长存被制裁一年后，三星、SK海力士宣布3D NAND将迈入300层！

2022年，美光、SK海力士、三星等相继量产了232层3D NAND Flash，但是在美方的制裁之下，长存128层及以上NAND Flash的供应链受到严重阻碍。在此背景之下，这些国际大厂纷纷加速迈向300层，希望能主导未来3D NAND Flash的技术路线。

今年8月初，SK海力士公布了其最新的321层堆叠4D NAND Flash闪存样品。近日三星也被爆出将会在明年推出拥有超过300层堆叠的第9代V-NAND技术，未来的第10代V-NAND技术将可能达到 430层芯片。

值得一提的是，由于美方对于长江存储（YMTC）制裁导致供给侧产能的下降，原有的市场竞争机制被美国的行政令所打破，三星等海外存储器企业正在考虑重新涨价。据中国台湾媒体DigiTimes报道去年12月报道称，在YMTC被制裁后，三星马上就将其3D NAND Flash的报价提高了10%。

随着三星、SK海力士等大厂纷纷向更具竞争力的超过300层、400层堆叠的3D NAND Flash迈进，而长江存储受到制裁成本进一步提高，海外存储器企业很可能将进一步占领市场。

300层意味着什么? 更低的成本+高大的市场份额

自从NAND Flash闪存引入3D堆叠技术以来，随着堆叠的层数的持续攀升，使得NAND Flash的存储密度也在持续提升，单位容量的生产成本也越来越低。数据显示，每年单位面积下NAND Flash的密度都会增加约30%，使得每bit容量的成本每年可下降约21%。尽管未来NAND Flash堆叠层数的提升可能会面临很多制造工艺（比如高深宽比的刻蚀、键合等）上的挑战，但预计仍将可以继续扩展。

△图片来源：semianalysis

2022年5月，存储芯片大厂美光（Micron）发布了业界首个 232 层堆栈的3D NAND芯片。随后在2022年7月26日，美光宣布其232层堆栈的TLC闪存正式量产。这是全球首个量产的超过200层的闪存，也是业界密度最高的，达到了14.6Gb/mm2，单个die的原始容量为 1Tb（128GB），接口速度提升到2.4GB/s，写入速度提升了100%，读取带宽提升75%。2022年 12月15日，美光宣布其最新的基于232层堆叠的NAND Flash闪存芯片的SSD模组——美光 2550 NVMe SSD 已正式向全球 PC OEM 客户出货。

△图片来源：美光

今年6月8日，SK海力士宣布其在2022年8月开发完成的238层堆叠的NAND Flash芯片正式开始量产。据介绍，SK海力士238 层堆叠技术 NAND Flash芯片，与上一代 176层堆叠 NAND Flash芯片相比，最高传输速率提升了50%达2.4Gb/s，使得整体的平均读写速度提升了约20%，同时制造效率也提高了 34%，使得成本竞争力显著提升。

△图片来源：pc.watch.impress.co.jp

今年8月8日，SK海力士宣布，借助其最新发布的321层堆叠4D NAND Flash闪存样品，使其正式成为业界第一家完成300层以上堆叠NAND Flash闪存开发的公司。

据介绍，SK海力士321层堆叠的1Tb TLC 4D NAND Flash，相比上一代238层堆叠的512Gb 4D NAND Flash的单位容量提升了41%，延迟降低了13%，性能提升了12%，功耗降低了10%，并且生产效率也提升了59%。而其生产效率之所以能够大幅提升59%的原因在于，数据储存单元可以用更多的单片数量堆叠到更高，这使得在相同大小面积的芯片上达到更大储存容量，也进一步增加了单位晶圆上芯片的产出数量。

△图片来源：pc.watch.impress.co.jp

根据SK海力士公布的资料显示，其321层NAND Flash由三个deck（可以理解为单元串）堆叠而成，每个deck有107层堆叠。SK海力士现有的238层NAND Flash则是两个deck，每个deck为119层堆栈。

△图片来源：pc.watch.impress.co.jp

不过，目前SK海力士的这款321层NAND Flash还是样品，真正商用还需要进一步优化。根据SK海力士的计划，需要到2025年上半年才开始量产供货。

相比之下，三星的超300层NAND Flash进展则更快。三星在2022年底就已经开始批量生产采用第8代V-NAND技术的产品，为1Tb（128GB）TLC 3D NAND闪存芯片，达到了236层，相比于2020年首次引入双堆栈架构的第7代V-NAND技术的176层有了大幅度的提高。其所采用的双堆栈架构，即在300mm晶圆上先生产一个3D NAND Flash堆栈，然后在原有基础上再构建另一个堆栈。

根据最新曝光的资料显示，三星的超300层堆叠的第9代V-NAND将会沿用上一代的双deck架构。也就是说，三星的超300层3D NAND Flash将通过将两个150 层堆叠的deck堆叠在一起制成。尽管制造时间更长，但堆叠两个 150 层组件比构建单个 300 层产品更容易制造。不过目前三星并未披露其超300层NAND Flash的技术规格。

三星计划在2024年开始生产基于其超300层的第9代V-NAND技术的产品。三星还计划会在2026年推出430层堆叠的第10代3D NAND Flash，届时可能会采用三deck堆叠架构。此外，三星在今年FMS 2023 技术大会上还透露，其计划在2030年开发出1000层的V-NAND技术。

除了三星、SK海力士之外，美光、西部数据/铠侠等NAND Flash制造商也在积极向300层以上突破，因为如果他们不这么做，他们的单位存储容量的NAND Flash生产成本将会高于三星和SK海力士，从而使得他们在市场竞争当中处于劣势。根据预计美光将会在2025年量产超过300层的3D NAND Flash技术。而西部数据/铠侠目前拥有218层的 BiCS Gen 8 技术，至于何时会推出超300层的技术尚不确定。

更高的堆叠层数的3D NAND Flash，意味着单die的存储位元密度和容量都将大幅提升，同时单位容量的存储位元的制造成本也将得到大幅降低。这将直接为率先量产300层以上的3D NAND Flash芯片的三星和SK海力士带来更强的产品竞争力。

鉴于目前三星和SK海力士两家韩国厂商就已经占据了全球超过50%的3D NAND Flash市场，率先量产300层以上的3D NAND Flash也将有望帮助他们进一步提升市场份额，巩固他们在市场上的垄断地位。

需要指出的是，随着3D NAND Flash堆叠层数的持续提升，也将会面临技术架构及制造工艺上的挑战，比如在转向CBA架构（CMOS 键合阵列）以及在高深宽比的刻蚀、沉积等方面。

转向CBA架构

过去传统的NAND Flash制造是只使用一块晶圆，NAND 阵列和CMOS电路的集成要么是将CMOS电路放置在单元阵列旁边（CMOS Next Array 或 CAN），要么将CMOS电路放置在 NAND 阵列 (CUA) 下方。大多数 NAND 供应商在其最初的 3D NAND 工艺中实施 CAN 方法，然后在后续工艺中迁移到 CUA。仅美光和英特尔 (Solidigm) 在 32 层 3D NAND 路线图之初就实施了 CUA。随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围CMOS电路所占据的芯片面积或将达到50%以上。为了解决这一问题，YMTC（长存）在2018年推出了全新的Xtacking技术，推动了高堆叠层数的3D NAND制造开始转向了CBA（CMOS 键合阵列）架构。

△图片来源：YMTC

CBA 架构则是通过将两块独立的晶圆分别制造NAND阵列和外围CMOS逻辑电路，然后将CMOS逻辑电路堆叠在NAND阵列之上，二者之间的垂直连接则需要相应的键合技术来实现，形成间距为10μm 及以下的互连，且不会影响 I/O 性能。另外，由于两种类型的芯片可以在不同的生产线上制造，因此可以使用各自优化的工艺节点分别生产，不仅可以缩短生产周期，还可以降低制造复杂度和成本。此外，CBA 架构也使得每平方毫米的存储密度、性能和可扩展性可以进一步提高。

但是，从传统的单片生产，转换到CBA 架构，需要增加对新的洁净室空间和设备的额外投资。尽管成本高昂，但随着使用传统方法实现 3D NAND 扩展变得越来越困难，所有主要3D NAND Flash供应商都将会转向CBA架构，升级混合键合技术。

作为率先转向CBA架构的YMTC来说，其在CBA架构方向上已经进行了大量的投资，不仅其自研的Xtacking技术已经进展到了3.0版本，其斥巨额投资的生产设施也是围绕着CBA架构的需要来构建的。2021年，YMTC还与Xperi达成DBI混合键合技术相关专利组合许可。这些方面的积极投入都成为了YMTC能够快速在数年时间内在3D NAND Flash技术上追平国际一线厂商的关键。

铠侠和西部数据是继YMTC之后首批采用CBA 架构技术大规模生产3D NAND Flash 产品的主要制造商，他们发布的BiCS8 就是基于CBA 架构。此外，SK海力士和美光也分别在2020年和2022年向Xperi（子公司Adeia）拿到了混合键合技术的授权。

根据Yole Intelligence今年7月发布的研究报告显示，其预计三星、SK海力士、美光和西部数据/铠侠都将在2026年量产基于CBA 架构的300层以上的3D NAND Flash。并预计三星将在2027年量产400层以上的3D NAND Flash。

△图片来源：Yole Intelligence

但是，从三星和SK海力士最新公布的信息来看，三星的300层以上的3D NAND Flash提前到了2024年量产，SK海力士也提前到了2025年上半年量产。这比Yole Intelligence的预测提前了一年。显然，在长存被制裁之后，三星和SK海力士进一步加快了迈向300层的进程。而这无疑将进一步扩大对于包括长江存储在内的其他竞争对手的竞争优势。

技术挑战之外

除了需要转向CBA架构之外，随着3D NAND Flash堆叠层数的持续提升，也对于高深宽比的刻蚀、沉积等制造工艺带来了更多的挑战，需要半导体设备厂商推出更为先进的制造设备来进行应对。

△图片来源：泛林集团

但是由于美方的持续打压，这也导致了国产NAND Flash厂商在迈向更高堆叠层数的3D NAND Flash将面临更大的非技术因素的挑战。

随着美国去年出台的半导体新规，以及联合日本、荷兰对于先进半导体设备的对华出口进行了限制，同时YMTC也遭遇了美方的直接制裁，不仅相关生产设备及零部件的获取受到了影响，而且此前购买的一些设备也面临不能交货或无法使用困境。即便是能够切换其他可以采购到的设备，也必然会影响到生产，并且会带来额外的成本。

作为转向CBA架构的领军企业及Xtacking技术开创者，此时YMTC不仅向300层升级发展受限（比如所需的先进的刻蚀设备采购受限），这将意味着难以通过进一步的技术升级来降低3D NAND Flash成本。同时，原有128层以上的继续生产也受限，当下的生存也面临较大压力。如果无法继续采用CBA架构，那么YTMC则需要另辟蹊径，这必然需要带来更大的研发投入和额外的生产设施投资。再叠加近两年来NAND Flash市场的需求和价格的持续下滑影响，对于YMTC带来了极大的成本压力和财务压力。

所幸的是，近期NAND Flash市场开始出现回暖迹象。TrendForce的数据显示，在下半年供应商大幅削减产量后，NAND Flash 现货价格不再出现低价交易，连续数周出现止跌趋势；本周现货市场 512Gb TLC wafer 现货上涨 0.28%，来到1.440 美元。三星近日也被传出将要对NAND Flash涨价8~10%的消息，国内的存储模组厂商也将配合涨价。这对于正处于困境当中的YMTC来说，也正是一个“回血”的机会。

近几年，在YMTC与三星等全球头部的存储厂商的积极竞争之下，成功将2TB的SSD价格从2000元打到了500元。可以说，在市场逆势之下，三星等头部大厂的降价竞争并未打败YMTC，但是来自美方的打压确实是给YMTC带来了非常大的生存压力。而手握Xtacking专利的YMTC在“CBA”的时代能否抗住供应链端的重重挑战和成本压力，应对友商300层以上产品的强力围攻？短期内我们恐怕还不能盲目乐观，先要看下半年存储价格的反弹机会长存是否能把握，毕竟先要生存，然后才能谈后续的发展。

编辑：芯智讯-浪客剑

国产存储器破局国际垄断

长期被国际巨头垄断的存储器市场终于迎来了中国玩家。

在面对和长江存储一起经历国产NAND FLASH从无到有的八家主要合作伙伴时，长江存储CEO杨士宁(Simon)说道：“存储不是一个好做的行业，我可以很负责任跟大家说，比我在英特尔做CPU还要难。”

而长江存储董事长、紫光集团董事长兼CEO赵伟国在现场也坦言，从2016年7月成立到现在三年多，长江存储这一“中国半导体有史以来最大的项目”，经历了从32层到64层研发，过程非常不容易，“回想这三年多，真的是有一种雄关漫道真如铁的感觉。”

与此同时，经历了一年多大萧条的存储器市场逐渐回暖，长江存储这一国产存储器厂商将迎来发展良机。

“超出预期”

存储器约占全球半导体产值的三分之一，市场高度集中。市场调研机构集邦咨询半导体研究中心(DRAMeXchange)信息显示，2019年第三季度，三星、铠侠、西部数据、美光、英特尔和SK海力士六家占据了全球99.3%的NAND Flash市场份额。赵伟国称其是一个“非常血性的行业，非常惨烈”。

不过，被客户评价“踏实、不虚浮”的杨士宁对自己的产品较为自信，“这是我们第一次全线推出Xtacking技术，我们在64层这一代存储密度达到了全球最优，和竞争对手96层的产品差距在10%之内。所以只要我们有规模，64层的产品还是可以有毛利的，现在主要的瓶颈在规模上。”

Xtacking是闪存的一种创新架构，可实现在两片独立的晶圆上加工外围电路和存储单元，这样有利于选择更先进的逻辑工艺，从而让NAND能获取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。当两片晶圆各自完工后，Xtacking只需一个处理步骤即可通过数百万根垂直互联通道(VIA)将两片晶圆键合，合二为一。该技术架构在2018年美国FMS（闪存峰会）上获得大奖。

2019年9月，长江存储宣布，公司已开始量产64层256Gb TLC 3D NAND闪存，以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。目前，这一产品在市场上反馈良好。

群联电子已将长江存储第一代32层闪存导入其国内所有的产品，包括机顶盒、智能音箱、数码电视等已经在积极出货，“证明产品没有问题，往后到第二代64层产品，我特别惊讶，因为看到问题比其他日系、韩系、美系企业的少，这些企业从第一代到第二代一直会有重复的问题出现。”群联电子董事长兼CEO潘健成指出。

对于产品质量和定位，杨士宁强调：“我们守住了产品质量的底线，大家现在知道长江存储出去的东西，不是最低端的、在地摊上卖，我们至少要达到企业级规格。”

除了技术，生态是制约国产芯片发展的重要因素。电子产品只有进入应用不断迭代才能不断提高。国产存储器要壮大自然也离不开市场和生态。群联长期专注于闪存主控的开发与存储方案的整合，透过群联自有技术与IP，整合长江存储的3D NAND闪存，协助扩大市场的应用与普及率。

潘健成谈到，长江存储与群联不仅是NAND原厂与主控厂的关系，更是技术、产品、应用及市场等全方位的长期伙伴关系。“我们从第一天就一起共同开发，开发完之后产出东西就买走，前期可能有一些瑕疵，我们用自己的主控修好，应用到所有不同的商品去，这是业务角度；我们运用我们的能力，跟一群伙伴把闪存放射到所有系统应用去，这就是生态。”他笑称，这三年公司对长存倾注所有资源，“光飞武汉的班次不知道飞了多少次。”

中国闪存市场指出，在2020年其他原厂缩减渠道供应时，长江存储若选择切入渠道市场、补充供给，十分合理，也可以更好平衡全球闪存市场供应格局。蔡华波告诉记者，引入长江存储这一新竞争者可以提高与其他供应商的议价能力，保留竞争。

同时，国内供应商可以提高本土供应的时效性，后续的支持力度也会优于海外厂商。“因为市场在中国，为了缩短供应链都放在国内生产，成本就降低了。现在国内供应链包括封装成长都很快，所以可以在国内生产，国内销售。”江波龙电子董事长蔡华波指出。

市场回暖

自2016年以来的存储器价格持续上涨曾让三星打败英特尔，成为全球最大的半导体厂商。到了2018年9月，存储器开始走下坡路。

不过，在2019年第三季度跌至低谷后，存储器市场又开始回暖。市场调研机构IC Insights 称，2020年IC市场回暖，NAND FLASH2020年以19%的增长率领涨。

集邦资讯称，2020年第一季NAND Flash价格持续上涨。基于淡季需求表现不淡，供给增长保守以及供应商库存已下降，各类产品合约价在2020年第一季均可望持续上涨。

潘健成告诉记者，目前NAND FLASH供应非常紧缺，“我创业十年以来第一次看到这么紧。因为5G元年来了，游戏机跑出来了，容量翻倍。2017、2018年（闪存）不赚钱、赔钱，（厂商）扩产动作放慢了，将造成2020年整年紧张。可能2021年上半年稍微弱一点，下半年又会好起来。”

随着5G、AI、智能生活、智慧城市带来的个人消费电子和大规模数据中心的快速发展，市场对3D NAND闪存的需求将越发白热化。

蔡华波认为，长江存储进入市场的时机非常好。“过去两年市场很惨痛。在市场低价时，长江存储可以静下来做研发，等市场需求起来时产能也在爬坡，对长江存储是好事。”

不过，正如杨士宁提到的，长江存储正面临产能爬坡的挑战。

根据长江存储市场与销售资深副总裁龚翊介绍，目前长江存储有一座12英寸晶圆厂，规划满产的产能为10万片/月，预计2020年底前产能将达5万~10万片/月，后续将根据市场情况进一步扩大。据第一财经了解，目前产能约为2万片/月。

据报道，长江存储副董事长杨道虹日前表示，将尽早达成64层3D闪存产品月产能10万片，并按期建成30万片/月产能。

龚翊披露，按计划今年年底前集成长江存储3D NAND闪存的产品将逐步面市。首先是针对电子消费产品和手机的市场，随后将会针对PC和服务器提供SSD产品。其中，在固态闪存市场将会根据客户需求，先后推出面向PC、服务器以及大数据中心的产品。

长江存储未披露目前的良率，不过杨士宁确认，下一代产品规划将跳过96层，直接进入128层3D NAND闪存研发。虽然完成了万里长征第一步，但长江存储的担子依旧不轻。2020年，三星、SK海力士、美光、铠侠、西部数据等国际主流厂商将全面进入128层3D NAND，长江存储仍需奋力追赶。

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