NAND Flash 市場競爭白熱化：SK 海力士力圖超越三星

過去多年，SK 海力士在 NAND Flash 領域，甚至包含 NAND 與 DRAM 的整體儲存市場，無論技術或市佔率都落後於韓國競爭對手三星。然而，根據韓媒 Businesskorea 十月底的報導，受惠於 HBM 的成功，SK 海力士半導體部門的年度營業利潤預計將首次超越三星，這也象徵著全球半導體產業競爭態勢的重大轉變。

如今，三星在 NAND Flash 市場的領先地位也正受到 SK 海力士的強烈挑戰。截至 2024 年第二季，三星仍以 36.9% 的市佔率穩居龍頭，但 SK 海力士（包含 SK Hynix 與 Solidigm）的全球 NAND 市佔率已從 2020 年的 11.7% 成長至 22.5%。報告更指出，若此趨勢持續，單就 SK 海力士而言，其年度市佔率預計將在 2024 年首次突破 20%。

SK 海力士推出 321 層 TLC NAND Flash，率先超越三星

上個月的韓媒報導指出，SK 海力士已超越三星，成為業界首家量產 321 層三層單元 (TLC) NAND Flash 的公司。此技術突破將以更實惠的價格實現更高容量的儲存。

SK 海力士近期發表了新的 1 兆位元 4D NAND 晶片，再創紀錄。不到一年前，該公司才率先推出 238 層 NAND。321 層的突破同樣意義重大，因為它能顯著提升消費級和企業級 SSD 的儲存密度，使容量超過 100TB 的 SSD 價格更具競爭力。此技術尤其適用於人工智慧資料中心，以及其他需要高效能儲存的應用。

SK 海力士透過精巧的製程最佳化，將 300 多層堆疊至單一 NAND 中。其新的「Three Plugs」技術透過最佳化的電氣連接製程，同時連接三個儲存層的垂直通道。此製程以卓越的製造效率著稱，並採用具自動對準校正功能的低應力材料。SK 海力士透過開發新的低應力材料和自動對準校正技術，克服了連接多層可能產生的應力和對準問題，確保製造過程順利進行。新製程也透過重複使用與 238 層 NAND 相同的平台，將生產效率提升了 59%。這些效率改進意味著市場上將出現效能更佳、成本更低的產品。該公司聲稱，與 238 層 NAND 相比，新的 321 層晶片資料傳輸速度提升了 12%，讀取速度提升了 13%，能效提升了 10% 以上。

SK 海力士計畫逐步擴大 321 層產品的應用範圍，瞄準需要低功耗和高效能的新興人工智慧 (AI) 應用。SK 海力士 NAND 開發主管 Jungdal Choi 表示，這項進展使該公司更接近引領 AI 儲存市場，包含用於 AI 資料中心和裝置端 AI 的固態硬碟 (SSD)。他指出，SK 海力士正透過擴大其在超高效能 NAND 領域的產品組合，以及以高頻寬記憶體 (HBM) 為主的 DRAM 業務，朝向成為綜合 AI 記憶體供應商的方向邁進。

韓媒 Chosun Biz 指出，雖然 SK 海力士在 NAND 市佔率方面仍落後於三星，但其在垂直堆疊單元技術方面處於領先地位，這顯示 NAND 市場可能發生重大變化。

三星積極應對，開發 400 多層 3D NAND

面對 SK 海力士的挑戰，三星也積極應對，據報導，三星目前正在開發 286 層的第九代 3D NAND，並正著手研發 400 層技術。此消息透過 2025 年 IEEE 國際固態電路會議議程發表透露。

據介紹，這款 1 兆位元 NAND 晶片的密度為 28 Gb/mm2，層數超過 400 層，採用三級單元 (3b) 格式，將成為三星 V-NAND 技術的第十代產品。第九代晶片採用雙串堆疊，有 2 x 143 層，有 TLC 和 QLC（四位元/單元）兩種格式。第九代 V-NAND 支援高達 3.2 Gbps 的資料速度，而新的 400 層以上技術則支援每針 5.6 Gbps，速度提升了 75%。此速度似乎既適用於 PCIe 5，也適用於速度快兩倍的 PCIe 6 互連。

在 400 層的 NAND 上，預計將採用三層堆疊架構，而非目前的雙層堆疊設計。此進展充分利用了三星在層數方面的領先優勢，因為它是唯一一家能夠在單一堆疊中生產超過 160 層的公司，而競爭對手只能達到 120-130 層。若三星選擇三層堆疊方法，該公司可望實現驚人的 480 層。

其中，「WF-Bonding」是三星實現此層數的關鍵技術。據介紹，這是一項名為晶圓到晶圓鍵合的技術，其中兩個獨立的 NAND 晶圓（其上已製造單元和/或電路）相互連接。此鍵合使每個晶圓的製造製程在可擴充性、效能和良率方面得到最佳化。

三星表示，此方法將實現具有大儲存容量和卓越硬碟效能的「超高」NAND 堆疊，非常適合 AI 資料中心的超高容量固態硬碟 (SSD)。據該公司稱，此晶片被稱為鍵合垂直 NAND Flash，或 BV NAND，是「人工智慧的夢幻 NAND」。

2013 年，三星率先推出 V NAND 晶片，推出垂直垂直儲存單元。據三星稱，其 BV NAND 單位面積密度提高 1.6 倍。

三星計畫於 2027 年推出 V11 NAND，進一步開發其速度驚人的技術，將資料輸入和輸出提高 50%。該公司還計畫推出 SSD 訂閱服務，面向希望管理高昂 AI 半導體投資成本的科技公司。

其他廠商亦步亦趨

由於分層競爭激烈，預計 2025 年 NAND 時代將進入 400 層，2027 年將達到 1000 層。韓國業界專家認為，三星、SK 海力士、美光等都將在 2025 年推出 400 層 NAND 產品。至於 1000 層 NAND，也是包含鎧俠在內所有 NAND 廠商的目標。

美光早在 2022 年就發表了將 NAND 層數增加到 400 層以上的藍圖。據報導，在此產品中，他們將使用雙堆疊技術，即將兩個 3D NAND 晶片堆疊在一起。這克服了半導體製造中的難題，例如隨著層數的增加，需要在層間蝕刻連接孔。隨著孔深度的加深，這些孔的側面可能會變形，並阻止 NAND 單元正常運作。美光表示，其重點是 QLC（四位元/單元）NAND，但並未提及使用 PLC（五級單元）將單元位數增加到 5，WD正在研究這項技術，Solidigm 則還在開發中。

WD則認為，層數稍高並不具有內在優勢，因為它正橫向縮小單元尺寸（寬度和長度），並透過增加層數來增加晶片高度。這兩種技術的結合意味著它可以將晶片密度提高到與競爭對手相同或更高的程度，且層數更少。

展望未來，1000 層也成為了各廠商的目標。例如鎧俠在今年於首爾舉行的國際記憶體技術研討會上表示，公司制定了雄心勃勃的藍圖，到 2027 年實現驚人的 1,000 層 3D NAND Flash。三星之前也曾表示，計畫在 2030 年之前開發出層數超過 1,000 層的 NAND，但要實現此目標絕非易事。

據日媒 PC Watch 報導，鎧俠的預測是基於過去的趨勢推斷，並改進了現有的 NAND 單元技術。該公司預計，NAND 晶片密度將在三年內達到 100 Gbit/mm2，儲存單元層數為 1,000。要