什麼是 3D NAND？運作方式為何？

什麼是 3D NAND

3D NAND 也稱為垂直 NAND（V-NAND ）。這是一種非揮發性快閃記憶體，電晶體晶粒中的快閃記憶體單元會垂直堆疊，以增加儲存密度。您在單一電晶體晶粒上堆疊的單元層越多，資料完整性也不會受到重大損害，儲存密度就越大。

3D NAND 如何運作？

典型的快閃記憶體晶片透過將資料儲存為電路中的電壓狀態來運作。要了解 3D NAND 的運作方式，請務必先了解 NAND 單元的內部運作。

NAND 代表什麼？

NAND 代表 “NOT AND”，指管理 NAND 單元內部電路的布林運算子或邏輯閘。只有在兩個輸入都為 TRUE 時，NAND 運算子才會產生假值。

快閃記憶運作的基礎

最基本的 NAND 單元是由兩個閘極組成的電晶體：

控制閘，電連接至電路的其餘部分，允許對單元進行編程。
一個與電路電氣隔離的浮動閘，允許其在無電力的情況下儲存電荷。

浮動閘夾在兩層隔離層之間，控制閘在頂端，通道連結源在下面排放。

要對 NAND 單元進行程式編輯，需要將電壓施加至控制閘，該控制閘允許通道中的電子克服第一隔離層及通道進入浮動閘中的臨界電壓。當浮動閘充電時，資料會有效儲存，且儲存格的二進位值會設為零。

若要清除電池芯，必須在整個來源與排放處施加高電壓，以在控制閘中產生負電壓。這樣一來，被困在浮動閘中的電子就能穿過底部隔離層進入通道，有效清除單元，並將二進位值設定為 1。

為何要垂直堆疊 NAND 單元？

隨著電池芯尺寸的減小，單電晶體平面上電池芯之間的距離也會減小。當您認為快閃記憶體在單一電晶體單元內儲存電壓狀態時，會特別造成問題。電子從電池芯中漏出，對持久的記憶體儲存來說不太好。將 NAND 單元垂直堆疊到層中提供了幾項優勢，最值得注意的是，能夠將電晶體單元隔開，以避免鄰近單元的干擾。這可改善細胞的穩定性和壽命。

3D NAND 在快閃技術的演進中適合哪些領域？

3D NAND 技術在幫助業界跟上摩爾定律方面發揮了重要作用，儘管實際上限制了讓單元變小。以下概述此項技術的發展沿革：

單層儲存單元（SLC）快閃：每個單元中儲存一個位元資料，共有 2 種電壓狀態
多層單元（MLC）快閃：每個單元中儲存兩個位元資料，共有 4 種電壓狀態
三層單元（TLC）快閃：每個單元中儲存三個位元資料，共有 8 種電壓狀態
四層單元（QLC）快閃：每個單元中儲存四個位元資料，共有 16 種電壓狀態

每當後續世代，您都會將電壓狀態增加一倍，進而增加每個單元的位元數。您可能想像，處理單一單元上多種電壓狀態的複雜性需要更高的電氣精確度，這可以降低 NAND 裝置的效能和壽命。

一般情況下，SLC 速度最快、最穩定，而 QLC 則能提供您最大的容量。儘管如此，重要的是要注意，效能與耐久度之間的取捨是相對的。快閃的效能仍比 HDD 高出許多，隨著技術進步，更高層級單元的穩定性也隨之提升。TLC NAND 的耐久度限制恐懼已逐漸被解決，讓現今的資料中心得以享受現代 TLC NAND 的高效能、可靠性和速度。