当前数字数据正以爆炸性的速度增长。预计到2025年，世界产生的数据将比两年前多10倍。随着2D NAND容量接近其技术极限，而全球数据领域也在不断扩大，对3D NAND的需求将不断增长。目前，基于3D NAND技术的闪存产品已经取代了企业，数据中心和客户端存储中的传统硬盘驱动器（HDD）。
图1.根据联合市场研究公司（Allied Market Research）发布的3D NAND闪存市场报告，从2016年至2022年的复合年增长率（CAGR）为33.7％，到2022年，全球3D NAND市场将超过390亿美元。
以下3D NAND优势推动了其广泛使用：
- 每个die的密度更高。2D到3D NAND架构的可扩展性发生了变化，并且解决了存储容量限制，在不增加封装面积的情况下，可以提供更高的存储密度，降低每比特成本。
- 图2.随着平面（2D）NAND的处理节点变小，单元将易于泄漏电子，从而导致越来越多的电子被困在存储单元中。相反，3D NAND通过die堆叠实现了更高的密度，保持电子的数目相一致，具有更高的可靠性。
- 更高的耐久性。在2D NAND中，芯片密度随着工艺的缩小而增加，从而导致单元级的耐久性降低。更具体地说，将存储单元紧密地挤压在一起，这意味着较高的单元间干扰。3D NAND通常可以放宽NAND光刻技术，并通过堆叠实现可扩展性，从而减少单元间干扰并提高驱动器可靠性和耐用性。
图3.3D NAND中单元之间的干扰减少，具有更高的耐久性。
图4.仔细研究3D NAND如何在可扩展性和单元结构方面带来的变化。3D NAND的宽松光刻技术可以防止单元之间的干扰，而2D NAND中的工艺会导致单元彼此挤压得更紧密。
-
Technology
2D NAND
3D NAND
Image
Capacity
Max. 128 GB
Currently up to 1 TB
(Space for future increase)Design
Floating Gate
Floating Gate or Charge Trap
Industrial Temperature Support
Available
Available
Performance
Slower
Faster
表1.2D和3D NAND闪存特性
在工业和嵌入式应用中使用3D NAND的注意事项
工业和嵌入式应用肯定可以从3D NAND的耐久性，容量和性能提升中受益。但是，由于这些应用的使用范围更加广泛，并且在恶劣环境下运行时对可靠性的要求也更加严格，因此，必须结合其他重要因素，认真考虑3D NAND在工业和嵌入式中的应用场景。
“ 3D NAND正在实现更大更快的存储容量；但是，速度、容量和性能并不是工业应用唯一考虑的因素。我们需要的存储设备非常可靠，能够在最恶劣的条件下，长期可靠的运行。” ATP电子全球营销副总裁Marco Mezger说。
工业温度范围内的可靠性
基于ATP 3D NAND的产品采用美光浮栅架构，目前已投入量产的。这是一种经过验证的技术，适用于工业环境温度和其他环境可靠性要求，使其成为工业和嵌入式应用的理想解决方案，这些应用通常必须承受-40°C至85°C的温度。产品经过持续低温，持续高温和交叉温度曲线的严格测试，在耐久性、各种数据模式和数据保持方面都具有很高的可靠性。然后将这些特性用于批量生产筛选过程中，以确保在现场工作条件下设备的可靠性。ATP 3D NAND闪存产品为工业和嵌入式应用提供宽温度，出色的可靠性和数据保持能力。
ATP目前还在开发基于3D NAND的新产品，该产品采用电荷捕获型结构NAND架构。未来的产品线将基于浮栅3D或电荷捕获型3D结构解决方案，其使用根据应用需求而有所不同。
器件密度
工业和嵌入式系统实际需要多少存储空间？数据存储管理员必须实施有效的容量规划，以便分配预算。由于3D NAND具有更大的容量和更低的每比特成本，因此3D NAND的成本效益在更高的密度下尤为明显，大多数批量生产3D NAND，单个NAND裸片至少3 2 GB。尽管许多工业和嵌入式应用仍使用比企业和客户端更低的存储密度，但是3D-NAND技术所带来的突破性容量，使其成为需要高密度海量存储应用的理想选择。
根据Mezger的说法，“ ATP将提供各种尺寸和性能的3D NAND，以满足高密度需求，同时继续生产和提供2D NAND更低密度的工业级存储设备，从而满足了工业和嵌入式应用的各种存储需求。”
图5.全球3D NAND的应用正在增长。3D NAND正被应用于更高密度的设备中，对于嵌入式SSD ，通常为128 GB或更高；对于可移动存储，通常为64 GB或更高。
数据结构大小
在为工业应用选择正确的NAND技术时，通常应仔细考虑使用情况或工作负载，包括诸如数据类型/大小，读/写，顺序/随机访问等因素。
3D NAND具有更高裸片密度和更大容量的优势；但是，鉴于闪存的特性，3D NAND仍以页和块的形式组成，并且通常具有更大的数据结构。在从2D到3D的任何更改中，驱动器级别的效率（包括吞吐量，写入放大和缓存利用率）将有所不同。这比2D NAND处理节点之间以前的数据结构更改更为重要。
ATP针对工业和嵌入式应用，进行了3D NAND的优化
3D NAND在工业和嵌入式应用中将被广泛采用，ATP作为领先的工业存储制造商，使有机会展示其超过25年的专业知识。
先进的生产能力
ATP在自己的专用工厂中生产3D NAND闪存产品，展示了其先进的工艺（例如沉积和蚀刻）能力。ATP针对不同应用，提供创新的3D NAND封装，满足了市场对各种大容量产品的需求。ATP的高端制造设施能够进行NAND晶片裸片加工，甚至是高密度裸片球栅阵列封装（SDP / DDP / QDP / ODP / HDP BGA）。这大大简化了供应链，提高了灵活性，缩短了交货时间。
计划中的电荷捕获技术正在进行中，以提供基于电荷捕获技术的3D NAND产品，用于需要更高耐久性和吞吐量性能要求的应用。
增强的耐久性和可靠性
先进的机制可确保驱动器更长的使用寿命，并具有多年的可靠性能。通过严格的工业温度测试，具有工业温度等级（-40°C至85°C）的ATP 3D NAND产品可以承受恶劣的环境条件。ATP电源保护器提供高级电源保护，以确保电源故障时的数据完整性。ATP自动刷新和动态数据刷新不仅检查错误位，而且还检查频繁读取区域和很少读取区域中的读取计数，以防止数据损坏并避免由于读取干扰和数据保留问题而导致数据丢失的风险。
图6.基于3D NAND技术的工业级ATP闪存产品专为严格的工业和嵌入式应用设计
结论
3D NAND在当今的企业，数据中心和客户端存储中得到了广泛的应用。这项创新技术突破了2D平面NAND的局限性，能够以更高的密度，耐用性和性能进行存储。
在工业和嵌入式领域，ATP的3D NAND解决方案不仅因为上述优点，而且由于其在宽温度范围内的耐久性和出色的数据保持能力而受到关注。随着3D NAND不断改变存储格局，ATP的IC筛选，严格的测试和制造能力可确保3D NAND解决方案满足工业和嵌入式应用的可靠性要求。
更多信息，请访问ATP网站或联系ATP代表/经销商。