长江存储128层QLC 3D NAND闪存已送样 3年实现跨层升级 关键技术是这个

《科创板日报》（上海，记者 周源）讯， 4月13日，长江存储宣布128层QLC 3D NAND闪存研发成功，且已在群联、联芸等多家控制器厂的终端存储器产品上通过验证。

3年实现32层到128层跨越 三星用了33年

这款闪存型号闪存X2-6070，是业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存。QLC是继TLC（3 bit/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。长江存储市场与销售高级副总裁龚翊表示，“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。”

方正证券科技行业首席分析师陈杭对记者称，“这相当于芯片工艺实现了7nm制程，很不容易。韩国三星从1987年就开始做，33年才实现。”

有要求匿名的一家著名业内公司研发人员对《科创板日报》记者表示，“长存技术进展速度确实快，但不知良率性能和散热如何，能否达标？”据记者从供应链人士处得到的消息，这款产品还没量产，“刚送样”。因此良率情况目前还不清楚。

上述人士对记者说，“主要是Etch很难做，这道工艺直接影响闪存性能和散热。如果Etch工艺不过关，则良率就会有很大影响。即使量产，性能也难以保证。”Etch，中文名“刻蚀”，是微电子IC制造工艺及微纳制造工艺中的关键步骤，也是技术难点。

记者从长江存储获悉，这款128层QLC 3D NAND闪存产品，将于2020年-2021年中实现量产，目标产能10万片/月。有供应链人士对《科创板日报》记者称，“长存128层闪存在今年年底产能预计达到5万片/月，明年到10万片/月。”

跨层“升级”的关键：Xtacking架构

目前，长江存储的主打产品是64层闪存产品。此次128层QLC 3D NAND闪存研发成功，相当于从64层跨过96层直接到了128层，技术跨度较大。据长江存储联席首席技术官汤强称，这主要得益于采用的Xtacking架构。这种设计方式，将CMOS晶圆和存储阵列的晶圆分开优化、分开生产、分开研发，有效解决了技术问题。

在长江存储128层系列产品中，Xtacking已升级至2.0，进一步释放3D NAND闪存潜能。在I/O读写性能方面，X2-6070可在1.2V Vccq电压下实现1.6Gbps（Gigabits/s 千兆位/秒）的数据传输速率，为当前业界最高。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，同时在芯片面积没有增加的前提下Xtacking2.0还为3D NAND带来更佳的扩展性。

据长江存储介绍，综合而言，Xtacking 2.0的特性有三个方面：更高的I/O读写速度，CMOS晶圆和阵列晶圆分开优化以及更高的扩展性能。到此次128层业界第一颗QLC 3D NAND闪存成功研发，长江存储认为其技术水平已与世界主流追平。

长江存储加入全球3D NAND技术角逐，以32层技术切入，与世界主流技术的时间差达到4-5年。应用64层技术后，这个“时差”缩短至2年。

QLC：优质大容量存储介质

记者了解到，刚研发成功的这颗X2-6070 QLC闪存，每颗芯片拥有128层三维堆栈，共有超过3665亿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。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3665亿个房间，每个房间住4“人”，共可容纳约14660亿“人”居住，是上一代64层单颗芯片容量的5.33倍。

闪存和SSD（固态硬盘）领域知名市场研究公司Forward Insights创始人兼首席分析师Gregory Wong认为：“QLC降低了NAND闪存单位字节（Byte）的成本，更适合作为大容量存储介质。比如可以作为服务器和数据中心的存储介质，适合AI计算、机器学习和大数据读取密集型应用。”

龚翊表示，128层QLC版本将率先应用于消费级SSD，并逐步进入企业级服务器和数据中心等领域。

龙头厂商未来五年产能持续提升，国产存储市场格局如何变化？

集微咨询（JW Insights）认为：

-与集成电路其他产品相比，存储芯片的收入近年内将经历最快速的增长，预计2020年至2025年的复合年增长率将超过9%。

-截至2020年末长江存储取得全球接近1%市场份额，全资子公司武汉新芯聚焦Nor flash，与长存NAND补齐Flash版图。

-本土需求叠加外部因素催生本土厂商产能跃进，未来五年长鑫、长存产能有望持续提升，形成较高的市场竞争力。

NAND与DRAM存储芯片为全国最大市场体量的芯片，且国内需求巨大，以长江存储、长鑫存储等为代表的存储企业成立历史尚短，但通过持续技术迭代，已取得不断突破。

2021年12月18日，集微咨询（JW Insights）重磅发布《中国半导体企业100强》排行榜，长江存储排名第七位，长鑫存储排名第十一位。

存储芯片需求攀升

半导体存储器从易失性角度分为随机存储器RAM和只读存储器 ROM 两种。目前市场主流的半导体存储器以 DRAM（动态随机存储）、NAND Flash和NOR Flash。

DRAM集成度高、功耗低、存取速度慢。从存储能力来说，DRAM所能提供的存储容量更大，访问时间较长。NAND 容量大、单位容量成本低，NOR 读取速度快、可靠性高、擦除速度快。多应用于嵌入式系统采用的DOC及闪盘。

来源：IC Insights

根据IC Insights数据，2021年，全球存储器IC市场超过1550亿美元，其中56%预计将来自于DRAM产品，约41%由NAND存储器的销售产生。

伴随云计算、人工智能和物联网等重要趋势推动数据大爆炸时代的来临，并助推了未来几年存储需求的强劲增长。与集成电路其他产品相比，存储芯片的收入近年内将经历最快速的增长，预计2020年至2025年的复合年增长率将超过9%。

数据来源：Yole

Yole数据显示，作为全球存储重要市场，中国存储芯片市场规模由2014年的1274亿元增长至2019的2697亿元，年均复合增长率达到16.18%。

长江存储：3D NAND Flash+Nor Flash（武汉新芯）

长江存储是大陆首家实现64层3D NAND量产的IDM企业。其全资子公司武汉新芯聚焦Nor flash，与长江存储NAND补齐Flash版图。

2018年，长江存储发布Xtacking架构；2019年9月，长江存储成功量产64层TLC 3D NAND 闪存。此后，长江存储跳过96层3D NAND闪存技术量产，2020年4月宣布128层TLC/QLC两款产品研发成功，其中X2-6070是业界首款128层QLC闪存。

根据民生证券数据，截至2020年末长江存储取得全球接近1%市场份额，预计2025年底占全球总产能的比例将达到约6%。到2019年和2020年底，长江存储产能分别达到2万/月、4万/月，2021年、2022年、2023年、2024年、2025年长江存储产能分别将达到10万片/月、15万片/月、20万片/月、25万片/月、30万片/月。

此外，全资子公司武汉新芯聚焦Nor flash，与长存NAND 补齐Flash版图，武汉新芯成立于2006年，由湖北省市区三级政府集体决策投资107亿，建设中部地区第一条12英寸集成电路生产线，2008年建成投产。2017年武汉新芯开始聚焦IDM 战略，发布了集产品设计、晶圆制造与产品销售于一体的自主品牌，致力于开发高性价比的SPI NOR Flash产品。

长鑫存储：DRAM技术快速成长

DRAM作为是存储最大细分市场，在电动车和智能网联汽车的推动下、全球居家办公需求延续、5G、人工智能大发展的背景下，DRAM需求也随之不断攀升。 合肥长鑫存储作为一体化存储器制造商，专业从事动态随机存取存储芯片(DRAM)的设计、研发、生产和销售，目前已建成第一座12英寸晶圆厂并投产。

2020年底，合肥长鑫19nm DRAM芯片实现量产，产能达到4万片。当下长鑫量产的主要是10G1工艺下的DDR4、LPDDR4。未来将推出10G3工艺下的DDR5、LPDDR5，及10G5工艺下的DDR5、LPDDR5、GDDR6。

2020年安徽省经济和信息化厅去年印发了《重点领域补短板产品和关键技术攻关任务揭榜工作方案》，其中要求实现低功耗高速率LPDDR5 DRAM产品开发，依托DRAM 17nm及以下工艺，攻关高速接口技术、Bank Group架构设计技术、低功耗电源（电压）技术、片内纠错编码（On-Die ECC）技术，完成低功耗高速率LPDDR5 DRAM产品开发。

集微咨询（JW Insights）认为，目前，全球存储芯片主要由国外寡头企业供给，国产存储存在的巨大缺口。伴随国际形势以及国内缺口，国产存储芯片自主化已成必然路径。以长存、长鑫为代表的国内存储企业经过技术攻关，已取得系列技术突破，并覆盖NAND与DRAM等主要领域。

存储芯片作为全球最大市场体量的芯片，伴随信息化时代数据大爆炸，存储芯片全球需求量高速攀升，国内市场需求不断扩大。2021年长鑫存储和长江存储产能合计仅占全球约2.5%，而本土需求叠加外部因素催生本土厂商产能跃进，未来五年长鑫、长存产能有望持续提升，形成较高的市场竞争力。

（校对/萨米）

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