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作者： MemBlaze 李月宽
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2016年，NAND的存储密度首超磁介质达到1.69Tb/in2(Tb 每平方英寸) 1.69Tb/in2(Tb 每平方英尺)，而磁介质密度则为1.3Tb/in2。值得注意的是，NAND的存储密度仍然呈现高速增长的趋势，2017年将达到2.77Tb/in2，持续拉大与磁介质的差距。IDEMA的调研结果（如下图）可以清晰的看到NAND的优势。
NAND与磁介质存储密度发展
2D-NAND时代，MLC成就了企业级固态硬盘
NAND在存储密度发展能够一直在快车道上主要取决于三个关键因素。首先要说的是Cell的种类，按照每个cell能存储的bit数分为SLC、MLC、TLC和QLC几种，其中QLC（每个存储单元存储4bit）还在研究阶段，没有进入市场，本文不再加入讨论。
SLC、MLC及TLC特性对比（均为2D-NAND）
SLC虽然耐擦写能力等指标都明显优于其他两种Cell，但是由于成本过高并没有得到大规模应用。在2D-NAND时代，MLC在耐擦写能力、出错率等特性上取得了非常好的平衡，加上ECC、磨损均衡等一系列核心技术的支持，采用MLC的SSD能够应对绝大多数企业级应用场景，而最终成为数据中心中SSD配备最广泛的NAND。
值得一提的是PCIe SSD这一形态，2013年Memblaze发布的PBlaze3采用MLC，性能可以达到75万IOPS（4K随机读）、3.2GB/s读带宽以及80 μs/14 μs的读/写延时，这样的性能较主流SATA SSD提升了数十百倍。性能上质的提升使得NAND在企业数据中心中应用进入一个新的时期。
制程缩减遇到瓶颈 3D-NAND破局
NAND的制程是另一个影响NAND存储密度的关键因素。2D NAND从早期50多nm到19nm，最后发展到了16/15nm。每次制程的升级都将NAND存储密度提升到新的高度，但是NAND闪存的制程工艺是双刃剑，容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降，因为工艺越先进，NAND的氧化层越薄，可靠性也越差，厂商就需要采取额外的手段来弥补，但这又会提高成本，以致于达到某个点之后制程工艺已经无法带来优势了。
最后也是非常重要的就是3D-NAND的出现。2D-NAND制程上的瓶颈催生了3D-NAND技术的出现。简单的说3D-NAND就是通过堆叠方法提高存储密度，其与2D-NAND的区别类似高楼大厦与平房的区别。2015 年Samsung、Toshiba、Micron和SK Hynix 3D NAND开始大量上市3D NAND。3D NAND从2013年开始24层逐渐发展为32层，到今年的48和64层，预计明年达到96或者128层。
就NAND本身而言，当前存储密度最高的无疑是3D-TLC，而在这个基础上堆叠更多层和缩减制程是两个重要的方向。下面是四大NAND厂商的3D-TLC产品。
Micron B0KB 3D TLC 384Gb。
Toshiba 3D BiCS2 TLC 256Gb
SK Hynix 3D-v3 TLC 256Gb
Samsung 3D-v2 TLC 256Gb
3D-NAND未来初探
当下NAND市场的状态如何呢？集邦咨询半导体研究中心（DRAMeXchange）最新研究显示，随着下半年各家原厂最新64层堆栈的3D-NAND Flash产能开出，在三星及美光等领头羊带领下，预估第三季3D-NAND Flash产出比重将正式超越50%，成为 NAND Flash市场的主流制程。经过数年的技术积累，2017年迎来了NAND从2D到3D过渡的拐点。
3D-TLC存储密度大，但是相比MLC，出错率更高，必须要有更高效、纠错能力更强的技术支持，这就是LDPC（Low Density Parity Check Code，低密度奇偶校验码）。那么LDPC的秘密在哪？这将是下篇文章所要讲的内容了。
参考文献：
《Estimating Intel-Micron 32-layer 3D NAND Die Size》http://www.anandtech.com/show/9116/estimating-intelmicron-32layer-256gbit-3d-nand-die-size
《ISSCC 2017 TRENDS》http://isscc.org/doc/2017/ISSCC2017_TechTrends.pdf
《集邦咨询：3D-NAND Flash第三季产出比重将突破50%大关，正式成为主流制程》http://m.dramx.com/special/view/8739.html
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