TSV助臂力 3D NAND記憶體性能更上層樓

作者: 蘇宇庭
2013 年 11 月 11 日

矽穿孔(Through-silicon Via, TSV)將是三維NAND快閃記憶體(3D NAND Flash Memory)效能不斷提升的重要技術。現今NAND快閃記憶體已面臨製程微縮的瓶頸,各家廠商無不戮力開發3D NAND快閃記憶體,以突破物理限制;然而,3D NAND快閃記憶體未來若要持續跟隨摩爾定律(Moore’s Law)演進,並將整體良率及成本控制在合理範圍,TSV技術將是不可或缺的重要關鍵。



SSD聯盟協會副理事長曾德彰認為,未來3D NAND快閃記憶體若要突破製程微縮的瓶頸,持續朝高密度高容量的目標演進,TSV將成關鍵技術。



SSD聯盟(Solid State Drive Alliance)協會副理事長曾德彰表示, NAND快閃記憶體真正的市場優勢是其高密度儲存容量,然NAND快閃記憶體要繼續朝向此一目標演進,光靠3D NAND快閃記憶體的開發尚嫌不足。他進一步表示,NAND快閃記憶體若要持續追求高容量、高頻寬、高密度,TSV技術將是未來3D NAND記憶體遇到微縮瓶頸後的解方;換言之,能掌握NAND Flash TSV技術的廠商可望成為未來的最大贏家。


以美光(Micron)、三星(Samsung)、英特爾(Intel)等大廠力推的次世代儲存技術–混合記憶體立方體(Hybrid Memory Cube, HMC)為例,該技術即是利用TSV技術堆疊多層動態隨機存取記憶體(DRAM)晶片,其頻寬可達到320GB/s,為第三代雙倍資料率記憶體(DDR3)的十五倍,功耗及占用空間則可分別降低70%及90%,而美光亦已於10月上旬發表全球首款2GB的HMC記憶體。


曾德彰指出,TSV技術同樣可用於3D NAND快閃記憶體,TSV可使封裝尺寸微縮到10立方毫米(mm3)以下。在相同晶片面積且不增加功耗的前提下,TSV技術能製作出更多輸入/輸出(I/O)接腳,進而提供更高的頻寬。因此他預期,日後當3D NAND快閃記憶體遇到微縮瓶頸後,NAND Flash TSV技術將成解方,持續帶領NAND快閃記憶體朝向TB等級超微型封裝(Tera-bytes Flash TSV Ultra-thin Package)的目標演進。


曾德彰分析,具備TB等級且僅有指紋大小的NAND快閃記憶體,勢必劇烈拉動行動裝置及企業端的儲存市場向上攀升,如當智慧型手機內建2TB的記憶體且具備高速運算功能,它將成為另一種變相的微型伺服器。不過,他也坦言,NAND Flash TSV技術在開發上確實面臨許多挑戰,等到3D NAND快閃記憶體在未來幾年面臨到發展遲緩期時,該技術才有可能加速發展。


目前,3D NAND快閃記憶體係採垂直堆疊與水平堆疊兩種方式實現。以三星為例,其就具備了垂直堆疊的TCAT架構,也就是近期開始量產的V-NAND快閃記憶體(Vertical-NAND),三星另外也有水平堆疊的VG-NAND架構;而東芝(Toshiba)、SK Hynix、美光分別開發的P-BiCS、SMArT及DG TFT(Dual gate TFT)架構則屬於垂直架構。曾德彰認為,以3D NAND快閃記憶體市場而言,目前尚無廠商為最大贏家,選擇不同技術的廠商將各擁不同的利基市場。

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