128层堆叠闪存芯片在电子显微镜下像一座精心设计的摩天大楼,这是2019年美光在存储行业投下的一颗震撼弹。
美光在2019年10月初宣布完成首批第四代3D NAND闪存的流片-2。这款采用全新RG(替换栅极)架构的芯片堆叠了多达128个有源层-3。

当时美光表示基于新架构的存储芯片将仅用于特定应用,预计在2020年开始商用-2。五年后的今天,美光已经将堆叠层数推向了新的高度。

2019年美光的128层3D NAND技术标志着存储行业的一个关键节点。当时美光存储芯片采用了全新的RG架构,这一技术完全由美光独立开发-2。
与传统浮动栅极技术不同,替换栅极架构在缩小尺寸、降低成本的同时,也提升了性能表现-9。美光选择在特定产品线上率先应用这项新技术,而非全面铺开-10。
行业观察显示,从64层向96层过渡时,各大厂商已经加快了技术推进力度-7。美光128层3D NAND的推出,正是这一竞争态势下的产物。
02 层数竞赛随着时间推移,存储行业的层数竞赛愈演愈烈。美光并没有停留在128层的成就上。到2021年,美光已经扩展到176层3D NAND产品线-4。
在2025年的IEEE国际存储器研讨会上,美光公布了更令人瞩目的进展:第九代3D NAND闪存字线层数达到276层,比第八代232层增加了19%-1。
有趣的是,仅靠增加层数并不足以解释美光取得的全部技术进步。在第九代产品中,存储单元阵列的存储密度提高了40%,这一提升幅度远超层数增加的比例-1。
美光通过移除虚拟柱、减少页面缓冲器数量等方式,从水平尺寸优化入手,实现了在有限堆叠层数下的最大存储密度提升-1。
03 成本考量技术进步的驱动力不仅来自性能追求,更关乎成本效益。在存储行业,每比特成本是衡量技术成功的关键指标-5。
最初,美光警告称使用新架构的存储芯片将仅用于特定应用,因此短期内其3D NAND成本削减将微乎其微-3。美光当时还没有计划将所有产品线都转换为最初的RG工艺技术-2。
但随着技术成熟和广泛部署,成本效益开始显现。美光公司承诺在后续RG工艺节点广泛部署之后,将真正开始降低成本-2。
从技术角度看,更高堆叠层数确实有助于降低每比特成本。但这一过程需要时间,随着产量提升和技术成熟,成本优势才逐渐释放-7。
04 技术挑战向更高层数堆叠的道路并非一帆风顺。随着层数增加,制造过程中的技术挑战也呈指数级增长-1。
蚀刻存储器通孔和支柱所需的高纵横比加工成为主要难点之一。在美光第九代3D NAND中,存储单元堆栈高度已超过13微米-1。
另一个难题是电干扰问题。随着字线金属和字线间绝缘膜变薄,上下相邻存储单元之间的电干扰会增加-1。美光通过引入气隙绝缘和“Confined SN”技术应对这一挑战。
更长远地看,介质击穿风险也是堆叠层数增加带来的潜在问题。美光甚至考虑将存储原理从电荷捕获改为铁电极化以应对这一挑战-1。
05 未来展望存储技术的创新似乎是一场没有终点的马拉松。美光的技术路线图显示,层数增加策略仍将继续-1。但单纯增加层数将面临越来越大的技术挑战。
在不久的将来,美光计划采用晶圆键合技术,分别制造CMOS外围电路晶圆和存储单元阵列晶圆,然后将它们键合在一起-1。
这种方法的优势在于可以优化外围电路和存储单元阵列的性能,随着技术发展,其成本预计将低于传统的单片制造方法-1。
随着人工智能和机器学习应用的快速发展,对高密度、低成本3D NAND闪存的需求将持续增长-1。美光128层3D NAND及其后续技术演进,正是应对这一需求的关键布局。
美光128层3D NAND技术的突破发生在2019年,当时这款芯片采用了全新的RG架构,由美光独立开发完成-9。如今美光已推出276层的第九代产品,但存储密度的提升远超过层数增加的比例-1。
存储行业的层数竞赛仍在继续,但单纯增加层数已不再是唯一的竞争维度。随着晶圆键合等新技术的引入,未来3D NAND闪存的发展将更加多元化-1。
存储技术的每一次进步,最终都将转化为消费者手中设备更快的速度、更大的容量和更实惠的价格。当我们享受着科技带来的便利时,或许不会想到手中设备里,那些在微观世界里层层堆叠的创新与突破。
网友问题与回答网友“存储小白”提问: 我最近想买个固态硬盘,看到有些产品标注用美光3D NAND技术,这个128层到底是啥意思?层数越多就越好吗?
这个确实是很多人的疑问!简单来说,3D NAND就像是建房子,128层就是指存储单元垂直堆叠了128层。相比传统平面(2D)设计,它能在同样芯片面积内容纳更多数据-7。
层数增加通常意味着容量更大、成本更低,但也不是绝对的。你看美光从128层发展到276层的过程中,存储密度提高了40%,这比层数增加的19%要多得多-1。
这是因为美光还做了其他创新,比如优化水平布局、减少页面缓冲器等-1。所以选购时不能只看层数,还要看实际性能参数,比如读写速度、耐用性这些。
对于普通用户来说,基于美光128层或更高层数3D NAND的固态硬盘已经能提供很好的性能和可靠性,关键是要根据自己的需求和预算选择合适的产品。
网友“科技爱好者”提问: 我看了资料,美光128层技术是2019年推出的,现在都2025年了,现在最先进的技术是什么?层数是不是快到物理极限了?
你观察得很仔细!确实,美光在2019年推出的128层3D NAND技术当时是个重大突破-2-3,但技术发展真的太快了。到2025年,美光已经公布了第九代3D NAND,层数达到了276层-1。
不过更有意思的是,美光现在不单靠堆层数来提升性能。他们采用了“Confined SN”技术,通过在绝缘膜中引入气隙,把氮化膜限制在特定区域,大大降低了相邻存储单元之间的干扰-1。
关于物理极限的问题,业内人士确实在寻找新的突破方向。一种可能的方向是改变存储原理本身,比如从电荷捕获转向铁电极化,这样可以降低操作电压,减少绝缘击穿的风险-1。
另外美光还在探索晶圆键合技术,把存储单元和外围电路分开制造再结合,这可能会成为未来技术发展的新方向-1。所以说,存储技术的创新道路还很长呢!
网友“行业观察者”提问: 我注意到长江存储、三星这些公司也在推3D NAND技术,美光的128层技术和它们比有什么特点和优势?
这个问题问得很专业!确实,3D NAND市场竞争激烈,各家都有自己的技术路线。美光128层3D NAND的一个特点是采用了全新的RG(替换栅极)架构,这是他们独立开发的,与之前和英特尔合作时的技术不同-9。
从技术角度看,美光在读写性能方面一直有不错的表现,业界分析认为其实力已经接近行业领先水平-7。在相同层数下,美光的芯片尺寸(die size)在业界是较小的,这对降低成本很有帮助-7。
相比而言,三星采用的是电荷撷取技术,从48层、64层、96层一路发展到128层以上-7。而长江存储则发展了自己的Xtacking技术,通过将内存阵列置于外围电路上来减小芯片尺寸-5。
美光技术发展的一个明显特点是持续性和渐进性,他们不是单纯追求层数突破,而是通过架构创新、工艺优化等多方面提升整体性能-1。这种全方位的技术进步策略,使美光在激烈市场竞争中保持了竞争力。