霍宗亮站在北京大学毕业典礼的讲台上,面对年轻的学子们,他回想起长江存储团队那些埋头苦干的日子——从技术空白到自主研发,中国首款3D NAND的问世不仅仅是一颗芯片的诞生。

一片荒芜到跻身主流,中国存储芯片的突破之路充满了艰辛与奇迹。2017年,长江存储成功设计制造了中国首款3D NAND闪存,一款32层三维堆叠的存储芯片-1-6

当时国际市场上,三星、镁光、SK海力士等巨头早已推出了64层甚至更高层数的产品,中国在这个领域几乎是从零开始-3

长江存储科技有限责任公司于2016年7月在武汉成立,这家肩负着国家存储战略的企业,从诞生之日起就面临着艰巨挑战-1。存储器芯片,这个现代数字世界的“粮食”,长期被国外企业垄断-2


01 艰难起步

中国存储芯片的起步,真可以说是“一穷二白”。2016年长江存储刚成立时,国内在这一领域的技术积累几乎是空白,与国际先进水平相差甚远-4

想想看,人家三星、美光这些巨头已经玩转了64层甚至更高层数的3D NAND技术,而咱们连基础的研发体系都还没搭建起来。这差距,用“天壤之别”来形容一点也不为过。

成立仅仅一年多,长江存储团队就交出了一份令人振奋的答卷。2017年10月,通过自主研发和国际合作相结合的方式,他们成功设计制造了中国首款3D NAND闪存-1

这是一款32层的三维闪存芯片,虽然与国际先进水平还有差距,但实现了从0到1的突破-2

02 技术突破

研发存储芯片,可不是件简单的事。过去人们用到的存储芯片是平面的,相当于地面停车场;而三维闪存芯片是立体的,就像是立体停车场-2

同样的“占地面积”下,立体芯片能够容纳更多数据量。这就好比在同样一块地上,盖平房和建高楼的区别,容量完全不是一个量级。

长江存储的创新远不止于此。2018年,他们公开了一项突破性技术——Xtacking架构-7。这个技术相当巧妙,它能够在两片独立的晶圆上分别加工外围电路和存储单元-3

当两片晶圆各自完工后,通过数十亿根垂直互联通道将两片晶圆键合-3。相比传统架构,这种设计带来了更快的传输速度和更高的存储密度-3

03 快速追赶

中国首款3D NAND的问世只是起点,长江存储的追赶速度令人惊叹。2019年9月,他们宣布开始量产基于Xtacking架构的64层3D NAND闪存-3

这是中国首款64层3D NAND闪存,也是全球首款基于Xtacking架构设计并实现量产的闪存产品-7。从32层到64层,技术难度成倍增加,但他们只用两年就实现了这一跨越。

更令人振奋的是,2020年4月,长江存储宣布128层QLC 3D NAND闪存研发成功-5。这款被命名为X2-6070的产品,拥有当时业界最高的I/O速度、最高的存储密度和最高的单颗容量-1

从32层到128层,长江存储仅用3年就完成了这一技术飞跃-2

04 市场影响

中国首款3D NAND及其后续产品的问世,开始打破国外厂商的垄断。过去,全球NAND闪存市场几乎完全被三星、镁光、SK海力士和东芝等几家国际大厂垄断-3

长江存储的产品逐步进入市场后,这种局面开始发生变化。2021年,国产存储芯片市场份额达到4%,而到2023年,这一数字预计会增长至12-15%-4

这意味着,咱们中国人在存储芯片领域,终于有了自己的话语权。

技术突破带来的是实实在在的产品。长江存储旗下零售存储品牌“致态”,推出了基于自家闪存芯片的固态硬盘、移动固态硬盘等产品-6

对于普通消费者来说,最直接的感受就是:国产固态硬盘越来越靠谱,价格也越来越亲民。这种变化背后,正是中国存储芯片技术进步的体现。

05 未来展望

中国存储芯片的未来,仍然充满挑战。尽管已经取得了显著进步,但在全球市场上,国际巨头依然占据主导地位。

根据数据显示,2024年第三季度,长江存储等中国企业在NAND市场的总份额仅为4.1%-8

面对这种情况,国内科研人员正在探索“换道超车”的可能性。复旦大学团队研发的“长缨CY-01”芯片采用全新架构,将二维材料与传统硅基电路结合-8

这种创新思路可能会为中国存储芯片开辟新的赛道,而不只是沿着别人设定的技术路线追赶。


如今,当人们打开电脑、使用手机时,可能不会想到里面可能装着国产的存储芯片。长江存储生产的固态硬盘已经悄然进入市场,那个曾在全球存储芯片市场中微不足道的份额,正在一点一滴地增长-4

从武汉光谷的实验室到北大毕业典礼的讲台,霍宗亮和他的团队见证了中国存储芯片从追赶到并跑的历程-1

当128层QLC芯片中那14660亿个“数据房间”被一一填满时,中国存储芯片的故事,才刚刚写下了序章-2

网友提问与回答

网友“科技探索者”问: 我看了很多资料,还是不太明白3D NAND技术到底先进在哪里?和传统存储芯片有什么区别?能不能用更通俗的方式解释一下?

回答: 嘿,朋友,你这个问题问得好!咱们用个简单比喻你就明白了。传统存储芯片就像是一个大型地面停车场,所有车都平铺在地上,想要停更多车,就得占更多土地。

而3D NAND技术就像是盖立体停车楼,同样大小的地块,通过向上发展,能停的车数量翻了好几倍-2

具体来说,长江存储2020年研发成功的128层QLC芯片,能提供3665亿个存储单元,每个单元能存储4比特数据-2。这相当于3665亿个房间,每个房间住4个“人”,总共能容纳约14660亿“人”-2

这种立体堆叠的技术,让存储密度大幅提升,咱们的手机、电脑才能在不增加体积的情况下,存储越来越多的照片、视频和文件。

网友“爱国货”问: 我想支持国产芯片,长江存储的产品现在值得购买吗?和国外品牌相比有什么优势和劣势?

回答: 哈哈,看得出你是真心想支持国货啊!我跟你唠唠实际情况。长江存储旗下的“致态”品牌固态硬盘,现在已经有不少用户了-6

从技术层面看,长江存储自主研发的Xtacking架构确实有独特优势——它能让数据传输速度更快、存储密度更高-3

不过实话实说,国际大厂像三星、美光他们在这一行深耕多年,技术积累和品牌影响力还是有优势的。但咱们国产的进步速度真的很快!

从2017年做出首款32层3D NAND,到2020年研发出128层产品,只用了3年时间-2。这种追赶速度,在国际上都很少见。

如果你现在想买国产固态硬盘,我的建议是:对于一般家用、办公使用,完全没问题,性价比还挺高;如果是用于特别重要的数据存储或极端工作环境,可能还需要时间进一步验证长期稳定性。

网友“未来观察家”问: 我看到有文章说中国在研究全新架构的存储芯片,不走3D堆叠的老路,这是真的吗?这对中国芯片产业意味着什么?

回答: 你观察得很仔细啊!确实有这么回事。复旦大学团队研发的“长缨CY-01”芯片,就是一种全新思路的尝试-8

他们不跟国际巨头在“堆叠层数”上硬拼,而是转向了二维材料的研究-8。这种材料只有一至三个原子厚度,却有着超强的性能潜力-8

这种思路被称为“换道超车”,就像大家都在比赛谁的马车跑得快时,有人开始研究制造汽车了-8。这种芯片的擦写速度比传统闪存快100万倍,用在手机上可能让续航时间翻倍-8

最聪明的是,这种新技术可以与现有芯片生产线兼容,不需要推倒重来建新厂-8。如果这条路能走通,中国存储芯片产业可能会有质的飞跃,不再只是跟随者,而可能成为新赛道的引领者。