在武汉长江存储的洁净车间里,工程师们凝视着刚刚下线的64层3D NAND闪存芯片,这枚比指甲盖还小的存储器件,正悄然改变全球存储产业的格局。

三星、美光和SK海力士等几家厂商几乎垄断了全球的NAND Flash市场供应-7

而如今,长江存储基于64层 3D NAND NM技术的产品实现量产,标志着中国在高端芯片领域迈出了关键一步-7


01 技术破冰

长江存储推出的64层3D NAND闪存并非简单的技术跟随。这款产品采用独特的Xtacking架构,在两片独立晶圆上分别加工外围电路和存储单元-7

这种设计突破了传统3D NAND的技术限制,使芯片具备更高的存储密度和更快的传输速度。传统3D NAND架构中,外围电路约占芯片面积的20%~30%-7

当3D NAND技术堆叠到128层甚至更高时,外围电路可能会占到芯片整体面积的50%以上。Xtacking技术通过将外围电路置于存储单元之上,解决了这一难题-7

02 堆叠革命

与传统的平面NAND技术不同,3D NAND采用垂直堆叠的方式增加存储密度。这种技术突破可以被形象地理解为从平房到摩天大楼的转变-2

美光科技推出的业界首款64层3D NAND企业级SSD,正是这一技术路线的成功实践-2。单颗芯片能够提供64GB存储容量,足以存储超过9000张社交媒体照片或10小时高清视频-10

随着数据存储需求的爆炸式增长,芯片制造商不再仅仅依靠缩小电路尺寸来提高密度,而是选择在垂直方向上层叠更多存储单元-4

03 创新架构

长江存储的Xtacking架构创新不仅提高了存储密度,还显著缩短了产品开发周期。相比传统3D NAND闪存架构,这一技术能带来更快的I/O传输速度和更短的产品上市周期-7

在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(VIA)将两片晶圆键合-7

这种模块化方法为引入NAND外围电路的创新功能以实现NAND闪存的定制化提供了可能。产品开发时间可缩短三个月,生产周期可缩短20%-7

04 市场突围

在全球NAND Flash市场被少数几家公司垄断的背景下,长江存储64层3D NAND的量产具有重要的战略意义-7

2017年,长江存储通过自主研发和国际合作相结合的方式,成功设计并制造了中国首批3D NAND闪存芯片-7

随着5G、人工智能和超大规模数据中心时代的到来,闪存市场的需求持续增长。长江存储64层3D NAND闪存产品的量产为全球存储器市场健康发展注入了新动力-7

05 垂直攀登

三星在2017年公布其64层3D NAND芯片时,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一-6

深度增加或层间厚度减薄都会带来技术挑战,特别是如何降低互相干涉导致资料存取发生错误-6。当3D NAND快闪记忆体以减薄厚度的方式增加层数时,电荷撷取膜的厚度变薄,会导致载子容易被固定在浅层区-6

这意味着随着层数增加,良率可能明显下降。三星通过特殊的技术处理,使记忆单元不良率降低至7%左右,才使64层3D NAND具备商用价值-6

06 行业演进

存储芯片行业正在经历新一轮上行周期,与以往由消费电子驱动的周期不同,本轮呈现出明显的“AI导向” 特征-8

这直接推动了高端HBM(高带宽内存)及高层数NAND持续放量。随着AI应用从“训练”向“推理”延展,大容量企业级SSD需求激增-8

在这一趋势下,长江存储的64层3D NAND技术为国内产业链提供了重要基础。长存、长鑫等企业进入深度扩产期,推动了国产设备厂商从“单机可用”向“整线主力”的跨越-8

07 未来展望

未来几年,存储器行业预计将3D NAND闪存路线图推向其极限。主流厂商正在推出由超过300层氧化物或字线堆叠而成的3D NAND闪存芯片-4

预计到2030年,这一数字可能达到1000层,相当于约100 Gbit/mm²的存储容量-4

对于500层以上的NAND产品,业界不仅要考虑多堆栈或裸片堆栈集成,还要考虑3D封装解决方案-3

长江存储从64层起步,跳过96层直接进入128层的计划,显示出中国企业在存储技术领域的追赶速度-7


AI数据中心对存储的需求已从传统PC转向高弹性特征,单卡搭载量激增-8。长江存储工厂中,机械臂精确地将晶圆送入下一个制程节点,64层 3D NAND NM技术在这里成熟量产,而工程师的视线已投向远处128层芯片的研发蓝图。

全球存储芯片市场格局正在松动,技术突破的钥匙不再只掌握在少数巨头手中,新的竞争者已经带着创新架构登上舞台。