高枕无忧的3D NAND？来自新兴技术的挑战（上）

产业化、性能优势、资本支持，RRAM可以打败3DNAND吗？...

编者按

3D NAND已经成为了主流存储器厂商的最新角力点，上月动工兴建的武汉新芯项目也将3D NAND选做自身发展重点。但是，3D NAND将会是平面NAND走到尽头的情况下一个一劳永逸的解决方案吗？这篇文章指出了正在迅速发展中的3D NAND所存在的问题，比较了3D NAND和RRAM的性能，并给出了RRAM的一些产业化方案。RRAM作为目前发展最为迅速的新型存储器，其态势有可能会对目前市场造成非常深远的影响。原文来自3DInCites。封面图为Crossbar的3D RRAM设计。

1制造挑战

存储技术从两年前开始迅速发展，竞争日趋激烈。生产商必须要达到极高的单颗容量和每比特指标要求，才能在追逐存储容量和存储密度的固态硬盘市场上获得一席之地。现如今，NAND仍是固态硬盘制造的首要技术，一度兴起的PCM技术已经失去了主流生产商的支持。然而，NAND技术发展空间也是有限的。

从单颗粒存储的角度来说，平面NAND在1Ynm的结点处已经到达了存储规模的极限。3DNAND之所以被认为会接替2DNAND，是因为其附加成本相对降低，而所能达到的存储规模更大。但是3DNAND的单颗容量小于2D存储，这就使得其控制和系统方面的复杂性增加、成本增加。这样，3D堆叠储存单元能实现的核心尺寸的增加就很有限了。

那么，当现有的堆叠式存储所能扩展的核心尺寸到达瓶颈时，什么技术能够取而代之呢？首先需要的是这样一个基本单元，它拥有更加优良的性能指标，同时具有在三维扩展规模和进行堆叠的可能性。这样的技术无疑将成为3D堆叠式存储王国中，代替NAND技术的头号种子选手。

阻变式存储器，即RRAM，是未来几年内唯一可能代替NAND的技术，这主要是因为其成本较低、可大规模生产，同时具有系统性能上的优势。现在，无论是现有的存储器生产公司还是新生公司，都致力于这一领域，使得基于不同材料的特性不同的的RRAM技术得到了很大发展。

在第一部分，我们将着眼于制造3D堆叠式存储器所需克服的挑战，进行技术对比；在第二部分，我们将着重讨论电阻式存储技术的固有优势，即，电阻式存储技术相比目前的NAND技术，在8纳米技术结上进行三维存储，具有常见而合理的成本曲线。

2设计挑战

任何3D技术想取代当前的二维NAND技术必须要满足几个严苛的需求，最主要的是要求存储单元性能与当前水平相比得到大大提高，并且在由堆叠所带来的硬件需求増加的条件下，每个比特的成本也要比当前2D存储器要低。

存储单元性能：要么保持现状，要么持续性地提高存储单元性能所带来的弊端会很快重于堆叠所产生的存储密度提升。换句话说，多层堆叠当前的存储板会在初期对存储性能有所提升，但是以这种方式来提高存储单元性能并不持久。有以下两个因素：1、在大量生产过程中，堆叠更多的存储板层需要更庞大，更复杂的控制器电路系统去支持，并且所有堆叠板层的増加，都会需要越来越多的外围电路去支撑。2、相连板层间的存储的读写与相连存储间的读写相比，寻址范围受到很大的负面影响。

因为有这两个因素的存在，使得一个存储单元至少提供20x整体性能指标的改善。因此必须要求存储单元有更低的工作电压(最好10E8

存储时间

~3year@25℃

>10year@85℃

存储单元写速度

150/cell

5ns-1µs

存储单元读速度

25µs

30ns-1µs

页擦除/重写

必须擦除整个程序块

不需要擦除整个程序块

最大写传输速率

53MB/s

160MB/s

上表比较了市面上NAND存储器及新兴的RRAM存储器的一些关键的存储单元性能指标。

本文为华信研究院产业经济研究所编译，转载需注明出处

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