232层3D闪存芯片来了：单片容量2TB，传输速度提高50%

Pine 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

美光继上次抢先推出176层3D NAND后，近日又率先推出全球首款232层NAND。

△图源美光科技

说起来，跟NAND层数较劲这事儿，并不是美光一家在做。

比如美光的老对手三星，相关研究中心也聚焦在层数上：此前，三星曾抢先业界公布了第八代V-NAND的细节，堆栈层数超过200层。

所以这样“堆高高”，究竟能给芯片性能带来多大的提升？

堆栈层数就像盖楼房

层数越高，NAND闪存可具有的容量就越大。

可以做这样一个简单的比喻：

在一个人满为患的城市，这里的房地产价格昂贵，向外扩展成本很大，唯一的办法是通过增加楼层以支持不断增长的人口，这里的楼层就相当于NAND层。

同样的，停车场和一些基础设施主要位于建筑物下方，以提高空间效率，这相当于最底下的CMOS层。

将NAND的位单元阵列堆叠到更多层中，可在每平方毫米硅片上提供更多存储位，从而实现更高的密度和更低的成本。

3D NAND把解决思路从单纯提高制程工艺转变为堆叠多层，成功解决了平面NAND在增加容量的同时性能降低的问题，实现容量、速度、能效及可靠性等全方位提升。

△图源美光科技

和三星等其他竞争芯片相比，美光新的技术将每单位面积存储的比特密度提高了一倍，每平方毫米封装14.6Gb。

它的1TB芯片被捆绑在2TB的封装中，每个封装的边长都不超过一厘米，可以存储大约两周时长的4K视频。

此外，美光还对芯片的最底层进行了改进，最底下的CMOS层由逻辑和其他电路组成，这些电路负责控制读写操作以及尽可能快速有效地在芯片内外获取数据。

美光优化了其数据传输路径，降低芯片输入和输出的电容，将数据传输速率提高了50%，达到2.4Gb/s。

层数的较量

自从NAND 闪存进入3D时代，堆栈层数犹如摩天大楼一样越来越高，从最初的24/32层一路堆到了现在的176层甚至232层。

层数的较量是整个行业的竞争，三星、美光、SK海力士等企业都致力于层数的突破。

三星是NAND闪存的龙头企业，3D NAND就源于三星。

2013年，三星设计了一种垂直堆叠单元的方法，它将单元集中在单个楼层（类似高层公寓）上，这也是全球首个3D单元结构“V-NAND”，当年可以实现24层堆叠。

此后，三星不断更新技术和扩增产业线，10年间推出了7代产品，以维护自己在NAND闪存市场的地位。

2020年，三星推出了176层的第七代“V-NAND”，它采用了“双堆栈”技术，不是一次性蚀刻所有层，而是将它们分成两部分，然后一层一层堆叠。

因此，第七代V-NAND相较于与第六代的100层，其单元体积减少了35％，它可以在不增加高度的情况下将层数增加到176，同时还可以降低功耗，使效率提高16％。

不过，虽然三星曾抢先公布了第八代V-NAND的细节，称其堆栈层数会超过200层，但这回率先量产200+层闪存的却是美光。

值得一提的是，在此次美光发布的232层3D闪存芯片中，NAND的堆栈技术并不是首创，而是与三星第七代一样采用“双堆栈”技术。

也就是说，将232层分成两部分，每个部分116层，这些层的堆叠是从一个深而窄的孔开始，通过导体和绝缘体的交替层蚀刻。

然后用材料填充孔并加工形成器件的比特存储部分。蚀刻和填充穿过所有这些层的孔的能力是该技术的关键限制。

△图注：图源美光科技

目前，国产芯片企业长江存储的第三代QLC 3D NAND闪存实现了128层堆叠。

对于层数的较量，网友也抱有很乐观的态度：

增加层数几乎不会带来新的问题。

参考链接：[1] https://spectrum.ieee.org/micron-is-first-to-deliver-3d-flash-chips-with-more-than-200-layers[2] https://news.ycombinator.com/item?id=32243862[3] https://ee.ofweek.com/2021-12/ART-8320315-8110-30538953.html

— 完 —

量子位 QbitAI · 头条号签约

关注我们，第一时间获知前沿科技动态

单颗容量133Tb，长江存储128层3D NAND再度刷新三项业界之最

长江存储科技有限责任公司今天宣布其128层QLC 3D NAND闪存(型号：X2-6070)研发成功。同时发布的还有128层512Gb TLC(3 bit/cell)规格闪存芯片(型号：X2-9060)，用以满足不同应用场景的需求。目前，包括TLC和QLC在内的第一批工程样片已经在群联和联芸SSD平台上通过验证，测试数据显示，预装Win 10操作系统的联芸QLC SSD系统盘在开机12-15秒后即进入桌面显示。

长江存储X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

三项业界之最

X2-9060存储阵列面积的利用效率超过90%(存储阵列面积/芯片总面积)，阵列的读写速度(连续读写速度、随机读写速度)和可重复擦写次数，均面向消费级和企业级的主流市场设计。而QLC是继TLC(3bit/cell)后3D NAND新的技术形态，具有大容量、高密度等特点，适合于读取密集型应用。作为业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存，X2-6070拥有业内已知型号产品中的三项之最：最高单位面积存储密度、最高I/O传输速度和最高单颗NAND闪存芯片容量。

每颗X2-6070 QLC闪存芯片拥有128层三维堆栈，共有超过3,665亿个有效的电荷俘获型(Charge-Trap)存储单元，每个存储单元可存储4字位(bit)的数据，共提供1.33Tb的存储容量。打一个形象的比喻，如果将记录数据的0或1比喻成数字世界的小“人”，一颗长江存储128层QLC芯片相当于提供3,665亿个房间，每个房间住4“人”，共可容纳约14,660亿“人”居住，是上一代64层单颗芯片容量的5.33倍。

得益于全新升级的Xtacking2.0架构，X2-6070和X2-9060在1.2V Vccq电压下实现了1.6Gbps(Gigabits/s千兆位/秒)的数据传输速率，I/O读写性能更强。而将读写速度从533Mbps提升到1.6Gbps，长江存储只用了大约2年的时间，业界则通常需要5年以上。同时，由于外围电路和存储单元分别采用独立的制造工艺，CMOS电路可选用更先进的制程，允许加入对系统更有利的扩展功能，并在此基础上进行定制化设计。例如这次长存的研发人员就在CMOS芯片内部设计了一些额外功能模块，能够帮助存储数据系统提升数据管理的性能，从而实现与控制器系统之间更好的协同。

在发展3D NAND的过程中，相关厂商通常采用两种不同的存储技术：电荷俘获技术(CTF, Charge Trap Flash)和浮栅(FG, Floating Gate)技术。长江存储联席首席技术官汤强对《电子工程专辑》表示，从浮栅技术转向电荷俘获技术目前已经成为业界趋势，前者所拥有的数据保持性优势正在被逐步缩小。而且相比之下，电荷俘获技术的可制造性更好、成本更低，越来越多的公司转向CT技术就说明了这一点，长江存储也不例外。

由于QLC在数据读取的延迟时间方面相对HDD更有优势，所以那些读取比较多，写入比较少的应用将会成为QLC NAND重点关注的市场，例如在线会议、在线视频、在线教育，以及1T以上传统HDD硬盘等。根据长江存储市场与销售高级副总裁龚翊的估计，未来3-5年内，仅HDD市场的替代率就将达到10%。

步子会不会迈的有些大？

作为闪存行业的新人，长江存储用短短3年时间实现了从32层到64层再到128层的跨越。这既是数千长存人汗水的凝聚，也是全球产业链上下游通力协作的成果。

龚翊在接受本刊专访时表示，32层NAND产品刚刚开始量产的时候，长存与世界主要竞争对手之间的差距还比较明显，大约落后4-5年；但到64层量产的时候，考虑到长存64层NAND密度其实相当于竞争对手的96层，所以彼此间真正的差距只有1年。而此次128层3D NAND产品的推出，不但表明长江存储基本上已经和业界主流处于同一水平线上，而且还在三个维度上做到了业界第一。随着Xtacking 2.0时代的到来，长江存储有决心，有实力，有能力开创一个崭新的商业生态，让合作伙伴可以充分发挥自身优势，达到互利共赢。

“未来，公司并不会将市场只局限在中国，而会是全球闪存市场。因此在合作伙伴的选择上，无论来自国内还是海外，长存都秉持开放态度，甚至正在考虑进行Xtacking技术品牌的认证和授权，希望通过这种方式不断地扩大生态合作伙伴的范围。”龚翊强调。

“从64层到128层，这个跨度确实比较大，肯定是包含一定风险的。但两个有利的条件，能够帮助我们在实现跨越的时候将风险降到最低。”汤强说，一是Xtacking架构，能够对CMOS晶圆和存储阵列晶圆进行分开优化、分开生产、分开研发，随着存储密度的不断加大，能够很好的解决工艺复杂度和外围电路与存储单元之间的集成，最大程度的化解在堆叠过程中遇到的各种问题；二是上游工艺机台设备市场在长江存储进行128层研发的时候已经比较成熟了，设备的可用性更好。

Xtacking架构最初源自武汉新芯的CMOS图像传感器制造工艺，经过不断的技术积累，被创新性地应用在NAND Flash上，逐渐形成了难度很高的键合架构。为了抵御未来有可能发生的知识产权纠纷，提前构建好自己的“护城河”，目前长江存储已经有超过200项的专利积累，每年的专利申请数量有大约1000项，同时也愿意与其他厂商进行专利的交叉授权。

根据规划，长江存储128层NAND产品的量产时间将在今年年底到2021年上半年之间，随着产能和良率的逐步提升，预计2021年将实现10万片/月的产能。

汤强说出于保密原则，他暂时还不能公布下一代产品的相关信息。“在研发上，我们一直秉承开放进取的态度，并不断努力、加快步伐以缩短与行业领先者差距。我们会在综合考虑市场需求、竞争对手动向、工艺机台准备程度等多重因素后，随时进行调整。”

相关问答

闪迪今天在Photokina2016(世界影像博览会)上发布了一款SD存储卡SDXC,容量十分惊人,达到了变态的1TB,不过SDXC目前还只是原型产品,闪迪没有公布它的具体上...闪...

[回答]长江存储暂时还没有上市,所以到现在为止还没有股票代码。长江存储是专注于3DNAND技术的代表队,更是紫光集团投入半导体股票产业的重量级代表作。业...

[回答]长江存储暂时还没有上市,所以到现在为止还没有股票代码。长江存储是专注于3DNAND技术的代表队,更是紫光集团投入半导体股票产业的重量级代表作。业...

PAT32U是一种厂商自定义格式的U盘规格,是由湾的PAT公司推出的一种专业工业级U盘。该U盘可以支持多种特殊功能,如自启动、自定义引导程序、加密数据等。PAT32U...

NANDflash和NORflash的区别一、NANDflash和NORflash的性能比较flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的....

我国首批拥有完全自主知识产权的32层三维NAND闪存芯片将于年内量产,从而填补我国主流存储器领域的空白。目前,全球的存储器市场需求都比较高,行业的景气度也...

nandflash和norflash的区别如下:1、开发的公司不同:NORflash是intel公司1988年开发出了NORflash技术。NOR的特点是芯片内执行(XIP,eXecute...

2018年NAND闪存价格由涨转跌,NAND闪存价格至少跌了50%,主要原因是64层3DNAND闪存堆栈产能大幅增加,市场供应大增,今年底三星、东芝等公司又推出了96层堆栈的...

[回答]U盘``sd卡!闪存(FlashMemory)是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器,数据删除不是以单个的字节为单位而是以固...

SD卡在24mm×32mm×2。1mm的体积内结合了SanDisk快闪记忆卡控制与MLC(MultilevelCell)技术和Toshiba(东芝)0。16u及0。13u的NAND技术,通过SD卡在...