3D NANDの未来：500層へのロードマップ

近年、業界はPCIe 5.0 x4インターフェースを搭載したSSDを開発し、そのインターフェースを完全に飽和させるという大きな課題に直面していました。8チャネルコントローラ（例：2400 MT/s）を使用してレーンを完全に飽和させるような高性能インターフェースを備えたICは稀で、むしろ低速をサポートするICの方がはるかに一般的です。

2023年初頭までに、キオクシア/ウエスタンデジタル、マイクロン、サムスンの3大NANDベンダーはすべて、TLC製品全体のインターフェース速度のベースラインとして2400 MT/sを確立しました。キオクシアのBiCS 6Tおよび6Qノード、マイクロンのB58、そしてサムスンのV8Tは、これらの層を代表する主流標準であり、これはおそらく、コンシューマー向けストレージとエンタープライズ向けストレージの両方の分野で一貫したパフォーマンスのスケーリングを反映していると考えられます。

2024年、Samsungは3000 MT/sのV9T TLCを発表し、さらなる飛躍を遂げました。この中間速度層は、ロードマップ上で他のベンダーが提供していないもので、スマートフォンやSSDといった自社ブランド製品に重点を置く垂直統合型企業としてのSamsungの姿勢を浮き彫りにしています。

Kioxia / Western Digitalは、第8世代BiCS 3D TLCで2024年後半に3200 MT/sを達成し、2025年下半期にはQLC（BiCS 8Q）製品を投入する予定です。しかし、Kioxia / Western Digitalは第7世代製品の使用については一切言及しておらず、完全に無視しています。

これは、より高性能なプラットフォームにおいてTLCとQLCの両方の製品を揃えようとする動きを反映しています。特に、ロードマップにおいて両セルタイプで3200 MT/sを展開すると明記されているベンダーはKioxia / Western Digitalのみであり、QLCの性能向上への強いコミットメントを示しています。

2024年、Micronは3600MT/sのデータ転送速度を誇るB68S ICで業界をリードする地位を確立しました。同社のQLCロードマップでは、2025年後半までにN69世代でSamsungに追いつく計画です。これは、Micronがハイエンド製品向けに高速インターフェースをいち早く採用していることを示唆していますが、まだリリースされていないため、その影響と普及率は未知数です。Kioxia/Western Digitalも、BiCS 8Q QLCが2025年下半期に3600MT/sに到達すると発表しており、業界全体でQLC性能の向上が進むことを示唆しています。

すべてのベンダーは最終的に2027年までに4800 MT/sに収束し、これが高性能標準となるでしょう。Kioxia/WDは2027年上半期にBiCS 9T TLCで、Micronは2027年上半期から下半期にかけてB78 TLCとN79 QLCで、そしてSamsungは第11世代V-NANDでこのマイルストーンに到達します。

パフォーマンスの逆風

高速 NAND フラッシュ (3600 MT/s 以上) の製造には、より高価なロジック プロセス テクノロジが必要となり、生産コストが上昇し、フラッシュ メモリの価格が高騰します。

3D NAND のデータ転送速度の向上は、SSD やスマートフォンなどのデバイスの構築方法に非常に実用的な影響を与えるでしょう。

最大15.75GB/秒の実効帯域幅を提供するPCIe 5.0 x4インターフェースを完全に飽和させるには、最新のNANDフラッシュ構成では、2400MT/秒で8チャネル、3600MT/秒で6チャネル、または4800MT/秒で4チャネルのSSDコントローラが必要です。1～2年後には、PCIe 5.0 SSDコントローラは、この高負荷のインターフェースを完全に飽和させるのに8チャネルも必要としなくなるでしょう。

PCIe 6.0 x4では、スループットが実効約31.5GB/秒（プロトコルオーバーヘッド後）に倍増しますが、必要なチャネル数は2400MT/秒で16、3600MT/秒で12、4800MT/秒で8に増加します。NANDのI/O性能がこれらの閾値に近づくにつれて、ハイエンドSSDは8つの高速NANDデバイスでPCIe 6.0の機能を活用できるようになります。しかし、PCIe 6.0 x4 SSDが今後数年以内にコンシューマー向けストレージデバイスとして普及するかどうかは未知数です。

ダイ容量

当社が収集したロードマップデータに基づくと、主要3D NANDメーカーは、特に3D QLC製品において、2026～2027年頃までに1TBおよび2TBのダイ容量で競合に加わる見込みです。2025年5月時点では2TB QLC NANDデバイスがいくつか発表されていますが、実際に市場に投入されているものはありません。

Micron、Kioxia/Western Digital、Samsung、SK Hynix、YMTCはいずれも、今後数年間で2Tbの容量に達する3D QLCデバイスを発売する計画で、インターフェース速度は一般的に3200MT/s～4800MT/sとされています。層数が大幅に増加しているにもかかわらず、3D NANDメーカーはコスト面の懸念からか、今のところデバイスあたり2Tbを超える容量の製品化には踏み込んでいません。

上昇層の数：各社はどのように順位付けされているか?

キオクシアとウエスタンデジタルに先駆けて発表された両社の3D NANDロードマップでは、2023年上半期にTLCとQLCの両方のバリエーションで162層構造のBiCS 6が登場するとされています。BiCS 6は成熟し、商業的にも実績のあるノードであり、主流のSSDやエンタープライズストレージに使用されています。この世代は、高密度垂直積層への業界の移行に対応しつつ、2400 MT/sのインターフェース速度をサポートします。

キオクシアとウエスタンデジタルはこれに留まらず、2024年後半にはTLC（BiCS 8T）とQLC（BiCS 8Q）の両方でBiCS 8を発表しました。層数は218層から232層までとなっています。この世代も引き続き2400MT/sから3600MT/sのインターフェースを採用し、垂直方向のスケーリングとパフォーマンスのスケーリングを実現しています。また、これはキオクシアがQLCのストレージ密度とパフォーマンスの両面で競争力を高めていくという意向を示しています。

BiCS 8は、キオクシアとウエスタンデジタルにとって、2027年前半に後継となるため、かなり長期にわたるノードとなります。後継となるBiCS 9Tは、300層を超える層数を誇り、非常に積極的な前進を示しています。このマイルストーンにより、キオクシアは他のベンダーの3D NANDのスケーリング目標と足並みを揃え、4800 MT/sのインターフェース速度も実現しました。

Micronのラインナップには、232層で2400 MT/sのデータ転送速度を誇る、今や伝説的なB58 ICが含まれています。しかし、第1世代のICは転送速度が低く、フルスピードに到達したのは2023年前半になってからでした。それでも、B58は、162～192層製品を出荷している競合他社に対し、Micronに垂直スケーリングにおける早期のリードをもたらしました。

2024 年後半、Micron は B68S IC へと進化し、層数を 276 に増やしました。この世代では高密度と優れたパフォーマンス (3600 MT/s) が組み合わされており、Micron の 3D NAND ロードマップにおける大きな一歩となり、モデル 4600 によって同社は愛好家向け SSD の大手メーカーの 1 つとなりました。

Micronは2027年上半期に、4800 MT/sインターフェースを備えたB78 3D TLC NAND ICを発売すると予想されています。ただし、正確な層数は不明です。B58（232層）からB68S（276層）へのトレンドを考えると、B78は300層をはるかに超える層数に達すると予想するのが妥当でしょう。これはおそらく、KioxiaやSamsungの主要ノードと同等になるでしょう。しかし、正確な層数に関する公式資料はないため、これはあくまで推測の域を出ません。

3D NANDメーカーに関して言えば、Samsungは稀有な存在です。フラッシュメモリメーカーは皆、自社製チップをSSDなどの自社デバイスの一部として販売することを好んでいます。そのため、MicronはSilicon MotionやPhisonと緊密に連携し、自社メモリやドライブ向けのコントローラを最適化しています。同様に、KioxiaもPhisonと提携しています。競合他社とは異なり、Samsungは独自の3D NANDとコントローラを保有しており、SSDをはじめとするNANDフラッシュメモリ搭載製品の製造に活用しています。さらに、Samsungは3D NAND ICをオープンマーケットで販売しており、これも大きな強みとなっています。

サムスンは2023年下半期に236層のV8T ICをリリースし、MicronのB58と並び、KioxiaのBiCS 6をわずかに上回る位置付けとなった。このノードは現在もサムスンの主力製品であり続けている。

サムスンは2025年後半までに、V8Tから50層上の286層にスケールアップしたV9Tの量産を開始する予定です。このマイルストーンは、V9Tのインターフェース速度が3600 MT/sに留まっていることを示しており、より積極的なパフォーマンス目標に移行する前に、制御された上昇を示唆しています。

2026年上半期を見据えたサムスンのロードマップでは、400層を超えると予想されるV10T ICが挙げられており、これは最も野心的な垂直目標です。このノードのインターフェース速度も4800 MT/sとされていますが、際立った特徴はその層高であり、多層スタッキングや、ストリングスタッキングやハイブリッドボンディングといった次世代の統合技術の採用を示唆しています。しかし、サムスンはこれらの具体的な技術を実際に採用することをまだ公式に発表していません。

SK hynixの現在の製品ラインナップには、238層、2400MT/sインターフェースを備えたV8T ICが含まれており、2023年後半から提供開始され、後期世代3D NANDの微細化への参入を示しています。次の大きな飛躍はV9Tで、2025年前半には321層に達し、さらに2025年後半にはインターフェース性能を3600MT/sまで向上させる予定です。

これは、I/O帯域幅の向上と垂直方向のスケーリングへの急速な取り組みを示しています。同社の最も野心的なノードであるV10Tは、2027年上半期に500層、4800MT/sインターフェースでデビュー予定です。これは、他のベンダーの最高レベルの帯域幅目標に匹敵し、垂直スタック高ではそれらを上回ります。ロードマップはさらにV11T（4800MT/s）まで延長されていますが、層数は明確には発表されていません。

QLCに関しては、SK hynixのロードマップは2024年前半に176層のV7Qから始まり、その後、3200MT/sの性能と2TBのダイ容量を実現するV9Qへと拡張され、300層以上のスタックを想定されています。2027年前半には、QLC製品もTLCの構成を反映し、4800MT/sの500層構造（V10Q）を採用すると予想されています。

層数に関しては、中国に拠点を置くYMTCはリーダーではありませんが、3D NANDの開発はミッドティアからハイティアの積層へと明確な方向性を示しています。YMTCの3D TLC製品（X4-9060）は128層で3600 MT/sのインターフェースを備えており、2024年後半にはX3-9070がすぐに続きました。X3-9070は、データ転送速度は維持したまま232層にまで層数を飛躍させました。これは、米国政府による制裁にもかかわらず、垂直密度の急速な向上を示しています。これは、ロジック層とメモリ層を分離することで統合を簡素化する、同社独自のXtackingアーキテクチャによって可能になったと考えられます。ただし、QLC固有の層数は現時点では不明です。

YMTCのロードマップでは、2026年から2027年までに競合他社の高性能クラスに参入することを目指しています。X5-9080とX5-9070 3D TLC NAND製品は4800 MT/sで動作し、後者は1 TBダイとして明記されていることから、正確な層数は不明ですが、300層以上への移行が予想されます。一方、同社の3D QLC製品ライン（例：X4-6080、X5-6080）もロードマップに並行して掲載されており、2026年後半までに4800 MT/sに到達すると予想されており、同等のアーキテクチャの進歩を示唆しています。

YMTC のロードマップでは、TLC 製品と QLC 製品の両方で積極的なレイヤー スケーリングとインターフェース速度の向上をバランスよく行うことにより、3 年以内に 128L から 232L、さらには 300L 以上のスタッキングまで急速に増加すると予測されています。

3D NAND の今後はどうなるのでしょうか?

3D NANDの未来は、かなり積極的な垂直スケーリング、インターフェースの高速化、そしてダイあたりの容量増加への取り組みによって定義されます。これにより、コンシューマーセグメントとエンタープライズセグメントの両方において、より高速で高密度、そしてコスト効率の高いストレージを実現する製品が実現します。これを実現するために、主要ベンダーはすべて、2027年までにインターフェース速度4800 MT/sと300～500層スタックへと収束していく予定です。

しかし、この進歩には複雑さが伴います。垂直スケーリングは歩留まりの面で新たな課題をもたらし、高速化にはロジックプロセスノードも必要となり、製造コストが上昇します。最終的には、3D NAND製造に関わる全ての企業がハイブリッドボンディング（YMTCは既にハイブリッドボンディングを採用しており、業界屈指の特許ポートフォリオを誇っています）に集約されるでしょう。これらの技術は複雑さをさらに増し、企業がこれらの新しいプロセスに慣れるにはある程度の時間を要するでしょう。

いずれにせよ、業界がより高速化、よりスタックの高密度化、より複雑な製造技術の実現に向けて競争しているため、3D NAND の将来は明るい。

アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。