3D NAND芯片拆解：三星VS美光，誰的成本更低？

　　日前，美光公司宣布開始量產(chǎn)其32層(32L)3D NAND閃存，包含該組件的首批商用下游產(chǎn)品之一是Crucial 750GB SATA 2.5寸固態(tài)硬盤(SSD)。如圖1所示，這款產(chǎn)品的連續(xù)讀取/寫入速度分別高達每秒530MB與每秒510MB;其功耗較一般硬盤驅(qū)動器(HDD)改善了90倍，據(jù)稱也更加耐用。

　　Crucial SSD的售價為200美元，這使其成為筆記本電腦應用最具吸引力的選項，而且我們發(fā)現(xiàn)有越來越多的計算機設備開始利用SSD取代傳統(tǒng)HDD。HDD也許將逐漸被市場所淘汰，不過必須承認的是各家相關廠商仍致力于使其創(chuàng)新，而且HDD的成本仍較SSD更低廉。因此，我們預計在短期之內(nèi)，HDD仍將在市場上占據(jù) 主導地位。

圖1：美光Crucial CT750MX300SSD1 750GB SSD

　　圖2所示為Crucial 750GB SSD的正面與背面電路板拆解圖，可以看到其中包含8個美光NAND閃存封裝。這一數(shù)量相當于TechInsights在三星(Samsung)T3 2TB SSD中發(fā)現(xiàn)4個48層(48L)3D NAND封裝數(shù)量的兩倍。因此，從封裝數(shù)的角度來看，三星在每封裝中的內(nèi)存容量仍然占據(jù)優(yōu)勢。但從芯片層來看是否同樣領先于美光?

圖2：采用美光3D NAND的Crucial SSD產(chǎn)品正面與背面電路板圖

　　三星方面已經(jīng)能夠在每個NAND封裝中加進16塊芯片了，如圖3所示。這意味著每塊面積為99.8平方毫米的芯片可提供32GB儲存容量，或者換算為每平方毫米約320MB。

　　Crucial 750GB SSD中包含8塊美光的封裝，其中單一封裝可容納2塊芯片，面積為165平方毫米。這意味著該內(nèi)存的儲存密度為284MB/mm2，低于三星的 320MB/mm2。不過三星的最大優(yōu)勢在于其48層結構以及20納米(nm)半位線間距，相形之下，美光的40nm半位線間距更為松散。

　　也許我們應該用三星在此之前推出的32層(32L) V-NAND進行比較，該系列產(chǎn)品發(fā)布于2014年，同樣采用20nm半位線間距制造。同時，我們也發(fā)現(xiàn)，美光的284MB/mm2位密度較優(yōu)于三星在32L V-NAND中實現(xiàn)的127MB/mm2位密度。

圖3：三星K9UGB8S7M 48L V-NAND閃存

　　圖4顯示三星48L V-NAND芯片脫層后擴散的情形，可看到圖中兩個大型NAND宏將芯片一分為二。頁面緩沖與外圍電路就位于NAND數(shù)組宏下方。該數(shù)組宏以垂直NAND串所使用的源極選擇晶體管以及源極線觸點加以填充。

圖4：三星48L V-NAND的擴散級芯片圖

　　圖5顯示美光的擴散級芯片圖，其布局與三星的芯片差別很大，其中64個宏涵蓋大部份數(shù)組。我們尚未對其進行分析，但我們認為它可能容納頁面緩沖器、行譯碼器、字符線開關以及可能存在的‘膠合’邏輯。這是一種迥異于三星芯片的設計策略，而且美光還宣稱將主動電路放置在內(nèi)存器數(shù)組下方，有助于提高了位密 度，同時也帶來更低的芯片制造成本。

圖5：美光32L 3D NAND擴散級芯片圖

　　圖6來自TechInsights拆解分析報告的美光3D NAND芯片橫截面圖。其中，垂直NAND串由38個閘極層構成，其中32個用于NAND儲存單元，其余6個則可能作為虛擬以及選擇閘極。該NAND數(shù)組 是2或3層堆棧的金屬互連與晶體管。其中金屬層1(即M1)看起來像是由鎢制成的，這意味著它可能連接到該NAND數(shù)組串的來源選擇閘極。而金屬層 2(M2)似乎用于繞線。但實際的功能還有待我們對該組件進行電路級分析后才能確定。

圖6：美光32L 3D NAND數(shù)組橫截面

　　NAND 單元結構可在圖7中看得更清楚，而且我們已經(jīng)初步確定了其中的一些分層，包括在整套NAND堆棧中以垂直方向執(zhí)行的多晶硅環(huán)。此多晶硅環(huán)構成了垂直通道，周圍并圍繞著浮動閘與控制閘。其中浮動閘如圖中的小圓點，構成中央多晶硅通道周圍的連續(xù)環(huán)狀結構。而控制閘與浮動閘之間則由多晶硅層間電介質(zhì)加以隔離。

圖7：美光NAND單元的橫截面圖

　　三星于2014年推出其32L V-NAND垂直NAND閃存，并于2016年緊接著推出48L V-NAND產(chǎn)品。美光則是第二家實現(xiàn)3D NAND商用化的廠商，并采取一種創(chuàng)新的途徑，將主動電路放置在NAND數(shù)組之下，從而縮小了芯片面積。美光還利用尺寸更大的制程節(jié)點(40nm半位線 間距)制造該芯片，這應該能夠為其帶來較三星V-NAND產(chǎn)品更低的制造成本。