重点内容速览：

1. NAND Flash 发明期

2. NAND Flash 缓慢发展期

3. NAND Flash 爆发成长期

4. NAND Flash 全面普及期
5.  利基型NAND Flash的供应商

6. NAND Flash 主控厂商
 

半导体存储器（Semiconductor Memories），又称为存储芯片，是用半导体集成电路工艺制成、用于存储数据信息的固态电子器件，由大量能够表征0和1的半导体器件（存储元）和输入输出电路等构成，是计算系统的重要部件。半导体存储器具有存取速度快、存储容量大、体积小等优点，更重要的是存储元阵列和主要的外围逻辑电路兼容，可以制作在同一芯片上。因此，现在的半导体存储器不仅用作计算系统的内存，也在逐渐取代磁性存储器，而作为外存，比如说现在流行的固态硬盘等。也就是说，现在的半导体存储器已经广泛应用于内存、U盘、固态硬盘、智能手机、消费电子，以及智能终端中。
 

NAND Flash是半导体存储器市场中的第二大“扛把子”，除了DRAM就数它的销售额最大，据CFM闪存市场统计，2024年全球NAND Flash的销售额为696.09亿美元，差不多占整个半导体存储器销售额的四成。但其实它最开始出现的时候并不被人看好，甚至一度被束之高阁，但如今，不论是我们的电脑、手机，还是数据中心和汽车等等都离不开NAND Flash的鼎力支持。
 

那么NAND Flash是如何一步一步发展到今天这么不可或缺的呢？这个市场有哪些重要的玩家呢？芯查查带你一探究竟。
 

NAND Flash的发明期

1967年的某一天，中国台湾科学家施敏和MOSFET发明人之一韩国的金大中（Dawon Kahng）博士，在贝尔实验室喝下午茶。他们在吃起司蛋糕的时候，突然想到，为何MOSFET的栅极不能像蛋糕一样多叠一层来束缚住电子呢？于是，他们俩利用这个想法，发明了Floating-Gate MOSFET.（浮栅MOSFET，这是一种特殊类型的MOSFET，主要用于非易失性存储器，比如电可擦除可编程ROM，EEPROM和闪存）。这是人类第一次发现，原来除了电容和磁性材料之外，半导体也可以储存数据。

不过，当时的浮栅只能在制造的时候把数据烧录进去，如果出厂之后想要再修改的话，就非常麻烦，需要使用紫外光长时间的照射来激发储存的电子，修改储存的内容，这就是当时的可擦可编程ROM（EPROM）。
 

1978年，英特尔的Eli Harari发现，当浮栅MOSFET最下面的绝缘层做得足够薄的时候，就可以使用电压，让电子穿过绝缘层，不再需要使用紫外光来照射。这个发明就是电擦除可编程ROM（EEPROM）。Eli Harari后来还离开英特尔，创办了SanDisk这家存储器公司。
 

1984年，一位东芝的日本科学家舛冈富士雄在看到EEPROM的发明后，觉得这就是未来。于是，他花了大量的时间来改良EEPROM的读写机制。开始，他提出了NOR Flash的想法，NOR Flash其实就是简化了原来EEPROM的读写方式，虽然写入数据的速度比较慢，但是读取速度变快了，可以用来存储电脑的BIOS程序。
 

发明NOR Flash之后，舛冈富士雄并没有停止研发，而是继续改良他的发明。1986年，他又提出了NAND Flash的想法，NAND Flash的优点是单位成本低、存储密度高、适合大容量存储，而且写入速度很快。其缺点是随机访问速度慢，需要复杂的错误校正机制。
 

但当时舛冈富士雄任职的东芝的主营业务是DRAM，而且当时DRAM市场正一片欣欣向荣，竞争者众多。东芝并不想花太多的资金和精力在NAND Flash这个不知道有没有市场的新产品上，便没有继续投资Flash存储器的研究，他们甚至还冷落这个NOR Flash和NAND Flash的发明者，并将这项技术闲置了。
 

舛冈富士雄觉得继续在东芝待着也没什么意思，于是就心灰意冷地辞职了。1994年，他回到其母校东北大学教书去了。后来不知道为什么，东芝竟然还不承认舛冈富士雄是NAND Flash的发明人，导致他们还闹上了法庭。
 

反倒是英特尔率先看到了Flash存储器的潜力，1988年，英特尔推出了第一款商用NOR Flash芯片，取代了原来的EEPROM产品。同一年，EEPROM的发明者Eli Harari看到了Flash存储器的潜力，决定自己出来创业，创办了SunDisk（后来改名为SanDisk）存储器公司，专注在开发Flash存储器的各种应用。

• 1989年 ，东芝终于也推出了他们的第一款NAND Flash产品。
• 1991年 ，SanDisk推出了他们的第一款容量为20MB的SSD（固态硬盘）。
• 1992年 ，东芝为了缩小与英特尔在Flash方面的产能差距，决定将NAND Flash技术授权给三星。
• 1993年 ，SK海力士也进入了NAND Flash市场。
• 1994年 ，SanDisk发现，当时的NAND Flash固态硬盘的容量实在是太小了，在PC市场根本没有什么竞争力。但是在数码相机等嵌入式系统中，小容量就可以满足需求，于是他们推出了2MB的Compact Flash存储卡，该产品大获成功，成为当时许多数码相机的主要存储介质。

 NAND Flash的缓慢发展期

1995年，虽然Flash存储器市场才刚刚开始，但发展势头强劲。此时，专注于Flash存储器的控制芯片设计及NAND Flash存储卡等产品的Silicon Motion在美国加州硅谷成立。
1996年，当时的电脑接口非常混乱，导致各种设备外围设备会产生非常多的兼容性问题。为了解决这个问题，英特尔、微软、IBM等多家科技公司联合推出了USB接口，统一了电脑设备的接口。
 

1997年，为了满足当时快速成长的存储卡需求，SanDisk联合西门子推出了4MB的MMC存储卡格式。这一年，英特尔还在继续研发NAND Flash技术，他们开始尝试一次可以储存2bit的MLC NAND Flash技术。同样是1997年，慧亚科技在中国台湾新北市成立，主要产品为NAND Flash存储器控制芯片。
 

1998年，因为存储卡的需求成长速度很快，所以SanDisk、东芝和松下联合推出了新的存储卡格式——SD卡，在当时，他们已经可以制造32MB的SD卡。
 

1999年由于存储卡产品的热销，导致NAND Flash第一次大缺货，这促使更多的厂商前仆后继地投入研发更大容量的NAND Flash产品。
 

2000年，潘建成及其他4位交通大学的学生，在读硕士研究生期间，被指导教授安排去慧亚实习，因此他们学会了NAND Flash控制芯片的技术。毕业后，他们顺理成章地成为了慧亚的员工。但由于看不惯当时公司主管的作风，后来跟主管闹翻了，于是他们与其他年轻的同事，总共12人，决定一起出来创业，成立了群联电子（Phison）。
 

但创业并不是一件容易的事情，更何况是一群20几岁的年轻人。他们拿到了3,000万元新台币的投资，但不到9个月就亏掉了1,600万元新台币。正在他们不知道该何去何从的时候，无意间听到了有一个欧洲贸易商想要一个可以储存信息的USB设备，于是他们便想到可以把NAND Flash存储卡的技术做成USB接口。根据这个创新的想法，他们开发出来了8MB的PenDrive USB存储器，这就是我们现在常见的“U盘”，这个产品成为了“爆品”，救活了群联。
 

NAND Flash的爆发成长期

2001年，东芝在DRAM市场遭遇到了三星的狙击，市场份额一落千丈，此时东芝决定战略性放弃DRAM，转而专心研发NAND Flash产品。同时间，SD卡已经有64MB的产品面市了。
 

2002年，Silicon Motion与慧亚科技合并，更名为慧荣科技（Silicon Motion），总部设于中国台湾。该公司2005年6月顺利登陆美国纳斯达克，成为中国台湾第一家赴美挂牌的IC设计公司。
 

2003年到2004年之间，东芝推出了128MB到1GB的MLC NAND Flash产品，代表着MLC NAND Flash产品开始正式商用。
 

2003年，因为USB2.0的普及，导致U盘热下，让NAND Flash出现第二次大缺货，当时市面上已经有128MB的U盘在销售了。
 

2005年，美光和英特尔合资成立了Intel-Micron Flash Technologies（IMFT）公司，联合研发NAND Flash及革命性的3D XPoint存储芯片，进入NAND Flash市场。当年在DRAM市场中，英特尔在日本和韩国的企业步步紧逼下，节节败退，这次英特尔预感到NAND Flash市场可能也会发生同样的事情，因此赶紧拉上美光，共同对抗三星和东芝。
 

2005年这一年，在终端市场还发生了一件大事，那就是苹果推出的iPod nano第一次使用了NAND Flash产品，容量高达4GB。
 

2006年，为了解决各大NAND Flash供应商的产品规格混乱的问题，各大NAND Flash公司，包括英特尔、东芝、美光、三星、SK海力士、群联等联合起来成立了一个统一的组织，即Open NAND Flash Interface Group（ONFI），并且提出统一化的NAND Flash颗粒规格。同年，为了面对像是iPad，数码相机等嵌入式系统增长高速的NAND Flash需求，JEDEC固态技术学会，进一步提出eMMC的规格。
 

那么，什么是NAND Flash存储器架构、ONFI，以及eMMC呢？
 

其实NAND Flash的产品大概组成如下图，最右边的NAND Flash颗粒，主要用来存储数据，主要的供应商有三星、东芝（现在叫铠侠）、美光、SK海力士等。因为NAND Flash颗粒可能会因为使用过度而损坏，因此需要一颗主控芯片来帮忙做错误校正，或者记录坏掉的区域，群联、慧荣、联芸、点序、国科微、得一微等就是供应主控芯片的厂商。而ONFI就是NAND Flash与主控之间的通信接口。他们共同组成了一个NAND Flash存储器，这个存储器需要一个与电脑或者其他设备沟通的接口，USB、eMMC、UFS、NVMe都是属于这类型的接口。

同样是2006年，三星推出了带有32GB固态硬盘的笔记本电脑，宣告SSD固态硬盘正式进入笔记本市场。
 

NAND Flash全面普及期

2007年，东芝发表了BiCS 3D NAND Flash的技术，取代原本stack NAND Flash的发展路线。同年，苹果推出了iPhone智能手机，NAND Flash的需求迎来井喷式增长。当时的iPhone搭载的是三星4GB或8GB的NAND Flash存储器。2008年，MacBook Air首次提供可以选配64GB SSD固态硬盘的选项。
 

2009年，HDD控制器芯片供应商进入固态硬盘主控芯片市场。2010年，苹果MacBook Air全面使用固态硬盘，可以选配64GB到256GB的容量。
 

2011年，由于智能手机对NAND Flash的传输速率需求越来越高，原来的eMMC规格显得捉襟见肘了，此时，JEDEC技术协会推出了全新的UFS规格。此时，除了智能手机对NAND Flash的需求量越来越大，笔记本电脑和家用电脑硬盘也开始从机械硬盘转向固态硬盘。
同一年，英特尔、三星，以及SanDisk等公司，利用PCIe接口推出了NVMe接口，取代机械硬盘时代常用的SATA/AHCI接口。
 

2012年，三星推出TLC NAND Flash的512GB固态硬盘。NAND Flash从SLC、MLC，发展到了TLC时代。每一次技术的转换，其容量都得到了大幅度的增加，从SLC的256MB~32GB，到MLC的32GB~256GB，再到TLC的256GB~2TB。
 

2013年，三星基于其研发的V-NAND技术，推出了第一代3D NAND Flash产品，总层数是24，容量为128GB的固态硬盘。三星推出的该产品宣告了NAND Flash正式从2D时代步入3D技术时代。这一年，为了制造更小的固态硬盘，PCIe组织推出了更小的M.2接口。

NAND Flash在2D时代使用的浮栅结构技术也更新成了电荷捕获型（Charge Trap）技术，以适应3D时代的需求。
 

2014年，三星推出了1TB的固态硬盘，企业级的固态硬盘还可以达到3.2TB，让NAND Flash存储器正式进入TB时代。从3D NAND Flash时代开始，制造商们便很喜欢比较谁的层数更多，虽然都是3D NAND Flash，但其实各家厂商的技术上不同的。
 

三星使用前面提到过的V-NAND技术；东芝使用期2007年开始持续研发的BiCS技术；SK海力士使用类似BiCS的SP-BiCS技术；美光则使用CMOS under Array（CuA）技术。
 

从2013年三星推出24层的3D NAND Flash产品后，各家厂商开始了层数大比拼。2015年东芝推出48层、SK海力士推出36层的NAND Flash产品。2016年，美光马上也推出了32层的NAND Flash产品。随后层数一路狂奔，今年各家有可能推出300层的3D NAND Flash产品。
 

2016年中国的长江存储成立，重点发展NAND Flash产品。该公司主要使用自己研发的XTacking技术来制作3D NAND Flash产品。
 

2018年，QLC技术正式商用，三星推出了4TB的QLC固态硬盘。SK海力士的第四代3D NAND Flash改使用4D NAND Flash PUC的技术，推出96层的3D NAND Flash。
 

2019年，三星推出其V-NAND第六代128层，美光推出基于CuA第四代128层NAND Flash的产品。从这一年开始，NAND Flash的竞争逐渐进入白热化，每一次的投资都越来越庞大，这些寡头们彻底垄断了这个市场。这一年，美光与英特尔理念不同，英特尔想推广企业级的3D XPoint技术，但美光希望专供消费级固态硬盘，最后分道扬镳，合资公司IMFT被美光收购，英特尔获得15亿美元的分手费，并退出了NAND Flash市场。
 

2017年时，东芝为了筹集更多的3D NAND Flash研发资金，将存储器部门独立，以180亿美元的价格出售给了私募基金Bain Capital。东芝以母公司控股的方式，控制着新的存储器子公司，并在2019年时，将存储器品牌改名为铠侠。2020年，主流手机的存储容量已经到了64GB至512GB之间。此时，三星和SK海力士也分别都可以做到176层的3D NAND Flash。
2021年4TB消费级的SSD硬盘开始普及。
 

2023年，各大厂商正式突破200层，三星推出第八代236层、海力士推出了238层、美光推出了232层，铠侠推出218层。在美国的设备制裁下，2022年12月美国将长江存储列入了实体清单，尽管如此，长江存储仍然取得了突破，目前市面上已经有232层的长江存储颗粒固态硬盘在销售。
 

2024年，手机主流的存储容量也到了256GB至1TB之间，在2025年，三星、SK海力士、美光、铠侠、西部数据、长江存储等这些NAND Flash的头部企业的目标瞄准了300层的3D NAND Flash商用化。三星甚至宣称将在2030年推出1,000层的NAND Flash产品。
 

利基型NAND Flash的供应商

虽然现在动辄几百，上千GB的固态硬盘随处可见，但其实几GB的NAND Flash也依然存有市场。因为这些SLC NAND Flash虽然存储密度最小，但使用寿命更长，经常会用在那些可靠性要求更高的领域，比如工业自动化设备、通信基站等。这些NAND Flash被称为利基型NAND Flash产品。
 

在三星、SK海力士等厂商逐渐退出SLC NAND Flash市场的时候，仍然还有不少企业在这个市场风生水起。比如美光、旺宏、华邦电子、铠侠、兆易创新、江波龙、东芯股份、北京君正、复旦微电等。据市场公开信息，江波龙在2024年11月实现了1亿颗SLC NAND Flash的累计出货。

SLC NAND Flash的主流制程仍是2x~3x nm。近两年来，主要SLC NAND Flash厂商在2x nm制程节点的产品开始逐步上市销售，预计在未来将陆续取代38nm~40nm制程节点产品。部分SLC NAND Flash厂商正在研发1x nm节点的制程，但大规模量产还需要时间。目前SLC NAND Flash芯片的升级方向为低成本功耗，高数据读取速度和可靠性等。
 

NAND Flash主控厂商

前面有提到，NAND Flash存储器需要有一颗主控芯片来帮忙做错误校正，或者记录坏掉的区域，当然，主控芯片的作用还不仅于此，它还会负责NAND Flash存储器芯片的读写操作，确保数据的高效传输和存储、与主机的通信，以及运行固件算法等。固件是模组厂商自主开发的各种板载运行软件的合称，比如说坏道检测、磨损平衡、错码纠正、数据保护等算法。也就是说，不论是SD卡、SSD硬盘，还是U盘等都需要有主控芯片，而且主控芯片的好坏将直接决定NAND Flash存储器的性能、稳定性、使用寿命，以及消费者的使用体验。
 

目前，NAND Flash的主控芯片供应商主要分为两大阵营，一类是NAND Flash存储器原厂，比如三星、美光、SK海力士，以及西部数据等，它们会生产主控芯片供自己的固态硬盘等NAND Flash存储器产品使用，基本不单独出售；另一类是专门生产主控芯片的第三方Fabless厂商，比如Marvell、慧荣、群联等。
 

当然，除了前面这些市场占有率比较高的厂商，国内这几年也有不少企业在设计制造自己的主控芯片，比如江波龙在2023年下半年就推出了自己的嵌入式NAND Flash存储器主控芯片，用在其eMMC 5.1产品中；康盈自研了eMMC 5.1主控芯片；得一微已经量产了eMMC5.1与UFS3.1等多款嵌入式存储主控芯片，其针对SSD产品的PCIe 5.0存储器主控芯片预计今年会量产；联芸科技已推出SM8366 PCIe Gen5 x4 NVMe SSD控制芯片，搭载16个NAND通道，最高可支援2400MT/s的TLC和QLC NAND；华澜微则量产了eMMC 5.0嵌入式存储主控芯片，且其PCIe4.0 SSD主控芯片已经在研发当中了；英韧科技在近期也已经成功研发出了PCIe5.0 SSD主控芯片。
 

此外，国科微、点序科技、德明利、华存电子、忆芯科技、得瑞领新、康芯威、大普微电子、大唐存储、瑞昱、Microchip等也都有NAND Flash主控芯片提供。