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长江存储64层芯片正式量产,打破国际垄断

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发表于 2019-9-5 15:59 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。

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(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。

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(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。

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(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
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 楼主| 发表于 2019-9-5 16:31 | 显示全部楼层
长江存储(最下)和国际大厂的进度对比

尽管长江存储的进步值得肯定,但是跟三星、西数、东芝、美光等国际顶级公司仍旧存在差距。目前这些公司都已经实现了96层堆栈的3D闪存量产。此前媒体报道称这些厂商正在积极改进96层闪存的良率,有望在2020年成为市场的主流。

根据资料显示,这些公司的96层堆栈3D闪存今年将占到产能的30%,不过随着厂商加快技术转型并提高良率,明年96层闪存的产能将超过64层闪存。也就是说,与国际上处于头部的存储芯片公司相比,我们仍旧存在一个完整的代差。

简单的说,长江存储刚刚宣布实现64层堆栈量产,而那些耳熟能详的“洋品牌”则已经即将完成64层到96层的过渡。不过这仅仅是国产闪存芯片实现追赶的开端,长江存储也曾公开宣布,未来将会直接跳过96层堆栈技术,直接在128层堆栈上展开竞争。


96层堆栈将实现1TB容量SSD成为主流

与3D NAND堆栈层数关联度最大的参数就是产品容量的差异,所以在一开篇我们看到,长江存储官方宣布的是“64层256 Gb TLC 3D NAND闪存”。而在实际零售市场上来看,256GB容量的产品其实属于过去几年热销的产品。

如今随着堆栈层数的不断增加,64层堆栈技术已经成为主流,512GB乃至1TB的SSD已经成为市场主销型号。因为这个容量的产品不仅每GB容量的价格更低,而且因为技术的原因,更高容量的产品可以获得更好的性能表现和更可靠的使用寿命。

而随着明年96层堆栈成为国际的主流,明年1TB容量的产品将会成为市场上绝对的主力。所以,如果您不懂技术上的差异,或许直接比较容量上的差异更为简单和直观。


目前光威(Gloway)推出了主打国产情怀的“弈系列”,其基于国产自主主控国科微GK2301,国产闪存紫光3D NAND,是一款真正意义上的纯国产SSD,不过目前仅有240GB的产品在售。以京东电商为例,目前销量靠前的产品几乎都是采用三星、西数、东芝、美光等“洋芯片”的产品,国产闪存芯片如何打开市场仍是一道难关。

尽管如此,我们不能否认国产存储芯片技术的进步。毕竟起步较晚,缺乏技术积累,并且屡屡遭受封锁和打压是不争的事实。中国存储芯片企业能够在如此之短的时间追赶上国际一线品牌的步伐,这仍旧是值得骄傲的巨大进步。

实现存储芯片的完全自主可控,这不仅对于中国科技产业发展具有极为重要的现实意义,更是国家科技发展战略的重要一环。长江存储实现64层堆栈闪存量产意义非凡,请给我们的科技企业多一些时间,相信未来必然会实现伟大的超越
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