專家傳真－4D-NAND快閃來了
一．NAND回顧：2D-NAND是「樹」，3D-NAND是「林」
1984年是2D-NAND的「發明元年」，它是「快閃之父」Fujio Masuoka博士所發明的。 其獨特「串聯」排列和Z軸垂直對稱擦寫架構，創造出了史上最強微縮、最低功耗、最低成本的歷史記錄。其容量增加的速度，超越了「摩爾定律」，以2016年最細工藝15奈米而言，單晶容量128Gb（128x10⁹ bits）、年產值400億美元傲人的成績，就已打敗了舊龍頭DRAM，躍登記憶體的新盟主。
30年來，全球2D-NAND，設計和工藝等關鍵技術大都源自東芝，具統一特點。如單「樹」般聳立於2D快閃平原上。三星和海力士分別在1989年與1996年和東芝簽約，付費使用其專利。但美光在英特爾專利傘的保護下，不必付費。而新帝挾其MLC專利作爲交換條件，2008年成爲合資夥伴，付費亦免了。
2007年是3D-NAND「發明元年」，屬多「樹」齊長的格局。至2017年，經衆玩家十年各自裁培，長大、茁壯、已茂盛成「林」。關鍵專利各自擁有，沒有誰該付誰的負擔。
目前，全球共有四種3D-NAND同時量產中。多數製程有先天性金屬隔離保護措施，長久來2D-NAND資料的干擾問題，自發性地消失，3D-NAND的設計簡化不少。影響所及，資料品質更優、產品壽命更長、讀寫速度比2D-NAND還快兩倍。
回顧NAND容量成長史，從1991年推出8Mb（8×10⁶bits）2D-NAND到2017年512Gb（512×10⁹bits）3D-NAND爲止，共花了26年。若以「摩爾定律」每兩年容量變兩倍計算，應只能增加2¹³倍。但實際上，NAND容量卻增加了2¹⁶倍，遠超越「摩爾定律」。3D-NAND延續了2D-NAND「最高容量」、「最低成本」等「優點」，但也遺傳了其「必要之惡」，如「讀寫速度慢」、「資料品質差」等「缺點」。說明了3D-NAND至今仍有很大的成長空間，新玩家紫光、旺宏、Cypress也將陸續推出新型3D-NAND，加入戰局。
威騰在「東芝嫁女劇」所扮演的角色，就東芝觀點，系典型的「麻煩製造者」。但威騰咄咄逼人權力從何而來？爰2015年，它以190億美元購併新帝，也依法繼承了東芝與新帝所籤的合資條件。加上兩造均爲美國公司，符合日本政府的「國安」條件，結果交易圓滿順利。
但此次東芝釋股案，是爲了彌補其在美國核電近百億美元的鉅額損失，自己卻變成了賣家。它機關算盡，一想炒高股價、二想續保經營權、三想技術保密，結果聯合日本政府，祭出以「國安」爲由的「排非美、日買家」的歧視條款。雖然仍引來美國博通、威騰、韓國海力士、臺灣鴻海等集團的高價競標，但也深受「作繭自縛」的苦果。問題主要出在威騰所玩的兩面手法。它一隻硬手，先向國際法庭申請仲裁，宣稱它有「優先協商權」來嚇退其它買家。另一隻軟手，則聯合「日本產業革新機構」加碼出資至2兆日圓來競標。雖然其搶親價額最低，但其如意算盤系採取「以法逼親」的低聘金策略。此乃需款孔急的東芝無法接受的對待。惟若威騰策略成功，它將很快完成進階至世界第二大NAND公司的夢想，僅次於三星。日後各國「反壟斷條款」如何過關，早已不是它考慮的問題。選親已進入膠着狀態，不是東芝可單獨說了算。
三．「門當戶對」的新定義
2008年，東芝家業遠大於新帝，原本是「門不當、戶不對」的公司，最後會演變成合資夥伴，主因系新帝擁有一套「核彈級」MLC的專利，我取名爲「倍數資料，分數成本」專利。在同樣矽面積條件下，當資料存一倍的稱爲SLC，成本爲1；存二倍的稱爲MLC，成本降至1/2；存三倍的稱爲TLC，成本降至1/3；存四倍的稱爲QLC，成本降至1/4。新帝MLC的 壟斷「設計」能力和東芝的「工藝」在2D專利上是完美互補的。再加上當年三星和新帝的MLC專利訴訟失敗，任何玩家想降低生產成本，均需付MLC使用費給新帝的背景下，最後才導至雙方合資蓋廠。從此新帝市場價值扶搖直上， 威騰選在2015年，以190億美元，買下新帝讓它完美落幕。此例證明相親雙方，若各自擁有同等級專利，就「門當戶對」了。
四．4D-NAND紀元來臨了
4D-NAND是「NAND+類DRAM」混合型記憶體，特徵是啓用一個「一時多工」的「平行架構」，但3D-NAND只能執行「一時一工」。若一到十工同時在4D-NAND系統執行時，其速度將比3D-NAND快一到十倍。如愛因斯坦「相對論」所言， 時間長度已非常數。等效上，時間在4D-NAND系統中變長了，事情就作多了。反之，時間在3D-NAND系統中變短了，事情就作少了。總的來說，4D-NAND設計是集前端高速「揮發性」DRAM和後端極低價「非揮發性」3D-NAND於一身，巧妙地解決了3D-NAND的各式缺點。4D-NAND是「統一型設計」架構，在不改工藝的條件下，可直接應用到各種3D-NAND上。
結論，4D-NAND之於3D-NAND，可媲美MLC之於2D-NAND。不僅可攻慢速、極低單價的3D-NAND市場，亦可切入高速、高單價3D-Xpoint和3D-ReRAM的新興SCM市場，堪稱「一石兩鳥」的「寶石」，也是「非閃玩家」自主圓夢的「聖盃」。4D-NAND紀元來了!
（作者email：[email protected] .com ）