得益于5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，存儲(chǔ)器需求呈現(xiàn)倍數(shù)增長(zhǎng)，發(fā)展空間廣闊。其中，NAND Flash作為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器第二大細(xì)分市場(chǎng)，自然也備受關(guān)注。

回溯NAND Flash的歷史

經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)發(fā)展的半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)，如今已逐漸成熟，其衍生出的存儲(chǔ)技術(shù)中包括Flash技術(shù)。

Flash技術(shù)分為NAND Flash和NOR Flash二種。雖然NOR Flash傳輸效率很高，但寫入和擦除速度很慢，容量也較小，一般為1Mb-2Gb，常用于保存代碼和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，而NAND Flash能提供極高的單元密度，可達(dá)到高存儲(chǔ)密度，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。NAND Flash具有寫入、擦除速度快、存儲(chǔ)密度高、容量大的特點(diǎn)，也因此迅速成為了Flash主流技術(shù)。

NAND Flash技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)積累了近40年的發(fā)展底蘊(yùn)，并已成為存儲(chǔ)器第二大細(xì)分市場(chǎng)。按存儲(chǔ)單元密度來(lái)分，NAND Flash可分為SLC、MLC、TLC、QLC等，對(duì)應(yīng)1個(gè)存儲(chǔ)單元分別可存放1、2、3、4bit的數(shù)據(jù)。目前NAND Flash主要以TLC為主，不過(guò)QLC比重正在逐步提高。

值得一提的是，被提出很多年但一直沒(méi)有商用落地的PLC終于露出水面。

今年8月初，SK海力士旗下NAND閃存解決方案提供商Solidigm在閃存峰會(huì)上展示了全球首款正在研發(fā)的PLC（五層單元）SSD。與QLC（四層單元）SSD相比，PLC SSD可在每個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)存儲(chǔ)5bit的數(shù)據(jù)。

NAND閃存從SLC、MLC、TLC、QLC及PLC一路走來(lái)，容量逐步上升，可市場(chǎng)更關(guān)心的是性能、可靠性、壽命、成本等問(wèn)題是否也可以跟著優(yōu)化。據(jù)Solidigm介紹，在相同的空間內(nèi)，使用PLC SSD存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量可增加25%，可以用來(lái)解決固態(tài)存儲(chǔ)未來(lái)的成本、空間和能耗等問(wèn)題。該款SSD將首先用于數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，具體發(fā)布和上市時(shí)間待定。

從閃存結(jié)構(gòu)來(lái)看，為滿足各時(shí)期的市場(chǎng)需求，NAND Flash技術(shù)已從2D NAND升級(jí)到3D NAND，再到4D NAND。

時(shí)光追溯到1987年，時(shí)任日本東芝公司工程師岡本成之提出的一項(xiàng)發(fā)明徹底改寫了人類信息時(shí)代的面貌，即2D NAND。當(dāng)時(shí)東芝（2019年更名為鎧俠）雖占據(jù)NAND Flash市場(chǎng)先機(jī)，但東芝戰(zhàn)略重心偏向DRAM市場(chǎng)，忽略了NAND Flash的發(fā)展?jié)摿?。之后?a href="http://m.xsypw.cn/tags/英特爾/" target="_blank">英特爾和三星迅速加入市場(chǎng)，推出了2D NAND產(chǎn)品。

隨后，全球廠商都圍繞著2D NAND進(jìn)行研發(fā)，隨著2D NAND的線寬已接近物理極限，3D NAND應(yīng)運(yùn)而生。

2007年，東芝推出BiCS類型的3D NAND。2D NAND的含義其實(shí)是二維平面堆疊，而3D NAND，顧名思義就是立體堆疊。3D NAND的到來(lái)，讓NAND Flash技術(shù)直接從二維升華到三維的密度。

按英特爾的說(shuō)法，2D NAND就像在一塊有限的平面上建平房，這些平房整齊排列，隨著需求量不斷增加，平房的數(shù)量也不斷增多，可面積有限，只能容納一定數(shù)量的平房。相較于2D NAND，3D NAND則可以在同一塊平面上建樓房，樓層越高，容量也就越大，在同樣的平面中樓房的容積率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平房，提供了更大的存儲(chǔ)空間?？梢姡S著市場(chǎng)對(duì)存儲(chǔ)性能需求的提升，2D NAND過(guò)渡到3D NAND是大勢(shì)所趨的。

3D NAND自2007年進(jìn)入大眾視野后，2014年正式商用量產(chǎn)。

2013年，三星推出第一代V-NAND（三星自稱3D NAND為V-NAND）閃存。據(jù)三星介紹，V-NAND技術(shù)采用不同于傳統(tǒng)NAND閃存的排列方式，通過(guò)改進(jìn)型的Charge Trap Flash技術(shù)，在一個(gè)3D的空間內(nèi)垂直互連各個(gè)層面的存儲(chǔ)單元，使得在同樣的平面內(nèi)獲得更多的存儲(chǔ)空間。雖然該款堆疊層數(shù)僅為24層，但在當(dāng)時(shí)卻打破了平面技術(shù)的瓶頸，并使3D NAND Flash從技術(shù)概念推向了商業(yè)市場(chǎng)。

2014年，SanDisk和東芝宣布推出3D NAND生產(chǎn)設(shè)備；同一年，三星率先發(fā)售了32層MLC 3D V-NAND，這也意味著3D NAND正式商用化。繼三星之后，美光也實(shí)現(xiàn)了3D NAND商用化。憑借其在容量、速度、能效及可靠性的優(yōu)勢(shì)，3D NAND逐漸成為行業(yè)發(fā)展主流。

3D之后，4D NAND悄然來(lái)臨。SK海力士在2018年研發(fā)的96層NAND Flash已超越了傳統(tǒng)的3D方式，并導(dǎo)入4D方式，該款也成為了全球首款4D NAND Flash。

據(jù)了解，4D NAND技術(shù)是由APlus Flash Technology公司提出，其技術(shù)原理是NAND+類DRAM的混合型存儲(chǔ)器，采用了“一時(shí)多工”的平行架構(gòu)，而3D NAND只能執(zhí)行“一時(shí)一工”。若一到十工同時(shí)在4D閃存系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，其速度會(huì)比3D NAND快一到十倍。雖然相比3D方式，4D架構(gòu)具有單元面積更小，生產(chǎn)效率更高的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，目前市面上還是以3D NAND為主。

從平房到摩天大樓，各大原廠的謀略

隨著應(yīng)用領(lǐng)域和使用場(chǎng)景愈發(fā)多樣化，市場(chǎng)對(duì)NAND Flash的要求也隨之提升，譬如想要更高的讀寫速度、最大化的存儲(chǔ)容量、更低的功耗和成本等?？刹捎枚S平面堆疊方式的2D NAND已經(jīng)不再能滿足市場(chǎng)的需求，這一切也促使NAND廠商必須謀定而后動(dòng)，之后便沉下心來(lái)埋頭研發(fā)，NAND Flash結(jié)構(gòu)也從平房蛻變到摩天大樓。

采用三維平面堆疊方式3D NAND雖大大增加了存儲(chǔ)空間，但如何突破3D NAND層數(shù)瓶頸，堆疊更高的摩天大樓，一直是市場(chǎng)的焦點(diǎn)，也是NAND廠商研發(fā)的痛點(diǎn)。在此之下，一場(chǎng)有關(guān)NAND Flash的層數(shù)之爭(zhēng)已持續(xù)數(shù)年，NAND廠商早已吹響沖鋒集結(jié)號(hào)，這一路也取得了不少的成就。

自2012年24層BiCS1 FLASHTM 3D NAND Flash之后，鎧俠還研發(fā)出了48層、64層、96層、112層/128層。2021年，鎧俠聯(lián)手西部數(shù)據(jù)突破162層BiCS6 FLASHTM 3D NAND Flash。今年5月，西部數(shù)據(jù)與鎧俠未來(lái)的路線圖指出，預(yù)計(jì)2024年BiCS+的層數(shù)超過(guò)200層，如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，2032年應(yīng)該會(huì)看到500層NAND閃存。

最早在3D NAND領(lǐng)域開拓疆土的是韓國(guó)廠商三星。2013年8月，三星推出V-NAND（3D NAND）閃存，這也是全球首個(gè)3D單元結(jié)構(gòu)“V-NAND”。之后，三星還陸續(xù)推出了32層、48層、64層、96層、128層、176層的V-NAND。2021年末，三星曾透露正在層數(shù)200+的V-NAND產(chǎn)品，目前暫未披露相關(guān)信息。

作為韓國(guó)第二大存儲(chǔ)廠商的SK海力士也不甘落后，在2014年研發(fā)出3D NAND產(chǎn)品，并在2015年研發(fā)出36層3D NAND，之后按照48層、72層/76層、96層、128層、176層的順序陸續(xù)推出閃存新產(chǎn)品。2022年8月3日，SK海力士再將層數(shù)突破到238層的新高度，該層數(shù)是當(dāng)前全球首款業(yè)界最高層數(shù)NAND閃存，產(chǎn)品將于2023年上半年投入量產(chǎn)。

2016年，美光發(fā)布3D NAND，雖然發(fā)出時(shí)間晚于三星等上述幾家廠商，但后期美光的研發(fā)實(shí)力不容小覷。在2020年美光搶先推出當(dāng)時(shí)業(yè)界首款176層3D NAND，后又于2022年7月率先推出全球首款232層NAND，該產(chǎn)品現(xiàn)已在美光新加坡工廠量產(chǎn)。美光表示，未來(lái)還將發(fā)力2YY、3XX與4XX等更高層數(shù)。

目前從原廠動(dòng)態(tài)來(lái)看，SK海力士和美光率先進(jìn)入200+層時(shí)代，其中NAND閃存業(yè)界最高層數(shù)為SK海力士的238層，其次是美光的232層。主流技術(shù)NAND Flash 3D堆疊層數(shù)已跨越176層、232層、邁進(jìn)238層，未來(lái)原廠還將發(fā)力200+層、300層、400層、甚至500層以上NAND技術(shù)。

在2021年IEEE國(guó)際可靠性物理研討會(huì)上，SK海力士預(yù)測(cè)，3D NAND未來(lái)將達(dá)到600層以上。另有一些行業(yè)專家認(rèn)為，3D NAND可以堆疊到1000層。可見，隔NAND Flash技術(shù)的天花板還有很高的距離。

Source：全球半導(dǎo)體觀察根據(jù)公開信息整理

NAND Flash未來(lái)既柳暗，又花明？

此前在5G手機(jī)、服務(wù)器、PC等下游需求驅(qū)動(dòng)下，NAND Flash市場(chǎng)以可見的速度在增長(zhǎng)?？山衲?，受疫情反復(fù)、通貨膨脹、俄烏沖突等因素影響，全球形勢(shì)變化多端。同時(shí)，存儲(chǔ)器市場(chǎng)供需與價(jià)格波動(dòng)時(shí)刻受產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)影響，而作為存儲(chǔ)器市場(chǎng)的主要構(gòu)成產(chǎn)品之一，NAND Flash也不例外。

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供需失衡

從消費(fèi)端看，PC、筆電、智能手機(jī)等消費(fèi)電子市場(chǎng)需求疲軟，也影響到中上游產(chǎn)業(yè)鏈。其中，智能手機(jī)需求萎縮明顯，出貨量也隨之減少。據(jù)TrendForce集邦咨詢表示，受到傳統(tǒng)淡季的加乘效應(yīng)，使得2022年第一季智能手機(jī)生產(chǎn)表現(xiàn)更顯疲弱，全球產(chǎn)量?jī)H達(dá)3.1億支，季減12.8%。

業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，持續(xù)下降的最大原因是消費(fèi)者使用智能手機(jī)的時(shí)間比以前更長(zhǎng)。再加上智能手機(jī)技術(shù)更新快，新型號(hào)手機(jī)的性能與之前型號(hào)并無(wú)特別大的差距，從某種程度上看，這也降低了消費(fèi)者的購(gòu)買欲。

從供應(yīng)端來(lái)看，TrendForce集邦咨詢7月表示，由于需求未見好轉(zhuǎn)，NAND Flash產(chǎn)出及制程轉(zhuǎn)進(jìn)持續(xù)，下半年市場(chǎng)供過(guò)于求加劇，包含筆電、電視與智能手機(jī)等消費(fèi)性電子下半年旺季不旺已成市場(chǎng)共識(shí)，物料庫(kù)存水位持續(xù)攀升成為供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。因渠道庫(kù)存去化緩慢，客戶拉貨態(tài)度保守，造成庫(kù)存問(wèn)題漫溢至上游供應(yīng)端，賣方承受的拋貨壓力與日俱增。

TrendForce集邦咨詢預(yù)估，由于供需失衡急速惡化，第三季NAND Flash價(jià)格跌幅將擴(kuò)大至8~13%，且跌勢(shì)恐將延續(xù)至第四季。

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原廠持堅(jiān)定信念

受手機(jī)與個(gè)人電腦等消費(fèi)電子市場(chǎng)需求疲軟等因素影響，美光于6月悲觀預(yù)測(cè)，今年第四財(cái)季營(yíng)收為72億美元，上下4億美元浮動(dòng)，這一數(shù)據(jù)低于業(yè)界預(yù)期；又于8月再度下調(diào)第四季度業(yè)績(jī)指引，該季度經(jīng)調(diào)整營(yíng)收將位于或低于此前預(yù)計(jì)的68-76億美元區(qū)間下沿。

此前美光首席執(zhí)行官Sanjay Mehrotra在財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示，預(yù)計(jì)智能手機(jī)銷量將較去年下降約5%，而個(gè)人電腦銷量可能比去年下降10%，美光正在調(diào)整產(chǎn)量增長(zhǎng)，以適應(yīng)需求的減弱。不過(guò)，TrendForce集邦咨詢8月在最新的研究指出，受到高通脹沖擊，全球?qū)τ谙M(fèi)市場(chǎng)普遍抱持并不樂(lè)觀的態(tài)度，基于周期性的換機(jī)需求以及新興地區(qū)的新增需求帶領(lǐng)下，智能手機(jī)生產(chǎn)量仍會(huì)小幅上升。

SK海力士此前也預(yù)測(cè)，由于搭載存儲(chǔ)器的電腦和智能手機(jī)的出貨量將低于原來(lái)的預(yù)測(cè)，并且服務(wù)器用存儲(chǔ)器的需求也因客戶的庫(kù)存優(yōu)先出貨，預(yù)計(jì)下半年的存儲(chǔ)器出貨量將有所放緩。不過(guò)中長(zhǎng)期來(lái)看，數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)器需求將持續(xù)成長(zhǎng)。

三星、SK海力士、美光、西部數(shù)據(jù)、鎧俠等存儲(chǔ)器原廠在最新財(cái)報(bào)中均表示雖然部分市場(chǎng)需求疲軟，但都堅(jiān)定看好產(chǎn)業(yè)未來(lái)前景，各原廠保持堅(jiān)定的信心也為存儲(chǔ)器市場(chǎng)掃去部分陰霾。

據(jù)TrendForce集邦咨詢最新研究顯示，NAND Flash仍處于供過(guò)于求狀態(tài)，但該產(chǎn)品與DRAM相較更具價(jià)格彈性，盡管預(yù)期明年上半年價(jià)格仍會(huì)走跌，但均價(jià)在連續(xù)多季下滑后，可望刺激enterprise SSD市場(chǎng)單機(jī)搭載容量成長(zhǎng)，預(yù)估需求位元成長(zhǎng)將達(dá)28.9%，而供給位元成長(zhǎng)約32.1%。

結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，NAND Flash市場(chǎng)前路雖柳暗，但花明。同時(shí)，NAND廠商馬不停蹄地研發(fā)，今年有的再上升一個(gè)臺(tái)階，有的還在停步研發(fā)，最終誰(shuí)先觸抵NAND Flash層數(shù)天花板，我們靜待觀之。

審核編輯 ：李倩