中国半导体关键一战！长江存储64层芯片正式量产，打破国际垄断

紫光集团旗下长江存储在 IC China 2019 前夕宣布正式开始量产基于 Xtacking 架构的 64 层 256 Gb TLC 3D NAND 芯片，标志着长江存储已成功走出了一条高端芯片设计制造的创新之路，同时，这会是中国半导体技术水平最接近国际大厂的一次。

（来源：长江存储）

由于 2018 年 NAND Flash 价格持续大跌，全球 NAND Flash 阵营纷纷推迟 96 层 3D NAND 扩产的计划，导致整个 3D NAND 技术制程的演进较原本预期慢。

目前市面上的 96 层技术虽然已经量产，但真正流通的数量并不多，主流仍是以 64/72 层技术的 3D NAND 芯片为主。因此，这也给了长江存储一个很好的追赶和喘息机会。

业界传言，长江存储即将在 2020 年跳过 96 层直接进入 128 层 3D NAND 技术，意思是明年此时，国内的 3D NAND 技术可以跻身于国际大厂行列。

以目前进度来看，2020 年将会是 100+ 层 3D NAND 技术的爆发之年，包括三星电子、SK海力士、东芝、美光等国际 NAND Flash 主流供应商都已经开始量产 96 层，并且为 128 层 3D NAND 技术热身，2020 年即将为最激烈的 3D NAND 大战拉开序幕。

以此差距来看，若是长江存储能够在 2020 年成功问鼎 128 层 3D NAND 技术，与国际大厂之间的差距缩小至 1~1.5 代，追上主流供应商仅是一步之遥。

（来源：长江存储）

NAND Flash 很早就来到摩尔定律的极限，因此早已经从平面 2D NAND 转到 3D NAND 技术。

进入 3D NAND 时代，追求缩小 Cell 单元不是主要目标，而是通过 3D 堆叠技术封装更多 Cell 单元，因此，过去业界常常强调的 1x 纳米、2x 纳米等高端技术也不是重点。

在这样的时空背景下，2D NAND 转进 3D NAND 技术也给了国内技术自主阵营一个入局的好时机，紫光集团扶植的长江存储才得以一举成功，以自主研发的 3D NAND 技术打破国际垄断。

再者，过往 NAND Flash 的制程结构分为浮动闸极（floating gate）和电荷捕捉（charge trap）两派，彼此原理和特性都大不相同，但 Floating Gate 结构一直是2D NAND供应商的共识。

直到 3D NAND 技术时代来临之后，三星、东芝、SK海力士等主流供应商都转到 charge trap 技术，长江存储也是采用 charge trap 技术结构。

相较于 Floating Gate 结构，charge trap 技术结构主要是看好其制造工艺更简单、存储单元间距可以更小、可靠度较高、隧道氧化层老化磨损速度也可降低。但美光、英特尔的选择则是不同，是继续将 floating gate 结构用于 3D NAND 技术中。

长江存储的 64 层 3D NAND 特殊之处在于，是全球首款基于 Xtacking 架构设计并实现量产的 3D NAND 芯片。

长江存储指出，Xtacking 可实现在两片独立的晶圆上分别加工外围电路和存储单元，这样的做法有利于选择更先进的制造工艺。再者，当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，会比传统 3D NAND 闪存架构带来更快的 I/O 传输速度、高的存储密度，以及有助于缩短产品上市周期。

（来源：DeepTech提供）

长江存储是紫光集团收购武汉新芯科技之后于 2016 年 7 月成立，目前已成为国内唯一打破国际垄断的 3D NAND 供应商，更发展成为国家存储基地的代表。

长江存储在 3D NAND 技术上的重大里程碑，是于 2018 年量产 32 层 3D NAND 芯片，当时是试验性生产，目的在于证明 3D NAND 技术是可行且成功的。

此刻，则是再度宣布导入 Xtacking 技术的 64 层 3D NAND 正式量产，长江存储并计划推出 64 层 3D NAND 的固态硬盘 SSD、UFS 等产品，主攻数据中、企业级服务器、个人电脑和移动设备等。

长江存储第一期的单月产能约 10 万片规模，随着 64 层 3D NAND 芯片量产，将开始加快投片速度，推测若是进度顺利，也将推进第二期生产基地的开工。届时，将力拼营运规模，有助于国内 3D NAND 芯片启动规模化量产。

长江存储成功研发 64 层 3D NAND ，标志着已成功走出了一条高端芯片设计制造的创新之路。公司表示，仍将持续投入研发资源，以通过技术和产品的迭代，使每一代产品都具备强劲的市场竞争力。

长江存储联席首席技术官、技术研发中心高级副总裁程卫华表示，通过将 Xtacking 架构引入批量生产，能够显著提升产品性能，缩短开发周期和生产制造周期，从而推动高速大容量存储解决方案市场的快速发展。

程卫华也提到，随着 5G、人工智能、超大规模数据中心的时代到临，全球对于 3D NAND 芯片的需求将持续增长，长江存储 64 层 3D NAND 闪存产品的量产将为全球存储器市场健康发展注入新动力。‍

长江存储发力128层3D NAND 存储器市场国产化加速

作者：鲁臻

作为半导体产业链的重要一环，存储器拥有半导体产业最大的细分市场。

根据WSTS的数据，2019年全球存储器市场规模达1059.07亿美元，占全球半导体市场份额为25.89％。目前中国半导体产业链各环节发展并不平衡，在存储器细分市场，随着长江存储、合肥长鑫等国产品牌不断突破，其进口替代正在推进。

长江存储发布128层QLC 3D NAND闪存 有望参与国际市场竞争

4月13日，市场期待已久的国产128层QLC 3D NAND闪存（型号：X2-6070）被紫光集团旗下的长江存储科技有限责任公司（以下简称“长江存储”）研发成功。长江存储表示，该产品拥有业内已知型号产品中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，并已经在已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。同时，长江存储还发布了128层512Gb TLC（3bit/cell）规格闪存芯片（型号：X2-9060），以满足不同应用场景的需求。

作为国产存储龙头，长江存储成立于 2016 年 7 月，是一家专注于 3D NAND 闪存设计制造一体化的IDM 集成电路企业，同时也提供完整的存储器解决方案，产品广泛应用于移动通信、消费数码、计算机、服务器及数据中心等领域。

2019 年初长江存储实现 32 层 3D NAND 的量产。其首创了 Xtacking 技术，使用该技术顺利研发出64层3D NAND，并于2019年9月量产256Gb（32GB）TLC 3D NAND。鉴于国际领先的厂商已拥有100层以上的技术，因此，长江存储宣布跳过业界常见的96层，直接研发128层3D NAND。时隔7个月之后，4月13日，长江存储成功研发128层QLC 3D NAND闪存。3年时间，长江存储实现32层到64层再到128层的跨越，追上日韩美存储厂商的先进水平，令人瞩目。

存储器市场诊断书：寡头垄断格局短期仍难打破

存储方式按照其原理可大致分为光学存储、半导体存储和磁性存储。半导体存储是存储领域中应用领域最广、市场规模最大的存储器件。而在众多半导体存储器中，市场规模最大的是（Dynamic Random Access Memory，即动态随机存取存储器）和NAND Flash（数据型闪存芯片），这两种产品占存储器市场的比重合计达到96％。

制图：金融界上市公司研究院 数据来源：国元证券、公开资料整理

具体来看，DRAM是存储器市场规模最大的芯片，其主要应用于计算机、手机的运行数据保存以及与CPU直接通讯。根据DRAMeXchange数据统计，2019年全球DRAM市场规模为622亿美元，其中三星、海力士和美光的份额分别为44.5％、29.1％和21.5％，合计占比为95％，在过去3年中，三者合计的份额占比均在95％以上。

从技术上来看，目前市场上DRAM的应用较为广泛的制程是2Xnm（26-29nm级别）和1Xnm（16-19nm级别），而三星、美光、海力士等巨头厂商均已开发出1Znm（12~14nm级别）制程的DRAM。国产DRAM厂商合肥长鑫现已量产的DRAM为19nm制程，预计2021年可投产17nm DRAM，均为1Xnm，技术与国际先进的厂商还有较大的差距，国产厂商的成长之路还较为漫长。

寡头垄断的格局使得中国企业对DRAM芯片议价能力较低，也使得DRAM芯片成为我国受外部制约最严重的基础产品之一。

NAND Flash是市场规模仅次于DRAM的存储芯片。目前NAND Flash主要应用在手机和SSD（固态硬盘）上，其占比分别为48％和43％，因此该两类产品的出货量则会直接影响NAND Flash的需求。

根据DRAMe Xchange数据，2019年全球NAND Flash市场规模为460亿美元，其中前五大厂商三星、铠侠（东芝）、WDC（闪迪）、海力士和美光的市场份额分别为33.5％、18.9％、14.3％、13.5％和9.7％，合计占比达到89.90％。

从制程方面来看，由于物理结构上NAND不需要制作电容器，自2015年制程推进遇到障碍时，制程工艺相对简单的3D堆叠技术成为新的发展方向。Yole数据显示，全球3D NAND Flash的产量已于2017年4季度超过2D。目前3D技术正在稳步推进中，未来的发展方向就是层数的继续堆叠。

根据国元证券数据，目前市场上的主流3D NAND产品为64层，但国际领先的厂商目前都已拥有100层以上的技术。

其中，2019年6月，海力士宣布成功研发并量产128层堆叠的4D NAND闪存芯片；8月，三星电子宣布实现第六代超过100层的3D NAND闪存量产；10月，美光也宣布第一批第四代3D NAND存储芯片流片已经出样，并预计2020年美光第四代3D NAND闪存将开始商用。

而从国内市场来看，国产厂商长江存储于4月13月突破100层技术，研发成功了128层QLC 3D NAND闪存（型号：X2-6070），达到国际领先水平。据从长江存储了解到的消息称，该产品最晚将于2021年上半年开始量产，未来将在满产时实现10万片月产能。

附：国内外存储器细分领域龙头企业一览

制表：金融界上市公司研究院 数据来源：巨灵财经、国元证券、各公司公告

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