一片指甲盖大小的芯片里，正在上演一场垂直空间的疯狂竞赛，工程师们讨论的不再是能画多细的线，而是能盖多高的楼。
打开手机，拍下一张照片，这个动作的背后可能就涉及数亿次的数据写入。这些海量数据住在哪？答案就在那些我们几乎感觉不到，却至关重要的存储芯片里。
而当今存储世界的明星，非3D NAND闪存莫属。你可能不知道，这项技术的核心秘密，竟然和我们盖摩天大楼的逻辑惊人相似。
想想看，如果要在固定面积的土地上容纳更多人，你会怎么做？最简单的办法就是把房子盖高。这正是3D NAND制作的核心思路——当平面（2D）的存储单元缩小到十几纳米，几乎到了物理极限时，工程师们开始转向垂直发展-6。
传统2D NAND就像一片平房区，存储单元整齐排列在平面上。而3D NAND则像是一座设计精巧的摩天大楼，存储单元一层层垂直堆叠起来-1。
这种转变不仅仅是技术上的突破，更是思维方式上的革新。
如今的3D NAND芯片，尺寸大约只有12mm x 6mm，比我们的小指甲盖还小，却能在垂直方向上堆叠数百层存储单元-1。这种“高楼”结构，让存储密度实现了革命性提升，轻松超越了平面结构的物理限制。
3D NAND制作的过程，比建造真实的摩天大楼更加精密和复杂。这可不是简单的“往上垒砖”，每一个步骤都充满挑战。
其中一个最关键的步骤就是蚀刻——在堆叠好的数百层材料上，打出一个又深又直的微小孔洞，这个孔洞被称为“通道孔”-5。你可以把它想象成在大楼里垂直贯穿所有楼层的电梯井，它必须精确无误地从顶层直通底层。
随着层数增加，这个“电梯井”变得又深又窄，蚀刻的难度呈指数级增长。早期的反应离子蚀刻（RIE）技术逐渐力不从心，面临着蚀刻速度慢、精度不足的困境-5。
更麻烦的是，当堆叠超过300层时，传统的制造架构遇到了系统性瓶颈。外围电路被构建在晶圆最底部，必须承受整个堆叠过程的高温考验，这导致晶体管性能退化和良率问题-9。
面对这些挑战，半导体设备商们开始了一场技术创新竞赛。针对高深宽比蚀刻的难题，低温蚀刻技术应运而生-5。
这项技术的原理听起来有点“反常识”：通过将蚀刻温度降至零度以下（最低可达-70℃），在晶圆表面形成特殊的物理吸附状态，从而提高蚀刻速率和精度-5。
Lam Research公司推出的Cryo 3.0技术就是一个典范。与传统工艺相比，它的蚀刻速度提高了2.5倍，而通道孔从顶部到底部的尺寸偏差小于0.1%-5。这种精度意味着什么？相当于在一根头发丝的横截面上，精确打出数十个完美垂直的深孔。
另一项突破性技术是混合键合，它彻底改变了3D NAND的制作范式。这项技术将存储单元晶圆和外围电路晶圆分开制造，然后通过纳米级精度的对准和键合技术将它们结合在一起-9。
长江存储从2018年就开始将名为Xtacking的混合键合技术应用于64层NAND，这种“起步即采用先进架构”的策略，让其在这一领域积累了宝贵经验-9。
全球主要的存储制造商正沿着不同的技术路径加速前进，目标都指向一个方向：更高的层数、更大的密度、更低的成本。
SK海力士已经宣布量产321层3D NAND芯片，采用6平面设计，数据传输速度提升了一倍-2。而三星则计划在400多层节点采用混合键合外围单元架构，实现更高的接口速度-9。
铠侠与西部数据联合开发的332层3D NAND，位密度提高了59%，接口速度达到4.8Gb/s-9。更令人惊讶的是，行业已经将目光投向了1000层以上的3D NAND，这将是现有技术的三倍多-5。
在这场垂直竞赛中，中国长江存储的Xtacking技术展示了一种不同的创新路径。这种技术允许存储单元阵列和外围电路分别独立优化，然后通过数百万个金属接触点实现互连-8。
这种设计的优势显而易见：外围电路可以使用最适合的逻辑工艺制造，而存储阵列则可以专注于堆叠更多层数，两者结合后，既能提高性能，又能降低功耗-9。
3D NAND制作技术的飞速发展，与人工智能时代的存储需求密不可分。AI大模型的训练需要处理海量数据，对存储容量和速度提出了前所未有的要求。
根据市场研究，全球内存市场预计将从2024年的2455.9亿美元增长到2034年的4808.8亿美元，其中3D NAND技术的进步是主要推动力之一-4。
企业级SSD市场，特别是面向AI服务器的存储解决方案，成为技术竞争的焦点。这些应用场景要求NAND闪存具备更高的容量密度、更快的接口速度和更好的可靠性-7。
为了满足这些需求，NAND制造商不再仅仅追求层数的增加，而是更加注重架构创新。通过混合键合、多平面设计、接口优化等综合手段，在性能、功耗和成本之间寻找最佳平衡点-9。
从几十层到几百层，3D NAND制作的技术演进路线清晰可见，而背后的技术挑战也愈加严峻。蚀刻精度要达到纳米级、堆叠层数要突破物理限制、新材料和新工艺要不断引入——这场垂直空间的竞赛，既是技术创新的比拼，也是对未来数据世界的布局和投资。未来，我们手中的小小设备，将能装下整个世界的数据记忆。
网友提问与解答
1. 网友“科技好奇君”提问：总听说3D NAND层数越多越好，现在都300多层了，有没有物理极限？还能继续堆到多少层？
这个问题问到点子上了！就像盖楼不能无限高一样，3D NAND的堆叠确实面临物理和经济的双重极限。从技术角度看，主要挑战有几个方面：一是蚀刻工艺的极限，当通道孔深宽比太高时，蚀刻均匀性和精度难以保证；二是应力累积问题，层数越多，材料间的热应力越大，可能导致结构变形或开裂-5；三是电性能退化，随着“电梯井”（通道孔）变深变窄，电子传输效率会下降，影响读写速度和可靠性。
但工程师们总有办法！目前行业已经瞄准了1000层以上的目标-5。怎么突破呢？主要有几个方向：一是串堆叠技术，不是一次性堆几百层，而是分几段堆叠，每段单独加工再组合，就像盖完一栋楼再在旁边盖一栋，然后通过特殊结构连起来-6；二是混合键合架构，把存储单元和外围电路分开制造再粘合，这样外围电路就不用忍受堆叠过程的高温考验-9；三是新材料和新工艺，比如Lam Research的低温蚀刻技术，能在零下70度的环境中实现更高精度的蚀刻-5。
所以，虽然理论上堆叠层数会有上限，但以目前的技术进展来看，1000层应该不是终点。各主要厂商都已经制定了长期路线图，比如铠侠就计划到2031年量产超过1000层的3D NAND-9。
2. 网友“存储小白”提问：经常看到QLC、TLC这些术语，它们和3D NAND层数有什么关系？我买SSD应该更关注层数还是这些参数？
哈，这个问题很实际！先说说它们的关系吧。3D NAND指的是结构，就是存储单元怎么排列（垂直堆叠）；而QLC、TLC指的是每个存储单元能存多少位数据。TLC是每单元3位，QLC是每单元4位。所以一个是“房子盖多高”，一个是“每间房住几个人”，两者可以组合使用。
现在的高层数3D NAND，比如SK海力士的321层产品，就是用的QLC技术-2。这种组合能实现超高密度，一个芯片就能做到2Tb的容量-2。但QLC也有缺点，主要是寿命和速度不如TLC。
那你买SSD该看什么呢？我的建议是结合使用场景：
如果是系统盘或经常写入的盘，优先考虑TLC产品，性能和寿命更有保障，层数200层以上的现代TLC SSD已经很不错了。
如果是仓库盘，主要存电影、文档等不常改动的数据，高层数QLC SSD性价比很高，容量大价格低。
不要只看层数数字，架构也很重要。比如长江存储的Xtacking架构，通过混合键合技术，即使层数不是最高，也能获得很好的性能-8-9。
关注实际性能参数，比如接口速度（像铠侠332层产品达到4.8Gb/s-9）、读写速度和耐久度指标。
3. 网友“产业观察者”提问：听说中国在3D NAND领域发展很快，长江存储的Xtacking技术到底有什么特别之处？在国际上是什么水平？
长江存储的Xtacking技术确实是中国半导体创新的一个亮点，它的核心思路很聪明：不走寻常路。当国际大厂还在传统架构上不断增加层数时，长江存储选择了一条不同的路径。
Xtacking技术的特别之处在于它的“分而治之”策略：把存储单元阵列和外围电路分别制造在两片独立的晶圆上，然后再通过数百万个微小的金属通道（称为“互联通道”）将它们像拼图一样精准地键合在一起-8-9。
这种设计有几个明显优势：一是可以分别优化，存储单元晶圆可以专注于堆叠更多层，外围电路晶圆可以用更适合的逻辑工艺制造，互不干扰；二是提高了生产灵活性，两部分可以并行生产，缩短了制造周期；三是提升了性能，由于外围电路不受存储阵列制造工艺的限制，可以采用更先进的制程，从而提高I/O速度。
在国际上，Xtacking技术可以算是混合键合领域的早期实践者。长江存储从2018年量产64层NAND时就开始使用这项技术，积累了宝贵经验-9。而国际大厂如三星、铠侠等，是在层数突破300层后才开始转向混合键合架构-9。
当然，也要看到，在绝对层数上，国际领先厂商如SK海力士（321层）、铠侠/西部数据（332层）仍然处于前沿-2-9。但技术竞争不仅仅是比层数，更是比架构创新、良率控制和成本效益。Xtacking技术让长江存储在这些方面形成了自己的特色和优势。
全球3D NAND战场正从简单的“层数竞赛”转向更复杂的“架构竞赛”-9，在这个新的竞争维度上，长江存储凭借早期布局，已经占据了一个有利位置。
