三星V-NAND，获得更多的容量速度、耐用性和电源效率。
传统的 NAND 技术跟不上不断增长的数据需求
介绍
数据流量在全球范围内继续呈爆炸式增长，推动了 NAND 闪存的极限。由于性能和可靠性的严重下降，当前 2D 平面 NAND 技术的固有局限性阻碍了容量扩展。由于 2D 平面 NAND 无法随着数据需求的指数级增长而有效扩展容量，因此必须探索新的解决方案。
三星垂直 NAND (V-NAND) 闪存技术提供了一种创新的解决方案来满足不断增长的数据需求。通过在三维结构中垂直堆叠存储单元，消除了容量限制引起的性能和可靠性问题，开启了 3D 存储功能的新世界。所有用户，无论是最终消费者还是数据中心，都可以在以数据为中心的新世界中以更低的成本获得平稳、可靠的性能。
三星 V-NAND 内存技术
三星革命性的 V-NAND 技术采用创新设计，将单元层堆叠在一起，而不是试图减少单元的长度和宽度以适应当今更小的外形尺寸。这种 V-NAND 架构使用更小的占用空间来消除模式限制，从而实现更高的密度，并实现更大的可扩展容量以满足当前和未来的数据需求。
传统二维平面NAND技术
NAND 闪存芯片由平面上的存储单元组成，可实现存储器写入功能。更多的单元等于更大的存储容量。制造商努力缩小电池以在更小的空间内安装更多的电池。在 15 年中，电池尺寸从 120 nm 增加到 19 nm，容量增加了 100 倍。如今，细胞尺寸已达到 1x nm。
小区间干扰
当一个单元中的电荷流入相邻单元，造成单元间干扰，从而导致数据损坏时，持续缩小会带来技术挑战。当单元尺寸低于 20 nm 时，干扰的机会会急剧增加，从而使其变得不可靠
令人望而却步的图案
图案化是一种光刻工艺，利用光将几何图案从“掩模”转移到芯片基板上的“光致抗蚀剂”以创建电路。对于 1x nm 大小的电池，光无法穿透掩模。或者，有效的较短波长光设备成本过高。
材料创新
三星的 V-NAND 闪存采用电荷陷阱闪存 (CTF) 技术，拥有单元间无干扰结构。CTF 的基础是氮化硅 (SiN) 的非导电层，它可以暂时捕获电荷以保持电池完整性。该层已被修改为三维形式，包裹在单元的控制栅极周围，充当保持电荷的绝缘体，从而防止由单元间干扰引起的数据损坏。
结构创新
V-NAND 单元层的垂直集成需要使用通道孔技术。该技术允许电池通过贯穿每一列堆叠电池的圆柱形通道相互垂直连接。32 层单元堆叠连接到超过 20 亿个通道孔，这些通道孔从 NAND 的顶层蚀刻到底部。从上往下看，可以在指甲盖大小的 128 GB NAND 芯片上看到所有这些孔。
集成创新
圆柱形通道允许细胞层垂直无缝集成。三星在 2013 年推出了第一个商业化的 24 层 V-NAND，并在 2014 年开始量产 32 层。
V-NAND 技术带来的好处在几个关键领域改进了内存：
- 高质量数据的能力
- 速度更快的性能
- 耐力以获得更多流量
- 资源节约效率
图案化。然而，创新的 V-NAND 设计实现了容量突破，允许堆叠多达 100 层的单元，并有可能将密度扩展到 1 太比特 (Tb)。作为参考点，2D平面NAND的密度上限只能达到V-NAND的最小密度。
更多层意味着更多容量
NAND 闪存容量取决于可填充 NAND 芯片的存储单元数量，因此，需要缩小单元以将更多单元装入更小的空间。三星 V-NAND 技术通过将单元垂直分层为三维堆栈来提供更大的容量，从而实现更高的单元密度。因此，专业人士和工作量大的用户可以在更长的时间内存储和操作数据，并大大提高容量。
即使单元继续缩小到 1x nm 以上，2D 平面 NAND 设计的局限性也阻碍了超越用户当前体验的 128 GB 最大组件密度的能力。这些限制是由于电池间干扰和禁止性导致的可靠性下降
创新算法意味着更快的性能
NAND 闪存速度取决于写入数据的程序算法的复杂性。传统的 2D 平面 NAND 闪存需要煞费苦心地开发非常精确的复杂程序算法集，以防止因单元间干扰而导致的数据损坏。运行这些高度复杂的算法需要额外的时间来写入数据，从而导致速度变慢。
由于三星 V-NAND 技术几乎不受单元间干扰的影响，由于其 CTF 技术，它可以更快地写入数据。使用独特的程序算法，三星的 V-NAND 闪存可以将写入速度提高两倍，从而获得更好的性能。
更少的压力意味着更长的使用时间
NAND 闪存芯片的寿命受单元材料和结构产生的电场的决定性影响。更高的电场会给芯片带来更大的压力，进而降低其耐用性。V-NAND 技术独特的材料和结构降低了其电场，从而提高了其耐用性，从而可以在更长的时间内处理更多的数据流量。
二维平面 NAND 存储单元部分由允许电荷通过的导体组成。导体以及平面结构会产生相对较高的电场，这会降低其耐久性并缩短其使用寿命。相比之下，V-NAND 单元稍大，并采用基于 CTF 的绝缘体，使其能够容纳更多电荷。V-NAND的材料和结构差异有助于
它可以产生较低的电场，使其更耐磨损并降低电池间干扰的风险。结果是 V-NAND 承受的压力更小，耐用性更高
– 是 2D 平面 NAND 的两倍。
更少的编程步骤意味着更少的功耗
为了抵消单元间干扰的不良影响，传统的 2D 平面 NAND 闪存必须执行更多的编程步骤，这与功耗的增加直接相关。由于三星的 V-NAND 技术消除了干扰问题，编程步骤的数量已大大减少。因此，功耗可大幅降低多达 40%。
结论
传统的 2D 平面 NAND 技术已达到其存储容量的极限，这是由于单元间干扰和令人望而却步的光刻图案所证明的结构和材料问题。三星 V-NAND 闪存技术通过其革命性的垂直三维设计克服了这些挑战，该设计使单个单元免受干扰并增加密度以消除图案化限制。
此外，V-NAND 闪存创新提供更高的单元密度以实现更大的容量、简化的编程以提高速度和功率效率，以及坚固的材料以实现更高的耐用性。三星 V-NAND 闪存是处理当今不断增长的数据需求的明智选择。
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