2024.12.17| Blog|, |
  • 作为次级存储,3D NAND是人工智能领域的一个被低估的关键技术,它所带来的技术变革为它自身开辟了新的应用机会。
  • 在支持边缘AI应用方面,3D NAND至关重要,因为AI模型需要存储在靠近处理单元的位置。
  • 随着边缘AI应用的增多,3D NAND在多个方面的要求也在不断提升:更高的存储容量、更强的性能、更大的规模以及对设备制造商更高的经济性要求。
  • 长期目标是实现1000层NAND,低温刻蚀技术已成为关键技术之一。

随着各行业对生成式AI(GenAI)的需求加速,内存的重要性进一步增加。嵌入式存储和外部存储解决方案,如SRAM、DRAM和HBM,成为了推动生成式AI应用的关键因素,同时,先进的封装技术也在制造过程中发挥着重要作用。在我们研究中,内存和存储在支持边缘计算推理中的作用越来越重要。这已成为我们研究的一个反复出现的主题。关于为什么边缘推理的重要性可能会超过训练(训练是指人工智能模型的学习过程),可以参见博客文章《人工智能与边缘计算的辩论》。

3D NAND目前在生成式AI领域作为二级大容量存储被广泛应用。它的设计目的是将预训练模型和大数据集存储在靠近主内存和处理单元的位置。这种接近性有助于更快的数据访问,从而提高性能。最近,Counterpoint采访了Lam Research集团副总裁兼总经理Harmeet Singh,他讨论了3D NAND的重要性。

  • 我们的白皮书:‘在AI时代如何实现1000层3D NAND的扩展’
  • 深入了解该话题,请参阅我们与Lam Research的采访。

随着AI模型的不断发展,3D NAND在支持复杂应用中的重要性将愈加凸显。Counterpoint预计,到2030年,整体NAND闪存市场将超过930亿美元,较2023年的400亿美元增长一倍多。

这一巨大的增长伴随着NAND闪存制造商在更高性能、更高良率和降低成本方面的强烈需求;随着3D NAND堆叠逐代增高,应对制造挑战所需的工具和解决方案已经变得至关重要。Lam Research正通过其低温刻蚀技术在3D NAND技术的发展和实施中处于领先地位,这一技术将支持长期的设备端AI需求。

在与Counterpoint的最新对话中,Lam Research副总裁兼总经理Harmeet Singh解释道:“我们正处于AI热潮的初期阶段。预计这一技术将改变整个行业,我们正在与客户紧密合作,帮助他们推动下一代芯片的研发。无论是最先进的逻辑芯片、DRAM还是NAND,这些组件都是支撑AI革命所需的处理能力和存储的关键驱动因素。”

以下是我们对话中的一些要点,完整的采访内容可从我们的网站上找到。

关于低温刻蚀的深入分析

Lam Research预计,低温刻蚀将帮助在未来实现1000层3D NAND芯片,点击此处下载《在AI时代如何实现1000层3D NAND的扩展》白皮书。
AI的无名英雄:NAND
尽管GPU和DRAM在AI进展中常常成为焦点,NAND闪存却在其中扮演着至关重要但常被忽视的角色。从具备边缘AI能力的智能手机到自动驾驶汽车,现代AI驱动的设备都依赖于高容量、可靠的NAND存储来存储模型和进行实时处理。Singh总结道:“NAND是一种固态存储,没有运动部件,具有更高的可靠性和更低的能耗。”他进一步描述了行业如何从2D NAND过渡到3D NAND,通过堆叠层数来增加内存容量。这一演变对于随着设备端AI需求增长而对数据存储需求也不断增加的情况至关重要。更广泛地说,芯片制造商宣布将在本十年内将层数增加到1000层,这推动了增加存储密度的趋势。相比之下,我们预计到2024年底将会有一款300+层芯片开始出货。

垂直扩展中的先驱挑战
AI智能手机、个人电脑、企业服务器、自动驾驶汽车和机器人将是3D NAND增长的关键终端市场,随着层数需求的增加,制造过程的复杂性也随之提高。Singh进一步阐述道:“随着层数的增加,结构的高度也会增加,我们需要刻蚀深而窄的孔——深度大约为10微米,直径仅为100纳米。这种精度相当于钻一个宽度仅为人类头发千分之一的孔。”

芯片制造商正采用多种方式,包括使用创新工具和混合键合技术,以克服容量和性能挑战,降低制造成本并提高良品率。

在应用中找到比特密度、读写速度、功耗、可靠性和成本之间的平衡至关重要。要实现NAND闪存1000层的扩展,所需的技术创新将涉及以上几个维度的创新。

为了解决这些复杂性,Lam Research推出了低温刻蚀技术。

Singh评论道:“从2019年开始,我们开发了低温刻蚀技术,已经进化到Cryo 3.0,能够生产几乎完美的刻蚀图形。我们已经使用低温刻蚀处理了超过500万片晶圆,确立了我们在这一领域的领导地位。”

这应当有助于手机品牌厂商加快3D NAND的发展进程,旨在长期满足日益增长的存储容量和比特密度的需求。

可持续性与未来
可持续性一直是公司关注的重点。“我们的最新Cryo 3.0化学工艺显著降低了能耗和全球变暖潜力。”Singh表示。他进一步强调,脉冲等离子体技术和创新化学工艺为半导体行业的可持续发展做出了贡献。这一新工艺通过低温和精简化学反应提供了一个额外的改进窗口,使NAND制造商能够在保持精确度和均匀性的同时降低环境影响,尤其是在高产量生产中克服AI时代NAND制造的关键难题。

自我维持的循环:AI为AI芯片制造提供支持
谈到Lam Research如何利用AI优化芯片生产,Singh表示:“我们正在利用AI加速我们工艺的发展,通过整合大数据、机器学习和第一原理模型。这帮助我们克服半导体制造中的日益增加的挑战。”