3D閃存是如何記錄數據的:
3D閃存具體到不同閃存原廠會有不同的商品名,例如BiCS就是東芝提出的3D閃存構型。閃存的垂直堆疊并不如大家想象中簡單,涉及工藝的方方面面,目前國產連平面閃存都造不好,3D閃存也只是提出了24層堆疊的構想,遠遠落后于國外水平。
3D閃存將原本平面排列的記憶單元改為垂直方向,不同層面之間通過穿孔聯系起來,它的運作方式與傳統2D平面閃存有著本質的不同,各閃存原廠在轉型3D的過程中歷盡艱辛,成本居高不下。
熟悉2D閃存結構的朋友知道要一定一個閃存記憶單元,需要有Bit Line(位線)和Word Line(字線)二者配合,而在3D閃存當中還需要再多出一個Select Gate(選擇門),三者共同組合才能確立一個特定目標單元進行數據讀寫。
通過施加不同的電壓,閃存記憶單元中存儲的數據會發生改變。不斷改變Word Line(字線)就能在不同Page(頁)之間進行數據寫入。
不同閃存記錄單元陣列之間,需要通過選擇門進行切換尋址。在立體結構中通過3個參數確立一個特定目標,這一點跟英特爾提出的3D XPoint比較相似,但3D閃存是以降成本為目標,3D XPoint則是漲成本求性能。
具體到一個特定閃存記錄單元中,可以看到它的獨特圓柱形結構:
圓柱體的中心是核心硅晶體,實質記錄數據的是藍色所示的一圈Charge Trap Layer(電荷捕獲層)。閃存是通過電位狀態來記錄數據,Charge Trap Layer正是存儲電荷表達電位的核心所在。根據閃存類型的不同,可能會有MLC、TLC和QLC多種不同形式,分別需要表達4種、8種和16種電位狀態,實現對2bit、3bit、4bit數據的存儲。
3D閃存是如何從晶圓變成顆粒的:
閃存芯片和CPU一樣,都是通過光刻技術生產,經過切割后每個晶圓上有大量的小芯片。原廠會通過獨有的工藝去檢測這些芯片的質量,只取其中最優質的芯片制成原裝閃存顆粒。
這樣小小的一顆芯片距離顆粒還有一段路要走。
東芝將多達16個小芯片堆疊起來,使用TSV硅通孔技術將其連接,也就是3D閃存垂直堆疊基礎上的再度堆疊,實現極高存儲密度:
最后封裝成下圖我們常見的閃存顆粒形式,這些顆粒還將經過原廠的進一步檢測,通過之后才會打上原廠標志,成為原裝閃存出貨。
以96層堆疊的3D閃存再經16疊Die,最終單個閃存顆??傻玫?TB(3D TLC)或1.5TB(3D QLC)的容量。
可以說閃存國產化還有很長的路要走。
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原文標題:圖解東芝96層堆疊的3D閃存工作原理,國產差距巨大
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