三星已經宣布了其將量產采用新一代3D垂直閃存(V-NAND)的固態硬盤驅動器。與傳統的NAND存儲芯片相比，V-NAND閃存的讀寫速度都要快上1倍、使用壽命達10倍、而能耗亦少了50%。目前，3D芯片所能提供的存儲密度，仍與傳統的2D結構相同。但在2D結構遇到發展瓶頸時，3D結構就能夠更多數量級的額外存儲密度。
節能的同時，3D V-NAND Flash的存取速度，比傳統的NAND芯片都要快上兩倍。
閃存是二十一世紀的奇跡故事之一。雖然它在1980年就已被發明出，但直到1990年代中期投放到市場，它的存儲密度仍只有20MB。不過，這20年來，閃存已經多次追逐甚至超越了摩爾定律，其容量已經達到了最初的3萬倍。
場效應晶體管與NAND flash存儲單元的對比。
最新的NAND Flash采用了10納米的的光刻工藝，并且開始遇到一些物理上的麻煩。一個NAND閃存，就是一個浮柵晶體管(floating-gate transistor)，而一個絕緣柵層能夠存儲電荷很長的時間。
而存儲器的讀取，則是通過門控脈沖測量設備通道的導通性來實現的。如果沒有存儲電荷，存儲單元就會給出一個響應；而如果存儲了電荷，它就不會給出響應，從而允許非破壞性地數據讀取。
但在制造較小尺寸的NAND閃存方面，至少面臨著兩種困難。首先，每個門只持有少數的電子，因此會導致其狀態很難被區分。其次，控制電極是如此之小(緊密)，以至于分布其上的存儲單元會受到影響，最終導致不可靠的數據讀寫。
3D NAND Flash的橫截面示意圖。
而3D V-NAND閃存的"幾何學"就是，通過在垂直方向尋求空間，來彌補這個問題。第一個變化就是捕獲電荷陷阱的閃存幾何學，由AMD在2002年首創。
在一個閃存單元的電荷陷阱內，存儲的電荷并不在浮柵上，而是處于一個嵌入式的氮化硅薄膜上。這種薄膜具有更強的抗點缺陷(point defects)能力。它也可以被做得很厚，存儲更多的電子，從而對少量的電子損失不那么敏感。
第二個變化，就是把一個平面的電荷陷阱單元，做成圓柱形(如上圖所示)。增長的一大排V-NAND單元(本例中為1 vertical stack / 8cell)開始形成一個交變堆棧，導電(摻雜)了多晶硅曾(紅色區域)和中空的二氧化硅層(藍色區域)。
下一步則是腐蝕或形成一個通過這些曾的圓柱形孔。在實踐中，一個128Gbit的24層V-NAND芯片，其存儲單元的形成需要29億個這樣的孔。然后沉積出一個二氧化硅的保形層，罩住這些孔的內表面；隨之是一個類似的氮化硅層，以及第二個二氧化硅層。
氮化硅是電荷俘獲層，二氧化硅層則是門和隧道介質。最后，孔的中心會被填滿導電的(摻雜)多晶硅，以形成存儲cell的通道。
閃存驅動器的內部結構。
三星現在有為企業應用提供V-NAND固態驅動器的樣品，容量在480GB和960GB，寫入速度比三星早期的SM843T 980GB SSD快上20%，而功耗則下降了約40%。
更重要的是，3D驅動器的耐久度是SM843T的10余倍，能夠開辟出上一代SSD所不能勝任的新應用。目前沒有任何有關新SSD將于何時面向大眾上市的消息。
[編譯自：Gizmag]
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本文標題：[圖]提速增量降能耗：三星3D閃存開始進入量產階段
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