去年三星率先发布的3D V-NAND技术，所有相关介绍都说其可以使SSD实现更高的存储密度、写入速度、更低的功耗以及更高的稳定性，让大家对其抱有很高的期望。就在本月，采用3D V-NAND技术的三星 850PRO和850EVO正式发布，这也意味着3DV-NAND已经实现商品化，那么全新的3DV-NAND技术的表现究竟如何呢？

3D V-NAND技术揭秘

        作为闪存芯片（NAND)制造的新技术，3D V-NAND主要从结构方面对闪存芯片进行了改进。在之前的闪存芯片中，采用的都是2D平面设计的存储单元（Cell）技术。使用3D V-NAND技术之后，则将闪存芯片中的晶体管竖了起来，然后用绝缘体和控制栅极环绕包围这这些晶体管，这样就形成了一个“站立”起来的同轴结构体。将这些同轴结构体一层层向上堆叠，形成多层结构，就构成了3D V-NAND的基本形态。

闪存芯片传统结构（左）和3D结构的对比（右）

        不难看出，使用3D V-NAND技术之后，好比让平房变成了高楼，就能在同一面积的闪存芯片中装入更多的存储单元，有利于增加单位面积内的存储容量。去年最早发布的3D V-NAND技术，只能堆叠24层，而在刚刚发布的三星新款850pro和850evo中，已经能实现32层的堆叠。

3D垂直堆叠技术的进化

生产难度增加，导致容量、价格表现不尽如人意

        一般来说，新技术刚刚出现的时候，由于生产工艺的变化，在良品率上很可能会遭遇一些问题，在首批上市的新产品上不得不做出一些妥协，3D V-NAND也不例外。比起传统的2D平面闪存，3D V-NAND闪存的制造工艺要复杂得多。因为要让多层闪存芯片堆叠起来，需要经过蚀刻出各种不同的层、为氮化硅圆柱通道蚀刻孔洞、分割字线的开槽、下达字线的穿孔等复杂的工序。据三星统计，光是芯片穿孔，一颗芯片上需要弄出25亿个蚀刻孔洞，要完成这样巨大的蚀刻工作量，厂家必须对生产线和生产工艺进行复杂的调整。

        正是32层层叠的3D V-NAND制造过程相当复杂，三星不得不使用略显“古老”的40nm制程来提升良品率。与现在主流闪存芯片上普遍使用的19nm/21nm/25nm制程相比，40nm工艺的产品在集成度上可不止是相差一倍，而是差4倍！事实上，三星不仅降低了制程，还将3D V-NAND存储单元的密度降低了一倍。

        以上的妥协，极大地影响了3D V-NAND存储单元的密度，所以在采用3D V-NAND的新款850PRO上，其使用的闪存芯片单颗容量比840PRO仅提升了一倍，从64GB提升到了128GB，而850EVO在单颗闪存容量依然为128GB，不大的进化，让不少人大失所望。

        另一方面，低价一直是3D V-NAND的亮点之一，从理论上来看闪存芯片存储密度增加之后，可以简化整个SSD的结构，那容量单价自然就下来了。但是具体到目前的3D V-NAND来说，存储密度未增加，而且制造过程反而复杂了，因此使用3D V-NAND的新款SSD价格反而上涨了20%左右。当然，850系列的价格上涨还有其市场原因，毕竟目前只有三星一家推出了搭载3DV-NAND的SSD，其他厂家还没跟上。当新产品刚上市，为了给以后产品降价留下一定空间时，在这种情况下，初始期间高定价也是必然的事。

寿命增长最令人惊喜

        SSD的寿命是大家一致很担心的问题，为什么SSD有寿命的限制呢？这还要从SSD采用的传统浮栅极晶体管说起。浮栅极晶体管依靠电子穿过隧穿氧化层来记录数据，从而实现存储的目的。但电子每一次穿越氧化层，都会给这层二氧化硅绝缘层带来损害，这就叫隧穿效应。当多次改写数据之后，电子隧穿就可能导致绝缘氧化层彻底损坏，这个存储单元就彻底损坏了。知道这一原理，也就可以知道为什么随着制程的进化，SSD的读写寿命反而缩短了，因为随着制程进化，这层氧化层的面积小了，这样电子隧穿集中在有限面积内，这自然会导致隧穿效应危害加剧，寿命进一步缩短了。

传统浮栅极MOSFET隧穿效应容易造成氧化绝缘层损坏

3D V-NAND通过改变氧化层材料和接触面积延长SSD寿命

        而在3D V-NAND中，闪存芯片的结构发生了变化，不仅用氮化硅取代原有的二氧化硅作为绝缘层，减少隧穿效应的影响。同时用绝缘层包围着通讯通道，这样，绝缘层与通讯通道之间的接触面积也就相应增加了，如此一来，隧穿对绝缘层的损坏分布在不同的地方，很难造成局部击穿，导致存储结构损坏。这也就是三星宣传3D V-NAND可以延寿十倍的原因。

        当然，寿命的提升，很难用实际的测试来进行体现，但从850PRO系列的质保期从五年延长到十年，850EVO系列的质保期从三年延长到五年可以看出，三星对于这一技术提升寿命有很大的信心。在这点上，3D V-NAND让我们感到满意。

性能只是小幅提升

        从理论上看，3D V-NAND绝缘层的改进和接触面积的增加，都令存储间的干扰降低，这样，存储结构更加稳定，编程时间就可缩短，从而提升SSD性能。

三星850EVO（左）在性能上并未与840EVO（右）拉开明显差距

        从实测来看，相对于840系列而言，850PRO和850EVO虽然有所提升，但其提升幅度相当有限。为什么会这样呢？其实原因很简单，SSD的性能不止取决于芯片的性能，从测试中就可以看出，读写速度主要受限于SATA3.0那600MB/S的理论读写速度，而4k性能，主要瓶颈在于主控的处理速度。换而言之，在SSD普遍采用多通道技术，缓存提高性能时，闪存并不是现有的SATA端口的SSD硬盘提升新浪的主要瓶颈，在这种情况下，仅仅依靠3D V-NAND芯片的改进，不可能让SSD性能大幅度提升。

总结：新技术发挥威力，还需要时间

        从850系列SSD的表现来看，3DV-NAND技术表现出了一定的优越性，但远达不到人们之前对它的预期，它对于SSD的性能提升并不明显，不免让人感到失望。实际上，新技术要发挥威力，还需要时间，就拿3D V-NAND来说吧，现有容量优势不明显，但保有随着技术进化，层叠层数增加增容的空间；目前价格贵，但会随着竞争加剧，投入回收后而降低；而随着接口和主控的进化，其性能优势也有望进一步发挥。

        尽管3D V-NAND技术也许在现阶段优势还不明显，但是解决了传统2D平面架构发展遭遇平静的问题。指望它一出生就改变行业是难于做到的，但随着技术进一步进化，时间将可能酝酿变革。