存储器的抹除流程让人想起相机的闪光灯，于是闪存被命名为“FLASH”。自1984年东芝的舛冈富士雄博士发明闪存技术以来，在四十年的历史长河中，闪存经历了一次又一次的技术变革。
1、NAND Flash芯片结构
SSD是常见的基于NAND Flash的存储器。SSD结构主要由NAND Flash和controller组成，其中NAND flash芯片结构从小到大依次是Page→Block→Plane→LUN（Die）→NAND Flash。下图展示了1Tb TLC NAND闪存中LUN的结构图，包括6个Plane，每个Plane由363个Block组成，每个Block由4176个Page组成。同一条WL上所连接的存储单元（Cell）共同组成Page，Page是NAND闪存中读写操作的最小单位；共用基底的若干个WL共同组成Block，Block是擦除操作的最小单位。
2、NAND Flash的数据存储方式
浮栅（Floating Gate）结构在1967年由贝尔实验室的Kahng和施敏发表，这一发明是其后几十年闪存技术的基础。NAND 闪存基于浮栅晶体管，通过存储的电荷量来表示数据。NAND闪存由闪存单元（cell）组成，每个单元包含一个浮栅晶体管（目前3D NAND多为Charge Trap）、一个控制极、一个源极和一个漏极。
当浮栅充电时，它被识别为Program（编程）状态并标记为“0”；当浮栅没有电荷时，它被识别为Erase（擦除）状态并标记为“1”。根据每个单元Cell存储的位数，NAND闪存类型分为SLC、MLC、TLC和QLC。
SLC（Single-Level Cell）：每单元仅存储1bit信息，即0或1。由于每个单元只有两种状态，SLC存储密度较低，但读写速度和稳定性出色，成本也最高。
MLC（Multiple-Level Cell）：每单元可存储2bit信息，有四种状态：00、01、10、11。相较于SLC，MLC存储容量更高，但擦写寿命较短，读写速度也略逊一筹。
TLC（Triple-Level Cell）：每单元可存储3bit信息，有八种状态：000至111。TLC是目前最常见的闪存类型之一，其性能不及SLC和MLC，但成本较低，能够满足大多数应用需求。
QLC（Quad-Level Cell）：每单元可存储4bit信息，有十六种状态：0000至1111。QLC存储密度高，成本低，但擦写寿命短。
3、NAND Flash：从2D到3D的演进
1991年全球首个4MB NAND闪存问世，此后12MB NAND闪存、1GB NAND闪存、1GB MLC NAND闪存相继推出，存储技术飞速发展，存储密度大幅提升。2D NAND技术通过不断缩小制程来提高存储密度，从早期的90nm工艺到后来的20nm甚至更小，取得了显著进步。然而，随着制程工艺不断缩小，逐渐逼近物理极限，2D NAND性能提升遇到瓶颈:
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平面微缩工艺的难度越来越大
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电子隧穿效应以及相邻存储单元之间的串扰克服难度增加
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制造成本急剧上升
这些挑战促使存储厂商寻求新的技术突破。2007年，东芝率先提出3D NAND结构，NAND闪存正式从2D时代进入3D时代。
2D NAND主流技术是浮栅（Floating Gate，FG），通过减小特征尺（(e.g. 20nm到16nm) 提高存储密度；3D NAND主流技术是电荷捕捉（Charge Trap，CT），通过提高堆叠层数（e.g. 64L到96L）提高存储密度。当前主流存储介质是基于Charge Trap技术的3D NAND。
3D NAND通过立体堆叠技术从24层、64层、128层发展到超过200层，显著提高了存储密度和容量。同时，采用更先进的NAND技术后，存储器性能更优、能耗更低，每字节成本远低于2D NAND。
--Multi-Stack工艺
Multi-Stack技术解决了3D堆叠工艺挑战，但随着Stack层数增加，单次先进刻蚀工艺实现通孔的难度也随之增加，且Stack之间会产生额外可靠性问题。不同Layer间参数不同，可能导致单Block内tBERS/tPROG/tR差异加剧。
--PUC/Xtacking
存储阵列外围电路变得越来越复杂，导致存储单元密度瓶颈以及工艺难度增加。传统的外围电路由临近型外围电路（Periphery Near Cell，PNC）逐渐向置底型外围电路（Periphery Under Cell，PUC）和置顶型外围电路Xtacking方向发展。
--I/O Interface
NAND闪存接口协议主要有ONFI和Toggle，两者总线最大速率均超过3.0Gbps，并向更高速率演进。虽然总线速率的提升改善了数据传输时延，但命令和地址传输时延未见改善，导致系统总线利用效率下降，系统设计的挑战也在进一步增加。
4、新技术与未来发展趋势
随着市场对数据存储在速度、功耗、容量、可靠性等方面提出了更高要求，现有存储技术面临着新的挑战，人们开始探索新的存储方法。
目前新型存储技术旨在集成SRAM的开关速度和DRAM的高密度特性，并具有闪存的非易失特性，主要探索方向有四种：相变存储器（PCM）、铁电存储器（FeRAM/FRAM）、磁性存储器（MRAM/STT-RAM）和阻变存储器（ReRAM/RRAM）。这些新型存储技术拥有一些共性，例如部分技术可通过工艺缩小尺寸以降低成本；无需使用闪存的块擦除/页写入，从而大大降低写入耗电，提高写入速度。
尽管新型存储技术研究已久，但目前尚不足以替代NAND闪存。然而，凭借超强性能、长寿命、可靠性、耐高温等特性以及工艺技术的创新，新型存储技术有望成为未来新一代的存储选择。
NAND闪存从最初的2D到如今的3D，甚至4D，层数不断提高，从24层、36层、48层到96层、128层、176层、200多层，最近甚至规划到了1000层，半导体从业者对技术的追求永无止境。未来，数据存储技术将持续创新，在性能、容量和可靠性上不断突破，为各行业带来更优的数据存储解决方案。
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