Flash時代，目前三星電子（Samsung Electronics）、東芝（Toshiba）的3D NAND技術最早都是源自于飛索（Spansion）的Charge Trap架構，唯一例外的是英特爾（Intel）和美光（Micron）仍是延續傳統FloaTIng Gate架構，但從64層技術開始，也都會轉成Charge Trap架構。
技術轉換往往會帶給產業新一輪的洗牌戰，跟不上腳步的制造商可能會從云端摔下，但也給新的供應商加入戰局的機會，這次傳統FloaTIng Gate架構轉換至Charge Trap架構，給了大陸加入NAND Flash技術開發行列的一張門票，尤其是Charge Trap始祖飛索很早就與大陸合作，雙方的合作是順水推舟，從NOR Flash一路合作到Charge Trap架構的3D NAND技術。
各家半導體大廠的3D NAND技術早已如火如荼在開發中，目前進入32層堆疊技術，業界都認為2017年下半是3D NAND產能大量開出之時，目前看來時間點是對的，但各家半導體大場面臨的考驗恐怕會比預期艱鉅數倍。
過去平面NAND Flash芯片朝兩方面前進，一是陸續有SLC、MLC、TLC型NAND Flash芯片的演進來提高儲存容量并降低成本；二是制程技術不斷往前，目前已經進入18/16/15納米制程，但無法否認的是，技術前進的同時，其NAND Flash的氧化層越薄，芯片可靠性是遞減的，因此需要用額外的方式來增強效能，這又使得成本提升，因此，平面NAND Flash技術已無法滿足市場需求，開始進入3D NAND時代。
進入3D NAND技術后，制程技術的演進成為其次，堆疊層數才是重點，層數越高會使儲存容量越大。不過，當堆疊層數越高時，各層對準的技術就很困難，定位技術必須做的好，因為堆越高會越難對準。
三星曾對外表示，不久將來會看到100層堆疊的技術出現。根據業界進度，2017年3D NAND技術會到80層，2020年到100層，至于3D NAND技術的堆疊極限在哪里里，各界也有不同的看法，有人甚至認為可堆到200層，但以目前技術挑戰而言，真的堆疊到200層，恐怕對準的精準度是很大考驗，可能良率也不見得太好，即使是2020年到100層，恐怕難度都很高。
三星在3D NAND技術世代上仍是龍頭廠，是全球第一家量產3D NAND技術的半導體廠，技術演進也最扎實。三星在2013年推出24層疊的3D NAND芯片，之后32層堆疊、48層堆疊的芯片陸續問世。
三星計劃今年第4季轉進第四代64層堆疊技術的3D NAND芯片，估計每片晶圓的儲存容量再提高30%，意味成本持續下降，三星也對外指出，100層堆疊以上的技術不是夢。
東芝的3D NAND技術喊話也相當積極，原本號稱要比三星更早量產64層堆疊技術的3D NAND芯片，但目前來看并未達陣。
三星的3D NAND技術為3D V-NAND，而東芝（Toshiba）和新帝（SanDisk）合作開發的3D NAND技術為BiCS，或是稱P-BiCS（Pipe-shaped Bit Cost Scalable），無論是三三星的3D V-NAND架構或是東芝的BiCS架構，都是源自于Charge Trap Flash（CTF）技術。
目前所有開發3D NAND的存儲器大廠中，只有英特爾和美光陣營不是用Charge Trap技術，該陣營在32層技術的技術仍是沿用FloaTIng Gate技術，應該是基于對于傳統FloaTIng Gate既濟的高掌握度和成本考量。
舉例，英特爾和美光推出的第一款3D NAND雖然是用Floating Gate技術生產，但其MLC型NAND Flash核心容量就有256Gb，而TLC型可以做到384Gb，是目前TLC型3D NAND中儲存容量最大的。
英特爾和美光48層堆疊、容量32GB的3D NAND已經推出，體積和尺寸都比上一代小，效能更是提升，未來也會朝第二代64層的3D NAND技術邁進。
值得注意的是，英特爾和美光陣營從64層堆疊技術開始，會轉用Charge Trap技術，未來應該都是此架構。
此外，英特爾除了3D NAND技術外，也開發新型的3D XPoint快閃存儲器，屬于自成一格的技術派別，也讓外界揣測，英特爾在下世代的NAND Flash技術上，是否有意陸續和美光畫下界線。
英特爾的3D XPoint快閃存儲器問世時，引發整個半導體業界的討論，因為當時英特爾釋出的信息并不多，但陸續得知，3D XPoint快閃存儲器其實是PCM相變化存儲器的一種，不但可取代NAND Flash，也有機會取代DRAM。
正值NAND Flash產業從傳統Floating Gate技術轉移到3D NAND Flash技術之際，既有的半導體大廠已面臨不少挑戰，變量還很多，但這樣的轉折也給了新進者一個加入戰局的機會，當中最大受益者莫過于大陸。
大陸要提升半導體芯片自制率到50%以上，消耗量龐大的存儲器芯片絕對是不能缺席的要角，然要搶進已經如此成熟的產業，技術改朝換代之際是最好的時間點，大陸的存儲器中心長江存儲和武漢新芯就是卡到傳統Floating Gate轉到
3D NAND Flash技術的轉折點，又成功獲得飛索（Spansion） Charge trap技術的一臂之力，至少在進入NAND Flash產業的起跑點上，成功彎道超車拿到門票。
飛索和武漢新芯的合作要追溯至過去武漢新芯一直幫飛索代工NOR Flash芯片。在飛索2014年買給Cypress之前，飛索和三星針對Charge trap技術打官司，在和解后三星每年要支付給飛索Charge trap技術的權利金，飛索手上握有此技術算是大贏家，一手向三星收權利金，另一手授權給大陸Charge trap技術。
長江存儲預計最快是2017年底量產32層技術的3D NAND，廣泛而言落后國際大廠兩個世代。
但業界仍是存有疑問，因為3D NAND技術的難度太高，即使是三星、東芝等大廠3D NAND技術問世的時間點都是一再延后，三星的64層技術也要到年底才量產，長江存儲/武漢新芯目前是2017年底量產32層技術的3D NAND，但能否用于商用化？以及何時能追上國際大廠的速度，前方挑戰還很多。