程卫华站在长江存储的洁净车间外,透过玻璃看着内部自动化设备精准运转,他清楚记得从32层到64层三维闪存量产时团队熬过的无数个夜晚。

2019年9月初的那个上午,紫光集团旗下长江存储宣布开始量产基于Xtacking®架构的64层256Gb TLC 3D NAND闪存-1

在宣布这一消息时,长江存储联席首席技术官程卫华强调,通过将Xtacking®架构引入批量生产,能够显著提升产品性能,缩短开发周期和生产制造周期-1


01 技术破冰

长江存储64层3D NAND闪存的量产,标志着中国在存储芯片领域实现了重要突破。这款产品不仅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-7

对于普通消费者来说,3D NAND技术可能听起来很专业。简单来说,传统存储芯片是平面的,就像地面停车场;而三维闪存芯片是立体的,更像是立体停车场-7

同样的“占地面积”下,立体芯片能够容纳更多数据量。长江存储的64层芯片“大楼”,可以容纳的数据房间数量以几何级数增长-7

在性能方面,这款64层3D NAND拥有同代产品中最高的存储密度,这是通过长江存储自主研发的Xtacking®架构实现的-7

该架构的创新之处在于,能够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,将两片晶圆键合在一起-7

02 架构革新

Xtacking®架构的技术优势不仅体现在存储密度上,还表现在传输速度方面。相比传统3D NAND闪存架构,Xtacking®可带来更快的传输速度-7

程卫华在谈到这一技术时表示,随着5G、人工智能和超大规模数据中心时代的到来,闪存市场的需求将持续增长-1。Xtacking®架构正是为了满足这些高性能需求而设计的。

这种架构看上去就像一个由无数根罗马柱支撑起的宫殿-7,能够在两片晶圆各自完工后,通过数十亿根垂直互联通道将它们连接起来-7

长江存储从2018年底量产第一代32层三维闪存产品,到2019年9月实现64层3D NAND量产,技术演进速度令人瞩目-7

03 市场突围

长江存储64层3D NAND闪存量产的消息,在国际存储芯片市场引起了广泛关注。长期以来,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-7

在长江存储宣布量产64层3D NAND时,国际市场上64层、72层的3D NAND闪存已经是主力产品-1

2019年开始,国际大厂已经开始量产92层、96层的产品,到2020年,这些厂商即将进入128层3D NAND闪存的量产阶段-1

面对这样的竞争格局,长江存储采取了务实的发展策略。公司计划推出集成64层3D NAND闪存的固态硬盘、UFS等产品,以满足数据中心、企业级服务器、个人电脑和移动设备制造商的需求-1

04 持续演进

自2019年量产64层3D NAND以来,长江存储并未停止技术创新的步伐。截至最近的数据显示,长江存储64层闪存颗粒出货已超过3亿颗-4

与此同时,公司的技术研发已经进入到新的阶段。长江存储已经研发成功全球首款128层QLC 3D NAND闪存-8

这款最新产品拥有业界最高的存储密度、传输速度和单颗闪存芯片容量-8

令人印象深刻的是,从64层量产至128层研发成功,仅相隔了7个月时间-8。即便发生了疫情也没有阻挡研发脚步,长江存储首席执行官杨士宁将这一成就归功于数千名研发人员的智慧和全产业链上下游的通力协作-8

05 产业布局

长江存储的发展离不开中国半导体产业的整体布局。2014年11月,中国成立国家集成电路大基金,这个基金推动中国先进集成电路产业发展-1

2016年3月,在集成电路产业基金的支持下,武汉新芯宣布投资240亿美元在武汉打造一个世界级的半导体存储企业-1

长江存储项目集合了武汉工厂240亿美元、南京工厂300亿美元和成都工厂240亿美元的投资,总投资规模达到780亿美元-1

这种规模的投资体现了中国在存储芯片领域的决心。NAND Flash是长江存储最先发力的方向-1,而目前的表现“没有辜负我们对它的期望”-1


当长江存储的64层3D NAND闪存芯片从武汉工厂流水线缓缓流出时,车间技术人员记录下芯片编号“YMTC 001”。

这批芯片迅速被集成到固态硬盘中,搭载在国产服务器和个人电脑上。不到三年时间,搭载长江存储颗粒的固态硬盘在中国市场占有率已接近20%

从武汉实验室的初步构想,到如今超过3亿颗64层闪存颗粒的出货量-4,这家中国企业正将自主研发的Xtacking架构芯片装入全球各类电子设备。

长江存储生产线仍在扩展,下一批128层QLC芯片即将进入量产阶段-8,实验室里更先进的堆叠层数芯片已在测试中。


网友提问1:长江存储的Xtacking架构到底有什么特别之处,为什么说它是突破性的?

答:Xtacking架构确实是长江存储的核心技术突破,它从根本上改变了传统3D NAND闪存的生产方式。传统方法是把存储单元和外围电路做在同一片晶圆上,这就像在同一块地上既要盖房子又要修路,相互制约。而Xtacking架构允许在两片独立的晶圆上分别加工存储单元和外围电路,最后通过创新的键合技术将它们像搭积木一样精准地连接起来-7

这样做的优势非常明显:一是大幅提高了存储密度,因为存储单元可以更紧凑地排列;二是显著提升了传输速度,Xtacking架构创造了更多的垂直互联通道;三是缩短了产品开发周期,两片晶圆可以并行开发,互不干扰-1

这种架构就像是建筑领域的预制件技术,各个部件在工厂里标准化生产,然后到现场快速组装,既保证了质量,又提高了效率。目前长江存储已经将这一架构发展到了4.0版本,实现了高达3,600MT/s的I/O传输速度,相比上一代产品提升50%-2

网友提问2:作为普通消费者,长江存储的64层3D NAND闪存对我们有什么实际影响?

答:对于我们普通消费者来说,长江存储64层3D NAND闪存的量产最直接的影响就是能够买到性价比更高的存储产品。过去存储市场被少数几家国际巨头垄断,价格往往偏高。随着长江存储等国内企业的进入,市场竞争加剧,固态硬盘、U盘等存储产品的价格更加亲民。

你可能已经注意到,近年来大容量固态硬盘的价格明显下降,这背后就有国产存储芯片的功劳。长江存储的64层闪存颗粒出货超过3亿颗-4,这些芯片被广泛应用于消费级固态硬盘、手机存储等领域。

具体到产品体验,基于长江存储颗粒的固态硬盘在性能上已经能够满足绝大多数用户的需求。比如长江存储的PC450固态硬盘,采用最新的X4-9070闪存颗粒,提供512GB、1TB和2TB三种容量选项,适合日常办公和娱乐使用-5。对于非极端专业需求的用户来说,这些国产存储产品提供了可靠的性能与更有吸引力的价格组合。

网友提问3:长江存储目前在国际市场上处于什么位置?与国际大厂相比还有多大差距?

答:实事求是地说,长江存储作为行业后来者,目前仍处于追赶国际领先企业的阶段,但差距正在迅速缩小。当长江存储2019年量产64层3D NAND时,三星、海力士等国际大厂已经在推进92层、96层产品的量产-1

但长江存储的发展速度令人印象深刻。从32层到64层,再到128层,技术迭代周期不断缩短。特别是在128层QLC产品上,长江存储甚至实现了与国际厂商同步或接近同步的研发进度-8

需要特别指出的是,长江存储有可能跳过9字头,直接进军128层3D NAND闪存产品-1。这种“跳代”发展策略如果成功,将大大缩短追赶时间。从最新进展看,长江存储不仅研发成功了128层QLC闪存-8,而且其第五代TLC 3D NAND闪存已经实现了业界领先的I/O速度和高存储密度-2

从市场表现看,长江存储的64层闪存颗粒出货超过3亿颗-4,这表明其产品已经获得了市场认可。随着技术不断成熟和产能提升,长江存储有望在全球存储芯片市场占据更加重要的位置,为全球客户提供多元化的存储解决方案选择。