專家傳真-4D-NAND快閃來了

一.NAND回顧:2D-NAND是「樹」,3D-NAND是「林」

1984年是2D-NAND的「發明元年」,它是「快閃之父」Fujio Masuoka博士所發明的。 其獨特「串聯」排列和Z軸垂直對稱擦寫架構,創造出了史上最強微縮、最低功耗、最低成本的歷史記錄。其容量增加的速度,超越了「摩爾定律」,以2016年最細工藝15奈米而言,單晶容量128Gb(128x10⁹ bits)、年產值400億美元傲人的成績,就已打敗了舊龍頭DRAM,躍登記憶體的新盟主。

30年來,全球2D-NAND,設計和工藝等關鍵技術大都源自東芝,具統一特點。如單「樹」般聳立於2D快閃平原上。三星和海力士分別在1989年與1996年和東芝簽約,付費使用其專利。但美光在英特爾專利傘的保護下,不必付費。而新帝挾其MLC專利作為交換條件,2008年成為合資夥伴,付費亦免了。

2007年是3D-NAND「發明元年」,屬多「樹」齊長的格局。至2017年,經眾玩家十年各自裁培,長大、茁壯、已茂盛成「林」。關鍵專利各自擁有,沒有誰該付誰的負擔。

目前,全球共有四種3D-NAND同時量產中。多數製程有先天性金屬隔離保護措施,長久來2D-NAND資料的干擾問題,自發性地消失,3D-NAND的設計簡化不少。影響所及,資料品質更優、產品壽命更長、讀寫速度比2D-NAND還快兩倍。

回顧NAND容量成長史,從1991年推出8Mb(8×10⁶bits)2D-NAND到2017年512Gb(512×10⁹bits)3D-NAND為止,共花了26年。若以「摩爾定律」每兩年容量變兩倍計算,應只能增加2¹³倍。但實際上,NAND容量卻增加了2¹⁶倍,遠超越「摩爾定律」。3D-NAND延續了2D-NAND「最高容量」、「最低成本」等「優點」,但也遺傳了其「必要之惡」,如「讀寫速度慢」、「資料品質差」等「缺點」。說明了3D-NAND至今仍有很大的成長空間,新玩家紫光、旺宏、Cypress也將陸續推出新型3D-NAND,加入戰局。

二.「東芝嫁女劇」情況:威騰軟硬相逼,東芝進退失據

威騰在「東芝嫁女劇」所扮演的角色,就東芝觀點,係典型的「麻煩製造者」。但威騰咄咄逼人權力從何而來?爰2015年,它以190億美元購併新帝,也依法繼承了東芝與新帝所簽的合資條件。加上兩造均為美國公司,符合日本政府的「國安」條件,結果交易圓滿順利。

但此次東芝釋股案,是為了彌補其在美國核電近百億美元的鉅額損失,自己卻變成了賣家。它機關算盡,一想炒高股價、二想續保經營權、三想技術保密,結果聯合日本政府,祭出以「國安」為由的「排非美、日買家」的歧視條款。雖然仍引來美國博通、威騰、韓國海力士、台灣鴻海等集團的高價競標,但也深受「作繭自縛」的苦果。問題主要出在威騰所玩的兩面手法。它一隻硬手,先向國際法庭申請仲裁,宣稱它有「優先協商權」來嚇退其它買家。另一隻軟手,則聯合「日本產業革新機構」加碼出資至2兆日圓來競標。雖然其搶親價額最低,但其如意算盤係採取「以法逼親」的低聘金策略。此乃需款孔急的東芝無法接受的對待。惟若威騰策略成功,它將很快完成進階至世界第二大NAND公司的夢想,僅次於三星。日後各國「反壟斷條款」如何過關,早已不是它考慮的問題。選親已進入膠著狀態,不是東芝可單獨說了算。

三.「門當戶對」的新定義

2008年,東芝家業遠大於新帝,原本是「門不當、戶不對」的公司,最後會演變成合資夥伴,主因係新帝擁有一套「核彈級」MLC的專利,我取名為「倍數資料,分數成本」專利。在同樣矽面積條件下,當資料存一倍的稱為SLC,成本為1;存二倍的稱為MLC,成本降至1/2;存三倍的稱為TLC,成本降至1/3;存四倍的稱為QLC,成本降至1/4。新帝MLC的 壟斷「設計」能力和東芝的「工藝」在2D專利上是完美互補的。再加上當年三星和新帝的MLC專利訴訟失敗,任何玩家想降低生產成本,均需付MLC使用費給新帝的背景下,最後才導至雙方合資蓋廠。從此新帝市場價值扶搖直上, 威騰選在2015年,以190億美元,買下新帝讓它完美落幕。此例證明相親雙方,若各自擁有同等級專利,就「門當戶對」了。

四.4D-NAND紀元來臨了

4D-NAND是「NAND+類DRAM」混合型記憶體,特徵是啟用一個「一時多工」的「平行架構」,但3D-NAND只能執行「一時一工」。若一到十工同時在4D-NAND系統執行時,其速度將比3D-NAND快一到十倍。如愛因斯坦「相對論」所言, 時間長度已非常數。等效上,時間在4D-NAND系統中變長了,事情就作多了。反之,時間在3D-NAND系統中變短了,事情就作少了。總的來說,4D-NAND設計是集前端高速「揮發性」DRAM和後端極低價「非揮發性」3D-NAND於一身,巧妙地解決了3D-NAND的各式缺點。4D-NAND是「統一型設計」架構,在不改工藝的條件下,可直接應用到各種3D-NAND上。

結論,4D-NAND之於3D-NAND,可媲美MLC之於2D-NAND。不僅可攻慢速、極低單價的3D-NAND市場,亦可切入高速、高單價3D-Xpoint和3D-ReRAM的新興SCM市場,堪稱「一石兩鳥」的「寶石」,也是「非閃玩家」自主圓夢的「聖杯」。4D-NAND紀元來了!

(作者email:peter@aplusflash .com )

(工商時報)

關鍵字:東芝專利
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