富国银行金融分析师乔·夸特罗奇（Joe Quatrochi）向用户发布了一份说明，描述了NAND行业产能增长的状况。他之所以感兴趣，是因为投资者对公开报价的NAND行业供应商感到好奇。闪德资讯对它提供的技术图很感兴趣。

使用半导体技术（例如气相沉积和蚀刻）在圆形晶圆上构建快速冲模。Flash代工运营商面临一个难题：他们如何提高产能以满足钻头需求？

有五种基本方法。一种是通过在其在晶圆上构建的3D NAND芯片上增加一层来增加每个芯片的容量。第二种选择是向单元添加位-从例如3位/单元（TLC）变为4位（QLC）。

第三种选择是缩小NAND芯片上的物理单元尺寸，这意味着每个晶圆上的芯片数量更多。但是，一个单元可靠地存储重写值的能力，其在写周期方面的耐久性会随着过程大小以及单元位计数的增加而降低，以至于无法进一步发展。

来自行业平均值的指示性值。

第四个选择是让制造商制造更多的晶片，以每月的晶片开工数（wspm）衡量，这意味着一旦工厂的晶片制造能力得到充分分配，就可以建造新的工厂。

第五个选项是同时选择两个或多个这些选项：同时增加层数，位/信元数，物理信元大小和wspm。

来自行业平均值的指示性值。

Quatrochi的研究深入了解了这些选择中涉及的问题。

层数

添加层会增加过程复杂性和处理时间。在64层上蚀刻一个孔比蚀刻一到96层要容易，并且随着层数增加到112、128、144等，难度再次增加。这意味着从晶片上获得好的管芯的良率可能会下降得很严重，蚀刻孔使管芯无效。产量下降意味着晶圆上每TB NAND的成本上升。

NAND供应商和已知的层数计数阶段。

Quatrochi提到了一个长宽比问题，他说：“ 3D NAND的垂直堆叠属性使其越来越依赖蚀刻工艺的精度来利用更高的长宽比，而沉积一致性仍然更加困难。” 

他补充说：“纵横比随着层数的增加而继续增加–估计一个96层设备大约为70：1（相比64L为60：1）。长宽比的持续增加会导致在沉积和蚀刻步骤中出现许多潜在问题，包括不均匀的层，蚀刻不完全（孔未到达底部），弯曲，扭曲以及顶部和底部之间的临界尺寸变化堆栈。”

这些问题可能会使管芯失效，并降低每片晶圆的成品率。

但是，添加图层会增加处理时间，从而增加成本。

Quatrochi写道：“随着处理时间的增加/添加额外的步骤，移至更高的层数将导致更低的wspm。例如，据估计128L单层蚀刻的时间是96L单层蚀刻时间的2倍。” 

如果一台机器花费5天来制造晶圆，那么您可以达到6wspm（将平均月作为30天）。如果需要10天，则减半。供应商不得不问自己一些问题，例如，如果他们的机器用两倍的时间来制造晶圆，通过增加层数使每个芯片的容量增加30％，实际上是否会使他们获得更大的输出容量。

解决由层数增加引起的制造问题的一种方法是由两个或三个单独的子单元（称为线）构建管芯。可以通过将两个48层管芯一个接一个地堆叠来制造96层管芯，即所谓的字符串堆叠。这减小了总的孔蚀刻深度。

字符串堆栈不能提供“摆脱监狱”的卡，但是：“字符串堆栈通过增加步骤可能会增加多达30％的成本。” 相对于能力增加方法，很难平衡过程时间和成本增加。

随着层数的增加和计算变得更加复杂，每个晶片的良好管芯的可能成品率下降的因素。随着制造工艺的调整，产量往往会随着时间的增长而增加，但这并不是一门精确的科学。

每单元位数

另一个复杂因素是每单元计数的位数。正如我们在上面看到的，您也从中得到了越来越多的好处。从SLC到MLC（每单元2位）的更改将使您的容量增加100％。转向TLC（每单元3位）可带来50％的容量提升奖励。但是从TLC到QLC（每单元4位）的过渡意味着提高了33％，而从QLC到PLC（每单元5位）则增加了25％，并且有可能提高到每单元6位容量为20％。

实际产量（每个晶圆TB）可能与理论收益有所不同。Quatrochi写道：“ QLC 3D NAND TB /晶圆估计高达70TB /晶圆；W.数字QLC 112层的TB /晶圆估计比TLC 112层高40％。” 这比我们注意到的理论上的33％增长要好。

NAND位记录质量随单元数的增加而降低。QLC NAND与TLC NAND不同。如上所述，读取和写入位需要更长的时间，并且QLC单元的寿命比TLC单元的寿命短。PLC使情况再次恶化。

SK Hynix 128层晶圆，芯片，U.2和标尺驱动器。

通过添加备用容量（多余的电池）来替换陈旧的电池来进行过度配置会增加成本。如果没有成本优势，将超额配置20％的QLC SSD替换为超额配置50％且具有相同总体耐用性的可用容量PLC驱动器，那将是什么意思呢？

减少层数增益

通过增加层数来提高每个晶片的容量的能力带来了越来越少的收益。从64层移至96层可增加50％的容量。从96层过渡到128层将使容量增加33％。再次增加32层达到160层意味着容量增加了25％。升级到192层将使容量增长降低20％。最终，额外的处理时间和良率问题会抵消收益。 

此时，您可以通过制造更多的晶圆来增加位容量。使用率达到50％的机器可以制造出100％的晶片，而制造的晶片数量却是原来的两倍。之后，您需要更多的机器，这将导致建立一个新的晶圆厂-ker-ching-金额将达到150亿美元。

网：net

由于存在各种NAND裸片生产问题，SSD容量的增长速度趋于放缓。可以在图表中按层数显示行业出货量随时间变化的效果：

我们看到，与64 / 72L NAND相比，将96L NAND提升到行业出货量的70％需要更长的时间（按发布后的季度计算）。100层以上NAND的第一次迭代看起来可能还需要更长的时间。 

NAND和SSD行业在技术上非常富饶。总体上讲，它们并没有用尽容量增加跑道，但是增加容量的成本和困难正在增加，并且死区越来越近，就像单元比特数一样。 

标尺格式的驱动器将增加NAND芯片可用的物理空间。驱动器和主机控制器错误检查技术，通过避免随机写入来减少写入周期以及过度配置将有助于QLC，然后在更多情况下可以使用PLC NAND。更好的工艺技术和材料将有助于缩小电池尺寸。前景乐观。

晶圆和磁盘

这样的层数问题不会影响磁盘驱动器制造商，磁盘驱动器制造商也使用半导体技术在圆形晶圆（称为磁盘）上构建位存储实体，磁畴，并且物理上比NAND晶圆小。磁盘具有一维结构，即单层。HDD制造商的问题是在保持存储的位值稳定且可读的同时缩小位的大小。 

对于当前使用的磁性材料，位面积的收缩减少了位中的电子数量。随着位尺寸的减小，位区域磁场的稳定性在室温下趋于不可预测。

磁盘供应商正在转向能量辅助记录，以通过将位写入更稳定的记录材料来在室温下实现位稳定性和可读性。这在室温下更强地抵抗了磁极性变化。使位区域易于通过热（HAMR）或微波（MAMR）能量发生变化。这带来了自己的问题，但是具有多个层并不是其中之一。

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