一块小小的芯片晶圆上,堆叠着数十亿个存储单元,长江存储的工程师们通过自主研发的Xtacking架构,让中国在高端存储芯片领域第一次有了话语权。
2019年9月,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,满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求-2。

这是中国首款自主研发的64层3D NAND闪存芯片,也是全球首款基于Xtacking架构设计并实现量产的闪存产品-5。

长期以来,全球NAND闪存市场被三星、镁光、SK海力士和东芝等几家国际大厂垄断,其中三星多年位居龙头,而中国在该产业领域几近空白-2。
长江存储64层3D NAND的量产改变了这一局面。与传统的平面NAND不同,3D NAND就像从平房变成了高楼大厦,在同样面积的“地基”上能容纳更多数据-5。
这种64层芯片在微观世界里就像一栋64层的楼房,如果换算成一栋楼里的“房间”,足足有数百亿个“数据房间”之多-5。
更令人振奋的是,这款64 3d nand 紫光产品采用了长江存储自主研发的Xtacking架构,这可是个真正的创新突破。简单来说,它能在两片独立的晶圆上分别加工外围电路和存储单元-5。
Xtacking架构的创新之处令人惊叹。它看上去就像一个由无数根罗马柱支撑起的宫殿,能够在两片独立的晶圆上分别加工外围电路和存储单元-5。
当两片晶圆各自完工后,Xtacking技术只需一个处理步骤,就可通过数十亿根垂直互联通道,将两片晶圆键合-5。
这种设计带来了实实在在的性能提升。长江存储CEO杨士宁曾指出,利用Xtacking技术,长江存储3D NAND闪存未来可带来更快的I/O传输速度、更高的存储密度和更短的产品上市周期-8。
具体来说,Xtacking架构有望将NAND I/O速度大幅提升到3.0Gbps,而当时世界上最快的3D NAND I/O速度的目标值只有1.4Gbps,大多数NAND供应商仅能供应1.0 Gbps或更低的速度-1。
长江存储的64层3D NAND研发之路可谓一步一个脚印。2018年底,长江存储第一代32层三维闪存产品已经量产-5。
当时32层芯片在微观世界里就像是一栋32层的楼房,如果换算成一栋楼里的“房间”,足足有640亿个“房间” 之多-5。
从32层到64层的跨越并不容易。长江存储联席首席技术官程卫华表示,相比传统3D NAND闪存架构,Xtacking可带来更快的传输速度、更高的存储密度-7。
该架构引入批量生产后,能显著提升产品性能,缩短开发周期和生产制造周期,从而推动高速大容量存储解决方案市场的快速发展-7。
这款64 3d nand 紫光产品的量产对中国芯片产业具有里程碑意义。紫光集团联席总裁刁石京坦言,长江存储进入到这个领域之前,国内一直没有大规模量产的存储芯片-4。
随着云计算、大数据的发展,人类对数据存储要求越来越高,3D NAND存储芯片是高端芯片的一个重要领域。它的量产标志着中国离国际先进水平又大大跨近一步-4。
具体来说,长江存储64层三维闪存产品的量产将使中国与世界一线三维闪存企业的技术差距缩短到2年以内,并有望使中国存储芯片自产率从8%提升至40%-4。
这意味着,未来国人日常办公写的文稿,外出旅游拍的照片,将有机会存储在国产的NAND闪存中,不再完全依赖进口芯片-8。
根据业界消息,长江存储计划跳过96层NAND,直接研发128层NAND,力争在技术上进一步缩短与外商的差距-8。
长江存储已推出Xtacking2.0规划,借以提升NAND吞吐速率、提升系统级存储的综合性能、开启定制化NAND全新商业模式等-9。
相关产品将被广泛应用于数据中心,企业级服务器、个人电脑和移动设备等领域-9。预计到2020年底,长江存储的产能可望提升至月产6万片晶圆的规模-6。
虽然前路依然充满挑战,但长江存储在64层3D NAND技术上的突破,无疑为中国存储芯片产业注入了一剂强心针-9。
未来几年,长江存储计划跳过96层直接进入128层三维闪存研发,试图实现弯道超车-9。紫光集团为长江存储制定的发展路线图显示,64层3D NAND只是一个起点。
随着Xtacking2.0架构的推进,中国存储芯片产业正站在新的历史起点上。武汉东湖新技术开发区内,一座芯片之城正在崛起,串起3条新千亿大道,覆盖集成电路与新型显示等一系列战略性新兴产业-5。