2d跟3d闪存（2D3D4D闪存究竟是怎么回事）

现在很多固态硬盘都将"3D闪存"作为主要卖点，3D闪存究竟是怎样的结构，又如何带来了性能方面的提升？东芝在最新的宣传片中解释了BiCS架构3D闪存的秘密。

3D闪存，并不是简单的将2D闪存垂直堆叠起来。下图就是典型的错误示例：它展示的是将多个闪存晶粒封装到一个颗粒中的过程，而非2D闪存到3D闪存的变化。

在3D发展的过程中，整个闪存结构经历了巨变，从过去以衬底为基础的平面变更为以垂直通道为核心的圆柱结构。同时，闪存用以存储电子的结构也发生变化，从2D时代的Floating Gate浮栅结构进化为更先进的Charge Trap电荷捕获结构。

2D浮栅闪存的电子存储在Floating Gate当中。GIF动图：

电子在Floating Gate中可以自由移动，不受过多限制，这意味着一旦下方的隧道氧化层出现漏洞，电子就非常容易从Floating Gate中泄露，最终导致闪存中用电子表达的数据出错。

3D电荷捕获闪存的电子则存储在圆柱形构建的Charge Trap结构中。GIF动图：

Charge Trap就像是陷阱，能够牢牢锁住陷入其中的电子，对于闪存擦写寿命的延长有着积极的作用。

另外，随着半导体制程的微缩，2D闪存Floating Gate中能够存储的电子数量急剧减少、闪存单元间干扰增大，从而影响到固态硬盘在断电后存储数据的时长。而3D闪存中使用的Charge Trap圆柱形结构有着更大的空间用于储存电子。这是3D闪存耐久度优势的另一个原因。

由于采用了圆柱形的结构，3D闪存的每个存储单元可以在垂直方向串起来，使得整个芯片的面积降低，让闪存的存储密度得到提升的同时，降低了闪存的制造成本。下图是东芝BiCS 3D闪存结构示意。

目前，3D闪存正在固态硬盘、手机、平板、数据中心以及汽车电子等领域快速得到普及，在带来更大容量的同时，还扩展了闪存的写入寿命，同时降低了固态硬盘的价格。

至于今年新出现的所谓"4D闪存"，实则是SK Hynix在FMS2018闪存峰会上提出的3D闪存结构上的一个小改进，将闪存的周围电路放到了闪存阵列下方。闪存堆叠层数的提升才是3D闪存最值得关注的方向，96层堆叠是今年下半年到明年的主旋律，而到2020年，闪存将发展到128层甚至更高，大众普及1TB固态硬盘未来不是梦。