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2d跟3d閃存

生活更新时间:2024-12-01 23:45:46

現在很多固态硬盤都将"3D閃存"作為主要賣點，3D閃存究竟是怎樣的結構，又如何帶來了性能方面的提升？東芝在最新的宣傳片中解釋了BiCS架構3D閃存的秘密。

2d跟3d閃存（2D3D4D閃存究竟是怎麼回事）1

3D閃存，并不是簡單的将2D閃存垂直堆疊起來。下圖就是典型的錯誤示例：它展示的是将多個閃存晶粒封裝到一個顆粒中的過程，而非2D閃存到3D閃存的變化。

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在3D發展的過程中，整個閃存結構經曆了巨變，從過去以襯底為基礎的平面變更為以垂直通道為核心的圓柱結構。同時，閃存用以存儲電子的結構也發生變化，從2D時代的Floating Gate浮栅結構進化為更先進的Charge Trap電荷捕獲結構。

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2D浮栅閃存的電子存儲在Floating Gate當中。GIF動圖：

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電子在Floating Gate中可以自由移動，不受過多限制，這意味着一旦下方的隧道氧化層出現漏洞，電子就非常容易從Floating Gate中洩露，最終導緻閃存中用電子表達的數據出錯。

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3D電荷捕獲閃存的電子則存儲在圓柱形構建的Charge Trap結構中。GIF動圖：

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Charge Trap就像是陷阱，能夠牢牢鎖住陷入其中的電子，對于閃存擦寫壽命的延長有着積極的作用。

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另外，随着半導體制程的微縮，2D閃存Floating Gate中能夠存儲的電子數量急劇減少、閃存單元間幹擾增大，從而影響到固态硬盤在斷電後存儲數據的時長。而3D閃存中使用的Charge Trap圓柱形結構有着更大的空間用于儲存電子。這是3D閃存耐久度優勢的另一個原因。

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由于采用了圓柱形的結構，3D閃存的每個存儲單元可以在垂直方向串起來，使得整個芯片的面積降低，讓閃存的存儲密度得到提升的同時，降低了閃存的制造成本。下圖是東芝BiCS 3D閃存結構示意。

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目前，3D閃存正在固态硬盤、手機、平闆、數據中心以及汽車電子等領域快速得到普及，在帶來更大容量的同時，還擴展了閃存的寫入壽命，同時降低了固态硬盤的價格。

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至于今年新出現的所謂"4D閃存"，實則是SK Hynix在FMS2018閃存峰會上提出的3D閃存結構上的一個小改進，将閃存的周圍電路放到了閃存陣列下方。閃存堆疊層數的提升才是3D閃存最值得關注的方向，96層堆疊是今年下半年到明年的主旋律，而到2020年，閃存将發展到128層甚至更高，大衆普及1TB固态硬盤未來不是夢。

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