三星工程师用凿子在硅片上垂直打穿超过10亿个孔，将24层存储单元连接起来时，一场存储技术的“空间革命”就此开启。
2013年，当三星首次推出仅有24层的V-NAND闪存时，业界可能还未完全意识到，半导体存储的发展轨迹已被彻底改变-9。在此之前，NAND闪存就像在一块有限的地皮上不断缩小每户人家的面积，精打细算地安置更多住户——这就是2D NAND的平面微缩时代。
当时技术的核心矛盾已经凸显：当制程尺寸持续微缩到十几纳米时，存储单元间的串扰问题日益严重，产品可靠性面临严峻挑战-1。
早年的2D NAND闪存，走的是典型的“摩尔定律”路子。从早期的50纳米以上制程，一路微缩到最后的16/15纳米。每次制程进步，存储密度就能提升一级，单位比特的成本也随之下降-4。
但这条路走到2010年代初期，已经看到了尽头。
问题出在物理规律上。工艺越先进，NAND的氧化层就越薄，可靠性就越差-4。厂商需要额外手段来弥补，但这又会提高成本，到了某个节点之后，制程微缩已无法带来经济效益。
更头疼的是，随着晶体管尺寸越来越小，存储的电荷数量也受限，读写容量难以进一步提升。对于整个存储阵列来说，耦合效应和干扰问题变得十分棘手-4。
正是在这样的背景下，行业开始思考一个根本性的问题：为什么NAND要从2D进入3D？
答案其实直白得很——当地皮贵到买不起，平面设计又挤不下更多住户时，唯一的出路就是往空中发展。三星的工程师们做了个形象的比喻：这就像习惯住在一、二层房屋的人们，第一次搬进高层公寓-9。
3D NAND技术通过从平面结构向三维结构的转变，实现了存储密度的革命性提升-1。它的核心思路从“缩小单元面积”转变为“堆叠更多层数”，成功解决了平面NAND在增加容量的同时性能降低的问题-4。
东芝最早在2007年就提出了3D NAND的概念，并明确指出NAND闪存未来的发展趋势将集中于降低单位比特成本-4。
为什么NAND要从2D进入3D时的技术转型如此艰难？因为这不仅是设计理念的转变，更是整个制造工艺的重构。
在2D时代，制造工艺以光刻为主导；而转向3D后，则变为以刻蚀为核心的三维集成技术-1。这一转变增加了开发和生产先进设备的复杂性-8。
2013年，三星推出了全球首款V-NAND闪存并投入量产，代表着3D NAND从技术概念走向商业市场-4。虽然第一代产品只有24层，但却成功突破了平面技术的瓶颈。
有意思的是，提出概念的东芝，其第一款3D NAND量产产品反而比三星晚了整整三年-4。
自从NAND闪存进入3D时代，芯片的层数比拼就成为各大厂商的竞争焦点。堆栈层数犹如摩天大楼一样越来越高-4。
这场竞赛的激烈程度令人咋舌：从最初的24层、32层，一路堆到了128层、176层，再到200层以上。到2025年，SK海力士已能出货321层NAND，长江存储也量产出货基于Xtacking 4.0架构的294层3D NAND-3。
美光公司在2022年宣布其232层NAND闪存芯片实现量产时，这是全球首款突破200层大关的固态存储芯片-4。美光采用了双堆栈闪存设计，每个成品芯片由两个116层的芯片组成，通过一个称为串堆栈的过程粘合在一起-4。
在这场全球存储竞赛中，中国力量不容小觑。长江存储自研的Xtacking架构，成为全球3D NAND闪存技术的重要创新-1。
长江存储成立于2016年，当时国内闪存芯片基本上还是一片空白-4。但仅用一年时间，就研制成功了中国第一颗3D NAND闪存芯片，2018年实现了量产，实现了国产存储芯片零的突破-4。
更令人印象深刻的是其发展速度：跳过96层，直接在2020年4月发布128层3D NAND闪存，迅速缩小与三星、美光等国际巨头的差距-4。
盖摩天大楼难，在硅片上盖存储单元的摩天大楼更难。随着3D NAND层数不断增加，制造工艺面临诸多挑战。
三星工程师很早就意识到，简单地将更多层堆叠在一起并不是全部。就像高层公寓一样，建筑物应该很高但也应该很坚固，并且随着高度增加，必须确保安全高效的垂直交通-9。
随着层数增加，产品高度周围会出现物理限制。三星通过开发超小单元尺寸，成功将单元体积减少了35%，从而在较低的高度堆叠更多层-9。
该公司还拥有单层蚀刻技术，能够一次堆叠超过100层，并通过超过10亿个孔互连-9。
或许您会好奇，难道提升存储密度就只有堆叠层数这一条路吗？当然不是。
除了添加越来越多的层数，NAND闪存制造商还可以将多个存储比特打包到单个单元中，以此提高存储比特的密度-4。
这就是为什么我们听到SLC、MLC、TLC、QLC甚至PLC这些术语的原因。它们分别代表每个单元存储1、2、3、4、5个比特数据-4。
但这里有个权衡：每个单元存储的比特数越多，性能和使用寿命通常会下降。例如，QLC只能经受约1000次编程/擦写循环，而SLC可经受10万次-4。
为什么NAND要从2D进入3D时的转型如此关键？因为它为行业开辟了至少十年的清晰发展路径。
IMEC认为，1000层的NAND闪存或许在10年内就会出现-4。三星更是直接表示，当其V-NAND解决方案发展到超过1000层时，公司将继续确保其内存解决方案提供较高的可靠性-9。
2025年全球闪存峰会指出，行业正在从300层向着400层进发-3。闪存产业正在从“存储芯片”迈向“智能底座”的演化-3。
随着人工智能与大数据时代的到来，3D NAND闪存在存储密度、容量、成本和可靠性等方面面临新的要求与挑战-1。但无论如何，从平面到立体的这一跃，已经为数据存储的未来打下了坚实基础。
美光的232层NAND将单位面积存储的比特密度增加了一倍，每平方毫米封装14.6Gb-4。三星的第7代V-NAND芯片输入/输出速度高达2.0吉字节/秒-9。长江存储通过自研Xtacking架构大幅提高了存储密度，实现了跳跃式发展-4。
这些数字背后，是存储行业从平面到立体、从“挤地皮”到“盖高楼”的战略转型。当2D平面再无发展空间时，向3D堆叠的转变不仅是技术突破，更是产业生存的必然选择。
现在厂商都在竞赛堆层数，但层数是不是越多越好？有没有物理上限？
说实话，您这问题问到点子上了！层数竞赛确实热闹，但还真不是“韩信点兵——多多益善”。这里面有几个坎儿得迈过去。
首先，技术上讲，堆得越高，制造难度越大。您想想，要在硅片上垂直打孔连接几百层单元，这孔的深宽比得多大？就像用一根极长的吸管插穿一叠几百张纸，还得保证每张纸上的孔精准对齐。三星号称能一次性蚀刻超过100层，并通过超10亿个孔互连，这已经是业界顶尖技术了-9。
是物理和电学上的限制。堆叠层数越多，存储阵列就越高，信号从底部传到顶部经历的路径越长，延迟和功耗就可能增加。同时，高层数对芯片的结构强度和散热也提出了更高要求-9。
那有没有上限呢？业界普遍认为1000层是一个重要的技术里程碑和挑战目标-4-9。IMEC预测10年内可能出现1000层NAND-4，而三星则明确表态，当其V-NAND超过1000层时，仍将致力于确保高可靠性-9。但再往上，可能需要全新的材料或架构突破。
所以，厂商们现在也在探索“开疆拓土”之外的其他路径，比如前面提到的提高每个单元存储的比特数（QLC、PLC），或者像长江存储那样，通过Xtacking架构优化芯片内部布局来提升密度-1-4。未来的发展，很可能是“层数、单元位数、架构创新”多条腿走路。
3D NAND技术对我平时用的手机、电脑有什么实实在在的好处？
这位朋友，好处可太实在了，而且您可能已经在享受了！简单说就是：一样的价钱，容量更大；一样的体积，速度更快、更耐用。
您想啊，以前2D NAND就像在固定大小的地皮上拼命缩小每间房来塞更多人，房间小到一定程度就没法住了。而3D NAND是开始盖高楼，同样大的地皮，能住的人翻了N倍。对应到您的设备上：
手机：您现在能用相对实惠的价格买到256GB、512GB甚至1TB的手机，高清照片视频随便拍，大型手游放心装，背后主要就是3D NAND堆叠层数越来越多、密度越来越高的功劳。想想几年前64GB还是主流，现在是不是感觉“回不去了”？
电脑（特别是固态硬盘SSD）：这是感受最明显的地方。3D NAND让SSD的容量实现了从GB到TB的跨越，价格却越来越亲民。更重要的是，相比2D NAND时代末期出现的可靠性问题，3D NAND通过结构革新，在提升容量的同时，也带来了更好的性能和耐用性-4。您电脑开机、加载软件、传输文件快如闪电的体验，它功不可没。
未来体验：随着层数继续增加和PCIe等接口协议升级，未来的SSD速度还会更快。三星的第7代V-NAND就支持高速的PCIe Gen 4/5接口-9。这意味着更快的游戏加载、更流畅的4K/8K视频编辑，甚至为AI大模型在本地运行提供可能-3。
所以，虽然技术藏在芯片里看不见，但您手里设备“能装又扛造”的体验，实实在在是3D NAND技术升级送的福利。
国内的长江存储等厂商在3D NAND赛道上处于什么位置？Xtacking架构真有那么厉害吗？
这个问题很有洞察力。先说结论：中国厂商，特别是长江存储，通过Xtacking等自主创新，实现了从奋力追赶到局部领先的跨越，已经成为全球3D NAND市场中不可忽视的强劲力量。
回顾一下时间线，您就能感受到这种速度：长江存储2016年成立，2017年就研发出中国首颗3D NAND芯片，2018年实现量产，打破国产空白-4。更惊人的是，它跳过了行业普遍的96层阶段，在2020年直接发布了128层产品-4。到2025年，已能量产基于Xtacking 4.0架构的294层3D NAND-3。这个研发和量产爬坡速度，在国际上也属第一梯队。
Xtacking架构的核心厉害在哪呢？ 它本质上是一种创新的晶圆键合技术。传统3D NAND的存储单元阵列（Cell Array）和外围逻辑电路（Peripheral Circuit）是放在同一片晶圆上依次制造的，会相互制约。而Xtacking架构的精髓在于“分开制造，最后键合”：
独立优化：在两片不同的晶圆上分别制造存储单元和外围电路。这样存储单元可以专注于堆叠层数，追求极致密度；外围电路则可以采用更先进的逻辑制程，追求高性能和低功耗，互不干扰。
混合键合：通过先进的混合键合技术（Hybrid Bonding），将两片晶圆像“搭乐高”一样，通过微观的金属接口垂直互连起来-3。这比传统打线连接密度高、速度快、延迟低。
带来的优势非常直接：存储密度更高、I/O接口速度更快、开发周期更短-1。正因如此，Xtacking架构不仅让长江存储快速追赶，甚至开始引领技术创新。连竞争对手铠侠也采用了类似的CBA键合技术-3。
所以，在全球3D NAND从300层向400层甚至更高迈进的竞争中-3，以长江存储为代表的中国厂商，凭借像Xtacking这样的原创架构，已经拿到了关键技术赛点的入场券，正在重塑全球存储市场的竞争格局。
