手机弹出“存储空间不足”的红色警告时,你可能不知道,指甲盖大小的芯片里正进行着一场存储技术的楼层竞赛。
美光公司用一张自拍的照片举例,他们最新的64层3D NAND技术能将超过9000张社交媒体照片塞进比指甲还小的空间里-1。

而在中国武汉的长江存储园区,工程师们刚刚宣布量产基于Xtacking架构的64层256Gb TLC 3D NAND闪存,这是中国首款64层3D NAND闪存-2。

存储技术正从“平房”转向“摩天大楼”。以前闪存芯片是平面的,相当于地面停车场,而三维闪存芯片就像立体停车场-8。
64层3D NAND闪存意味着存储芯片里垂直堆叠了64层存储单元,每层都能存储数据。
这项技术能将64GB的存储空间压缩到比指甲还小的封装中-1。想想2000年首次上市的NAND USB硬盘密度只有几MB,不到20年时间,存储技术已从MB级别跃升至TB级别-1。
从平面NAND转向立体堆叠,本质上是存储密度提升方式的根本变革。当平面微缩工艺达到物理极限时,垂直堆叠成为提高密度、降低成本的新途径。
2019年9月,长江存储宣布开始量产基于Xtacking架构的64层256Gb TLC 3D NAND闪存-5。
这个时间点比国际大厂略晚,但却标志着中国在主流存储产品上首次实现批量生产。
长江存储的Xtacking架构像由无数根罗马柱支撑起的宫殿,能够在两片独立晶圆上分别加工外围电路和存储单元-8。当两片晶圆各自完工后,通过一个处理步骤就可将两片晶圆键合。
这种创新架构相比传统3D NAND闪存架构,能带来更快的传输速度、更高的存储密度-8。长江存储64层3D NAND量产前,全球NAND闪存市场基本被三星、美光、SK海力士和东芝等几家国际大厂垄断-8。
在国际固态电路研讨会2017年度大会上,三星电子公布了64层、512Gb容量的3D NAND闪存-7。
几乎同时,东芝与西部数据的合作团队也展示了类似产品-7。
三星将这次推出的64层3D NAND归类为第三代技术,与第二代的48层相比,面临的主要技术障碍是垂直穿孔要穿透的层数增加了三分之一-7。
东芝则将其64层堆叠闪存视为去年48层堆叠3D闪存的换代产品,单Die容量比老产品扩大近1.4倍-4。
当时业界普遍预测,64层3D NAND有望在2019-2020年主导NAND闪存市场,SSD与电子产品将是主要应用领域-4。
从64层到今天的300多层,3D NAND技术的发展速度令人惊叹。3D NAND技术持续突破物理极限,行业正转向多种新技术来更紧密地排列存储单元-3。
随着堆叠层数增加,制造工艺面临挑战。当堆叠高度达到30微米时,保持所有部件的均匀性变得更加复杂-3。
国际大厂的技术路线图显示,三星计划到2030年实现超过1000层的堆叠-9。而长江存储有可能跳过96层,直接进军128层3D NAND闪存产品-2。
随着5G、人工智能和超大规模数据中心时代的到来,NAND闪存市场的需求将持续增长-5。更高的堆叠层数意味着更低的每比特成本,这对于满足数据爆炸时代的需求至关重要。
64层3D NAND技术已从实验室走向市场。长江存储计划推出集成64层3D NAND闪存的固态硬盘、UFS等产品-2。
这些产品面向数据中心、企业级服务器、个人电脑和移动设备制造商的需求,为用户提供完整的存储解决方案-5。
对于普通消费者来说,这意味着更便宜、更大容量的存储设备。想想你能用同样价格买到比几年前多几倍存储空间的SSD或手机。
64层3D NAND的量产恰逢其时。随着5G普及、自动驾驶和VR/AR技术发展,未来几年手机中的NAND容量预计将以25%-30%的速度增长-5。
手机存储从64GB扩容到512GB,价格反而更亲民时,长江存储的工程师们已开始研发下一代Xtacking 2.0技术-5。
三星展示的512Gb容量64层3D NAND芯片躺在实验室中-7,而全球闪存峰会上,行业领导者们正讨论着如何堆叠超过300层存储单元-6。
指甲盖大小的芯片内,存储单元的“楼层竞赛”远未结束,1000层的技术蓝图已经展开-9。下一次手机弹出存储空间警告时,背后的技术可能已经又堆高了数百层。
网友提问与回答这是一个非常好的问题!乍一看,在300多层已经成为行业新标杆的今天,64层技术似乎已经“落伍”了。但实际情况并非如此,它依然在特定领域扮演着重要角色,其价值不能单纯用层数来衡量。
首先,技术成熟度和成本是关键。64层3D NAND是业界第一个在性价比上全面超越传统2D平面NAND的立体堆叠技术,这意味着它的生产工艺经过多年打磨,已经非常成熟和稳定-5。成熟的生产线带来极高的良品率和可控的成本。对于那些对极端性能不敏感,但对价格、稳定性和可靠性有很高要求的应用场景(例如某些工业控制、基础数据中心存储或入门级消费电子产品),基于成熟64层技术的存储产品依然是性价比极高的选择。
技术创新具有延续性。今天的300层乃至未来1000层的宏伟蓝图,绝不是凭空出现的。64层技术是这条攀升之路上的第一座重要里程碑,它验证了3D堆叠这条技术路径的可行性,并解决了早期诸如垂直穿孔、层间干扰等基础性工程难题-7。长江存储正是在成功量产64层3D NAND的基础上,才能快速向更高层数进军-2。可以说,没有64层的探索和积淀,就没有后续技术的快速迭代。
市场是分层且多元的。全球存储市场需求巨大且多样,并非所有产品都需要最前沿的“尖货”。64层技术及其衍生产品,正好填补了中端市场的需求,与高端产品形成了有效的搭配。对于很多用户来说,足够用的容量、可靠的品质和实惠的价格,远比追求层数数字更有意义。一项技术的价值,不仅在于它是否处于金字塔顶端,更在于它能否在庞大的市场生态中找到自己不可替代的位置。
这个问题道出了很多关心国产技术朋友的心声。客观地说,从单纯的时间点看,长江存储2019年量产64层3D NAND时,国际领先厂商如三星已经在同年宣布量产96层甚至向128层进发-5-9。如果只看层数这个数字,当时确实存在一代到两代的技术差距-5。
但是,评价技术水平绝不能只看一个维度。长江存储的突破具有多重战略意义:
第一,实现了从无到有的质变。在长江存储之前,中国在高端存储芯片领域几乎是一片空白,市场被国外巨头垄断-8。64层3D NAND的量产,标志着中国首次在存储器主流产品上实现了批量化生产,突破了“零”的枷锁-5。这本身就是一个巨大的成功。
第二,带来了独特的架构创新。长江存储并没有简单跟随国外的技术路线,而是拿出了自主研发的 “Xtacking”架构-8。这个技术好比在盖楼时,把楼梯、水管(外围电路)和房间(存储单元)分别在两栋楼里盖好,然后用一种高效的方式把它们精准地拼接成一栋完整的楼-8。这种创新带来了更高的I/O速度和设计灵活性-5-8,受到了业界关注。
第三,缩短了追赶周期。虽然起步时点晚,但长江存储展现了惊人的追赶速度。在量产64层后,他们并没有按部就班地做96层,而是有可能“跳过96层,直接进军128层”-2。事实上,后来的发展也证实了这一点,长江存储很快就在更高层数的竞赛中达到了世界先进水平-6。这说明,64层项目的意义不仅仅是生产了一款产品,更是为中国搭建起一套完整的、先进的技术研发和制造体系,这份“家底”的价值是无可估量的。
请放心,您刚买的SSD绝不会因为技术迭代而很快“被淘汰”。电子产品的“淘汰”,更多是指其无法满足用户日益增长的新需求,而不是因为有了更新的技术出现。
首先,存储产品的寿命周期很长。一块质量合格的SSD,其使用寿命(通常以写入数据总量TBW衡量)足以支撑普通用户使用五年甚至更久。在这段时间内,只要它能稳定、安全地存储您的数据,完成系统启动、文件读写等任务,它的使命就圆满完成了。64层3D NAND作为一项成熟技术,其可靠性和耐久性已经得到充分验证。
体验瓶颈往往不在底层芯片。对于绝大多数日常使用场景(如开机、办公、玩游戏),决定体验快慢的往往是整机配置的短板,可能是处理器、内存,也可能是软件优化。只要您的SSD接口(如SATA或PCIe)速度能够跑满,您感受到的体验与使用更高层数芯片的顶级SSD相比,在日常应用中差异可能远没有价格差异那么明显。64层技术提供的性能,对于主流应用已经完全足够。
技术红利是普惠的。更高层数技术(如300层)带来的首要好处是容量更大、每GB成本更低。这意味着未来您可以用同样的钱买到更大容量的SSD,或者用更少的钱买到现在同等容量的产品。当您这块64层技术的SSD在未来真的需要更换时,您将能以更实惠的价格享受到技术进步带来的容量盛宴。您现在的购买是明智的,既享受了成熟技术带来的稳定与性价比,又为未来换机时迎接更大的容量和更优的价格做好了准备。技术向前跑,受益的终归是咱们消费者。