看着手里小巧的U盘,你可能想象不到,里面那块指甲盖大小的存储芯片,曾是中国科技界一块难以逾越的高地。

长江存储联席首席技术官程卫华表示,基于紫光3D NAND自主研发的Xtacking架构,相比传统3D NAND闪存架构,可带来更快的传输速度、更高的存储密度-2

2019年,当长江存储宣布量产64层3D NAND闪存时,中国存储芯片自产率还停留在8%的尴尬数字上-6。这块小小的芯片不仅填补了国内空白,更将中国与全球一线厂商的技术差距缩短到了一至两代-3


01 产业困局

中国的存储芯片行业起步晚,缺乏技术经验积累,长期以来行业被国际巨头垄断-1

在2016年前,国内几乎没有大规模存储芯片生产能力-3。三星、镁光、SK海力士和东芝等几家国际大厂,几乎垄断了全球NAND Flash存储芯片市场供应-2

这种垄断带来的直接影响就是价格和技术受制于人,中国作为全球最大的存储器消费市场之一,却无法在核心技术上掌握话语权,那种憋屈感,业内人士体会尤深。

紫光集团联席总裁刁石京曾表示,长江存储进入这个领域之前,国内一直没有大规模存储芯片的生产-3

02 技术破冰

2016年,紫光集团开始在武汉、南京、成都开工建设存储芯片与存储器制造工厂,总投资额近1000亿美元-1。同年,旗下长江存储科技有限责任公司成立-1

2018年第三季度,长江存储成功量产32层3D NAND产品,成为中国大陆首家具备3D NAND生产能力的内资厂商-1

一年后,长江存储宣布开始量产基于Xtacking架构的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存-2

这款产品的意义非同小可。它是我国自主研发生产的首款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-2

03 架构革新

长江存储的Xtacking架构是一项突破性创新,简单来说就像是用无数根罗马柱支撑起的宫殿-2

它能在两片独立的晶圆上分别加工外围电路和存储单元,然后通过一个处理步骤,用数十亿根垂直互联通道将两片晶圆键合-2

这种设计的好处显而易见——传输速度更快存储密度更高,而且大大缩短了产品上市周期-6。相比传统3D NAND闪存架构,Xtacking技术可以说是给行业带来了新的思路。

长江存储已经宣布正在开发下一代Xtacking 2.0技术,这将进一步提升NAND的吞吐速率、提升系统级存储的综合性能-3

04 市场突围

截至2020年末,长江存储已取得全球接近1%的市场份额,成为六大国际原厂以外市场份额最大的NAND晶圆原厂-1

这个数字看似不大,但考虑到存储芯片市场长期被国际巨头垄断,这1%意味着从0到1的突破。集邦科技DRAMeXchange预计,到2023年,长江存储在全球存储芯片市场的份额占比将会超过10%-1

随着产能提升,到2020年底长江存储有望将产能提升至月产6万片晶圆的水平-6

长江存储64层3D NAND的量产有望使中国存储芯片自产率从8%提升至40%,在美日韩大厂垄断下,这一突破显得尤为重要-6

05 产业链布局

紫光集团的存储芯片布局远不止于芯片设计和制造。2017年6月,紫光集团收购了紫光宏茂(原台湾南茂科技的全资子公司),重点发展存储器的封装与测试-10

2018年4月起,紫光宏茂开始建设全新3D NAND封装测试产线,仅用半年多时间就完成了全部产品研发和认证,实现量产-10

至此,紫光宏茂已成为全系列存储器封测的一站式服务提供商,产品包括3D NAND、2D NAND、NOR、DRAM等多种存储器产品的封装和测试-10

这一布局使紫光集团形成了从设计、制造到封测的完整存储器产业链,为其在存储芯片领域的长期竞争奠定了坚实基础。

06 未来之路

业界预测,长江存储最快可能跳过96层,直接进入128层3D NAND闪存的生产-6。这将有望接近甚至追赶上国际先进水平-3

随着5G、人工智能和超大规模数据中心时代的到来,NAND闪存市场的需求将持续增长-3

选择在当前存储器市场相对低迷的时期实现规模量产,长江存储有着自己的战略考虑。当产量达到一定规模时,市场有可能正好转暖,这个量产时点或许是个良机-3

展望未来,长江存储计划推出集成64层3D NAND的固态硬盘、UFS等产品,用于数据中心、企业级服务器、个人电脑和移动设备中,为用户提供完整的存储解决方案及服务-3


截至2020年底,长江存储已稳居六大国际原厂之外最大的NAND晶圆原厂位置-1。紫光集团沿着武汉、南京、成都三地的生产线持续扩大产能,月产量正朝着6万片晶圆的目标稳步前进-6

站在武汉长江存储的工厂外,崭新的厂房反射着阳光。里面生产的每一片紫光3D NAND芯片,都在为中国存储芯片的自主之路增添一块基石。

随着Xtacking 2.0技术的开发和128层产品的规划,这条突破垄断的道路,正越走越宽。

网友提问

网友A: 我想了解一下,长江存储的Xtacking架构到底有什么特别之处?和我们平时听到的3D NAND技术有什么不同?

这个问题问得很专业!Xtacking架构确实是长江存储的核心创新,和传统3D NAND技术区别挺大的。

传统3D NAND就像是在一块地基上直接盖高楼,所有电路和存储单元都在同一片晶圆上制造。而Xtacking架构则采用了“分开加工,然后拼接” 的思路-2

具体来说,它是在两片独立的晶圆上分别加工外围电路和存储单元,等两部分都完成后,通过一个处理步骤,用数十亿根垂直互联通道把它们键合在一起-2

这样做的好处至少有三个:一是能够选择更合适的工艺,让外围电路用上更先进的逻辑工艺;二是提高了存储密度,因为两部分可以独立优化;三是加快了产品开发速度-3

长江存储已经基于这个架构量产了64层3D NAND产品,目前还在开发Xtacking 2.0技术,未来会进一步提升性能-3

网友B: 作为普通消费者,我们什么时候能买到采用长江存储芯片的固态硬盘或U盘?

很高兴你对国产存储产品这么关注!实际上,这个进程可能比很多人想象的要快。

长江存储的64层3D NAND闪存已经量产,并且已经应用于固态硬盘、嵌入式存储等主流市场-2。紫光宏茂微电子也已经成功实现大容量企业级3D NAND闪存芯片封测的规模量产,这些芯片将用于企业级SSD-10

对于消费级产品,长江存储计划推出集成64层3D NAND的固态硬盘、UFS等产品,用于个人电脑和移动设备-3

虽然目前市面上直接以长江存储品牌销售的产品还不多,但很可能已经有一些存储产品使用了长江存储的芯片。随着产能提升和市场接受度增加,未来一两年内,消费者应该能有更多选择。

网友C: 长江存储的发展对全球存储芯片市场格局会产生什么影响?会不会引发价格战?

这个问题很有前瞻性。长江存储的崛起确实正在改变全球存储芯片市场格局。

长期以来,全球NAND闪存市场被三星、镁光、SK海力士等少数几家厂商垄断-2。长江存储的进入,打破了这种垄断格局,给市场带来了新的竞争者-6

到2020年末,长江存储已经取得全球接近1%的市场份额,成为六大国际原厂以外最大的NAND晶圆原厂-1。有预测认为,到2023年这个份额可能超过10%-1

关于价格战,短期内可能会有一定压力,因为新进入者通常需要通过有竞争力的价格获取市场份额。但从长远看,健康的市场竞争对消费者和整个产业都是有利的

更多竞争者意味着更多创新,就像长江存储带来的Xtacking架构一样。它还能增强供应链韧性,减少因地缘政治或单一供应商问题导致的市场波动。

中国是全球最大的存储器消费市场之一-4,本土厂商的崛起将使这个市场更加平衡和稳定。