在武汉长江存储的洁净车间里,一粒芝麻大小的芯片内部,3665亿个存储单元正在被精确排列,这枚全球首款128层QLC闪存芯片的诞生,记录着中国存储芯片从无到有的突围故事。

长江存储首席科学家霍宗亮在北大的演讲中回忆,团队“卧薪尝胆”十余年,使我国三维闪存芯片技术从无到有、从落后到赶超-4

如今,这个曾是中国存储芯片领域空白的企业,已实现从32层到267层3D NAND的量产跨越-3。其自主研发的Xtacking架构,像搭建乐高积木一样将两片晶圆键合,创造了业界最高的存储密度-6


01 技术破冰

时间回溯到2018年,长江存储第一代32层三维闪存芯片量产成功-6。当时业内主流已是64层,差距明显。记忆犹新的是,当年一位工程师比喻说:“就像别人已经建起了64层高楼,我们才刚刚打好32层的地基。”

不过,这地基打得扎实。仅一年后,长江存储就宣布量产基于Xtacking架构的64层256Gb TLC 3D NAND闪存-7。这个速度出乎许多人意料。

当时,全球NAND Flash市场几乎被三星、镁光、SK海力士和东芝等国际大厂垄断-7。中国企业在该领域几乎一片空白,长江存储的突破带来了第一缕曙光。

02 架构革命

长江存储能在较短时间内实现技术追赶,其自主研发的Xtacking架构功不可没。这个技术让长江存储有了与众不同的发展路径。

Xtacking架构的精髓在于“阵列-逻辑分离”设计-3。简单说,就是在两片独立的晶圆上分别加工存储单元和外围电路,然后通过数十亿根垂直互联通道将它们键合在一起-7

这种设计不仅提高了存储密度,还显著提升了传输速度-7。2019年量产的首款基于Xtacking架构的64层产品,就拥有同代产品中最高的存储密度-7

长江存储首席执行官杨士宁曾表示,从64层量产到128层研发成功仅相隔7个月-6。即使在疫情期间,研发工作也从未停止。

03 量产飞跃

2020年,长江存储研发成功128层QLC 3D NAND闪存,这也是全球首款128层QLC闪存-6。这颗芝麻粒大小的芯片,竟容纳了3665亿个存储单元-6

这颗芯片的存储容量达到惊人的1.33TB,相当于1362GB-6。QLC技术让每个存储单元能存储4bit数据,比TLC的3bit更高,实现了更大的容量和更高的存储密度-6

到了2025年,长江存储再次实现重大突破。凭借Xtacking 4.0技术,成功实现267层3D NAND TLC芯片的规模化量产-3

同时,更高层级的300层以上技术布局也已紧锣密鼓地展开-3。这一进展回答了业界对“长江存储3d nand什么时量产”的持续关注。

04 制裁下的应对

2022年底,长江存储被美国商务部列入实体清单,无法取得美系先进晶圆制造设备-1。这对正在快速发展的长江存储无疑是一记重击。

但企业没有停下脚步。他们加速导入自研技术与本土设备,并在武汉建设一条仅采用中国制设备的试验线,预定2025年下半年试产-2

实际上,长江存储的设备国产化率已达45%,领先于中国平均水平-2。供应商包括中微公司、北方华创等国内一线企业-2

长江存储计划至2026年底挑战全球NAND Flash产量的15%-1。若能将月产量提升至20万片,将具备影响全球NAND Flash价格走势的话语权-1

05 最新进展

2025年1月,长江存储已开始出货其第五代3D TLC NAND-8。这款闪存采用Xtacking 4.0架构,堆叠层数高达294层,拥有232个有源层-8

在最新的Xtacking 4.0版本中,铜-铜直接键合的对准精度被提升至次微米级别-3。这一突破优化了信号传输路径,还显著减薄了芯片厚度,为研发更高层数的NAND技术奠定了基础-3

长江存储在267层NAND芯片中创新性地引入了 “无阶梯式字线接触”结构-3。这一设计大幅降低了制程复杂度,有效减少了边缘面积的浪费。

随着NAND技术不断向300层以上迈进,混合键合精度、应力工程以及新型结构设计成为行业竞争的关键-3。长江存储在这些领域的持续投入,为其未来发展奠定了坚实基础。

06 未来之路

尽管面临外部限制,长江存储依然保持着强劲的竞争力-3。其最新“Xtacking 4.0”芯片在性能上已与市场领导者相当-1

长江存储在2024年底前将实现月产能约13万片,预计在2025年增产至15万片,对应全球NAND Flash供应约8%-1

产品路线方面,除已量产的1TB X4-9070外,2025年稍晚将推出3D QLC X4-6080-1。至2026年,计划量产2TB 3D TLC X5-9080与3D QLC X5-6080,后者将支持4,800MT/s高速接口-1

长江存储期望在2026年前达成全球NAND Flash市场份额15%的愿景,并占据中国内需市场超过30%的份额-1


当一枚搭载长江存储最新颗粒的固态硬盘在电脑中飞速运转时,武汉工厂的试验线正准备用完全国产化的设备生产下一批芯片。

长江存储计划到2026年底挑战全球NAND Flash产量的15%,而这条全国产设备试验线在2025年下半年开始的试产,将决定这家中国企业能否在存储芯片领域真正站稳脚跟-1-2

长江存储64层闪存颗粒出货已超3亿颗-5,而128层QLC正准备量产-5。在全球存储芯片的版图上,中国力量正悄然改变着既有的游戏规则。

网友互动问答

网友“芯片爱好者”提问:
长江存储的Xtacking架构到底有什么特别之处?为什么说它是革命性的技术?

回答:
Xtacking架构确实可以说是长江存储的“独门秘籍”,它的特别之处在于打破了传统3D NAND闪存的设计思路。传统架构是在同一片晶圆上同时制造存储单元和外围电路,这就像在一张纸上既要画图又要写字,空间利用和设计灵活性都受限。

而Xtacking架构采用了“阵列-逻辑分离”的设计-3,简单来说就是把存储单元和外围电路分别做在两片独立的晶圆上-7。这就像分开画两幅画,每幅都能专注优化,最后再把它们完美地拼接在一起。

这种分离设计带来了几个明显优势:一是存储密度大幅提高,因为存储单元区域可以更专注地做多层堆叠;二是传输速度更快,外围电路可以专门优化性能;三是生产周期缩短,两片晶圆可以并行加工,最后通过数十亿根垂直互联通道键合-7

长江存储最新Xtacking 4.0版本更是将铜-铜直接键合的对准精度提升到次微米级别-3,这是相当精细的工艺。这种架构的灵活性,使长江存储能相对快速地推进层数升级,从64层到128层仅用7个月就是证明-6

网友“科技观察家”提问:
美国制裁对长江存储的实际影响有多大?他们真的能实现完全国产化生产吗?

回答:
美国制裁对长江存储的影响确实不小,但企业的应对策略显示出很强的韧性。2022年底被列入实体清单后,长江存储无法取得美系先进晶圆制造设备-1,这对正在技术爬坡期的企业来说是严峻挑战。

然而从实际动作看,长江存储没有放慢步伐。他们采取的是 “两条腿走路”策略:一方面继续优化现有产线,另一方面积极推动设备国产化。目前,长江存储的设备国产化率已经达到45%,领先于国内平均水平-2

最值得关注的是他们在武汉建设的全国产设备试验线,预计2025年下半年开始试产-1。这条试验线意义重大,如果成功,将证明完全使用国产设备生产先进3D NAND的可行性。

当然,完全国产化生产面临挑战,特别是在极紫外光刻等关键设备领域,国内与国外仍有差距-1。但长江存储也在创新工艺路线,比如采用“串堆叠技术”成功绕过对128层以上堆叠技术设备的出口管制-1

从量产进度看,制裁并未阻止技术迭代,2025年他们已实现267层3D NAND的量产-3。长期看,这条国产化道路虽然艰难,但对中国存储芯片产业的自主可控至关重要。

网友“普通消费者”提问:
长江存储的芯片现在用在哪?对我们普通消费者有什么实际好处?

回答:
长江存储的芯片已经悄然进入我们的日常生活,带来了实实在在的好处。首先最直接的就是固态硬盘价格更亲民了。随着长江存储产能提升,市场多了重要供应商,打破了原先几家国际大厂的垄断局面,促进了价格竞争。

目前,长江存储的闪存颗粒已经广泛应用于固态硬盘、U盘、存储卡等产品中-8。如果你最近购买固态硬盘,很可能就使用了长江存储的颗粒。他们的64层闪存颗粒出货已超过3亿颗-5,这个规模说明已经大量进入市场。

对消费者而言,产品选择更多样了。有了长江存储的供应,国内存储品牌能推出更具性价比的产品。特别是随着128层QLC闪存量产-5,大容量固态硬盘的价格将进一步下降,1TB、2TB将成为更多消费者的标配。

长江存储的技术创新也带来性能提升。他们的Xtacking架构提供更快传输速度-7,最新产品接口速度达3600MT/s-1,未来还将提升至4800MT/s-1,这意味着文件传输、系统启动速度会更快。

长远来看,长江存储的发展增强了中国在关键半导体领域的自主能力,减少了对外部供应链的依赖,这对国家信息安全和产业安全都有重要意义。作为消费者,我们既能享受技术进步带来的便利,也能支持国内产业发展。