长江存储128层TLC闪存拆解：存储密度高达848Gbmm²，远超三星等

去年4月，国产存储芯片厂商长江存储（YMTC）宣布其128层3D NAND 闪存研发成功。包括拥有业界最高单位面积存储密度，最高I/O传输速度和最高单颗NAND 闪存芯片容量的1.33Tb 128层QLC 3D NAND闪存，以及512Gb 128层TLC闪存。

近日，国外权威研究机构Tech Insights对长江存储的128层TLC 3D闪存进行了芯片级的拆解，发现其存储密度达到了目前业界最高的8.48 Gb/mm²，远高于三星、美光、SK海力士等一线NAND芯片大厂。

据介绍，Tech Insights拆解的是Asgard（阿斯加特）的PCIe4.0 NVMe1.4 AN4 1TB SSD，其内部采用的正是长江存储的128层TLC 3D NAND 闪存芯片，这也意味着长江存储128层TLC 3D NAND 闪存芯片已量产。该SSD硬盘的PCB上总共四颗256GB NAND闪存，单个封装内是4颗芯片，也就是说单颗芯片容量为512Gb。该NAND闪存的型号为YMN09TC1B1HC6C（日期代码：2021 9W）。

△长江存储512 Gb 128层3D TLC NAND 芯片的外观，型号为YMN09TC1B1HC6C

根据长江存储此前公布的数据显示，在传统3D NAND架构中，外围电路约占芯片面积的20~30%，这也使得芯片的存储密度大幅降低。而随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围电路所占据的芯片面积或将达到50%以上。而Xtacking技术则是将外围电路置于存储单元之上，从而实现比传统3D NAND更高的存储密度。

所以，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC芯片同样也是采用了两个晶圆来集成3D NAND，因此拆解后可以找到两个die，一个用于NAND阵列的die，另一个用于CMOS外围电路的die。

△长江存储512 Gb 128层Xtacking 2.0 3D TLC NAND die标记 （ CDT1B）

△长江存储512 Gb 128层Xtacking 2.0 3D TLC NAND芯片COMS外围的die标记（CDT1A 或 CDT1B）

作为对比，上一代的64层 Xtacking 1.0架构的TLC NAND die标记为（Y01-08 BCT1B） 和 CMOS外围电路die 标记为（Y01A08 BCT1B）。

根据Tech Insights的实测，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC的die尺寸为60.42mm²，这也意味着其单位密度增加到了8.48 Gb/mm2， 比 256Gb 64层的Xtacking 1.0 die 高出了92% 。读取速度达到了7500 MB/s，写入速度也高达5500 MB/s。

△长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND的die平面图

CMOS外围电路die则集成了页缓冲器、列解码器、电荷泵、全局数据通路和电压发生器/选择器。

△长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的CMOS外围电路die平面图

Tech Insights称，长江存储128层Xtacking 2.0单元体系结构由两个通过层接口缓冲层连接的层组成，这与KIOXIA 112L BiCS 3D NAND结构的过程相同。单元大小、CSL间距和9孔VC布局与以前的64L Xtacking 1.0单元保持相同的设计和尺寸（水平/垂直方向间距）。门的总数为141（141T），包括用于TLC操作的选择器等。

△垂直方向的长江存储3D NAND单元结构，以及注释为32L（T-CAT带39T）、64L（Xtacking 1.0带73T）和128L（Xtacking 2.0带141T）的门的总数。

Tech Insights表示，长江存储128层Xtacking 2.0上层有72个钨闸门，下层有69个闸门。包括BEOL Al、NAND die和外围逻辑管芯在内的金属层总数为10，这意味着与64L Xtacking 1.0工艺集成相比，外围逻辑管芯中增加了两个铜金属层。通道VC孔高度增加一倍，为8.49µm。

△长江存储三代3D NAND的比较：Gen1（32L）、Gen2（64L，Xtacking 1.0）和Gen3（128L，Xtacking 2.0）。

与三星 （V-NAND）、美光 （CTF CuA） 和 SK海力士（4D PUC） 的现有128层512 Gb 3D TLC NAND 芯片的die尺寸相比，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的die尺寸更小，单位密度最高。

长江存储128层TLC NAND die平面布置图和两层阵列结构与美光和SK海力士相同，但长江存储的每个字符串的选择器和虚拟WL数为13，小于美光和SK 海力士（两者均为147T）。由于长江存储所采用的Xtacking混合键合方法，使得其使用的金属层数量远高于其他产品。

△128层512 Gb 3D TLC NAND产品的比较，包括刚刚发布的YMTC 128L Xtacking 2.0 3D NAND。

从上面的对比数据来看，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的单位存储密度达到了8.48b/mm²，远高于三星的6.91Gb/mm²、美光的7.76Gb/mm2、SK海力士的8.13Gb/mm²，达到了目前业界最高单位存储密度。

目前长江存储Xtacking 2.0架构的512Gb 128层TLC NAND芯片已量产。虽然三星、SK海力士、美光等厂商也在致力于开发176层3D NAND闪存芯片，但是他们目前最先进的量产产品还是128层。

作为一家成立仅数年的国产NAND Flash闪存芯片厂商，长江存储在国外巨头已领跑数十年的存储技术领域，能够在如此短的时间内追赶上来，并且取得技术上的领先，实属不易。

编辑：芯智讯-浪客剑 资料来源：Tech Insights

长江存储闪存芯片已打入苹果供应链？回应：不予置评

【文/观察者网 吕栋 编辑/周远方】

3月29日，台湾媒体《科技新报》曝出，中国大陆闪存芯片厂商长江存储今年正式打入苹果iPhone供应链。该报道还称，从出货时间来看，长江存储应该是为刚刚发布的新款iPhone SE供货。

《科技新报》报道截图

随后观察者网就此事联系长江存储，该公司相关人士回复称：不予置评。

CINNO Research 半导体事业部总经理Elvis Hsu告诉观察者网，苹果手机闪存现在的主要供应商为韩国SK海力士和日本铠侠。如果长江存储能够打入苹果供应链，则意味着中国闪存技术的发展已经受到国际上的认可与肯定。2022年，将是长江存储代表中国闪存技术突破并站上国际高端产品供应链的元年。

长江存储武汉厂区 拍摄/观察者网 吕栋

有外媒称苹果还在评估

观察者网注意到，在《科技新报》之外，国外科技媒体Light Reading也在关注长江存储打入苹果供应链一事。不过该报道3月28日援引瑞信的报告称，苹果目前还在评估长江存储的产品，通过后可能为即将上市的iPhone14提供闪存芯片。

“据我们所知，苹果自2021年以来一直在努力改变其开发的NAND控制器的设计，以支持长江存储的产品，”瑞信的报告称，“然而控制器IC设计已被推迟，虽然目前还不清楚是否会采用长江存储，但我们预计苹果将在未来1-2个月内决定。”

Light Reading报道截图

闪存是一种非易失性存储器，即断电数据也不会丢失，因此也是最常见的存储芯片。用最通俗易懂的话来说，手机参数8G+128G中的128G指的就是闪存容量，电脑中的固态硬盘（SSD）也会用到闪存芯片。

由于三星、铠侠、SK海力士、西部数据、美光等企业长期在闪存市场占据主导地位，苹果之前也都是从这些美日韩厂商采购闪存产品。但长江存储的出现，让这个高度集中的市场出现一个中国大陆玩家。长江存储成立于2016年7月，总部位于武汉，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。

观察者网注意到，日媒《日经亚洲》早在2018年2月就曾报道过苹果和长江存储洽谈合作一事。当时的报道称，由于长江存储的闪存尚未量产，该公司可能要在2020年之后才能生产出符合苹果要求的产品，“苹果与长江存储的交易将是中国科技发展的里程碑”。

但观察者网专栏作者铁流彼时撰文解读称，这场谈判更像是苹果的公关和宣传。他认为，在技术水平和产品成本相对于国外巨头都存在差距的情况下，像苹果这样非常商业化的公司未必会牺牲自己的利益扶持中国存储芯片厂商。但他也提到，在长江存储达到国外企业的水平后，苹果向其采购闪存芯片并非完全没有可能。

随着四年时间过去，长江存储不仅实现中国首款64层3D NAND闪存量产，还在2020年跳级推出128层TLC/QLC两款产品。2021年7月，有业内人士告诉观察者网，长江存储128层TLC闪存已量产，并且其首创Xtacking技术，不存在专利风险。

图源：CFM闪存市场

CINNO Research半导体事业部总经理Elvis Hsu向观察者网分析指出，长江存储以其自研的闪存技术在2018年正式推出了Xtacking架构3D闪存32层堆叠，仅用三年时间就研发出128层堆叠的3D QLC NAND闪存芯片，效率相当高。

“与三星（V-NAND）、美光（CTF CuA）和SK海力士（4D PUC）现有的128层堆叠512Gb 3D TLC NAND闪存产品相比，长江存储裸片尺寸更小，这使得它拥有最高密度。乐观期待长江存储继续研发196-200层以上的技术超越日韩的技术发展，同时尽快完成产能的扩充以取得更多市场份额。”Elvis Hsu表示。

2020年11月，观察者网曾独家报道，长江存储CEO杨士宁在一场公开活动上透露，该公司用3年时间实现从32层到64层再到128层的跨越，这是国际厂商6年时间才走完的路，并且该公司产品已经打入国内某知名手机厂商的供应链。杨士宁还形容这是“出道即巅峰”。

不过与三星等闪存龙头相比，长江存储作为后来者无论是技术和产能仍存在差距。在技术方面，三星已在布局200层以上产品，美光和铠侠等也已在过去一年多推出176层和162层等产品。在市场份额上，TrendForce集邦咨询数据显示，截至2021年四季度，国外前六大NAND闪存厂商仍占据着96%的市场份额。

图源：TrendForce集邦咨询

“制裁对美国企业来说是灾难”

尽管在规模上尚无法与国际巨头相提并论，但长江存储成立以来的进展不仅引起了苹果公司的注意，也吸引了美国政客的目光。Light Reading报道称，美国鹰派一直在推动将长江存储纳入出口管制，因为其产能扩张对美国企业构成了潜在的低成本威胁。白宫曾预估，长江存储2022年将达到英特尔闪存产能的两倍。

而长江存储之前曾在一份公告中称，该公司自成立以来，始终秉承守法合规的经营理念。在国内外各项业务中，长江存储严格遵守所在地法律法规，所提供的产品与服务均为面向商用及民用市场。

2021年底，丹麦咨询公司Strand Consult的罗斯林•莱顿（Roslyn Layton）在《福布斯》杂志撰文指出，尽管美国鹰派政客竭力游说，但许多美国半导体设备制造商正在与长江存储的合作中获得“可观收入”。这一利益纠葛的存在，似乎让美国政府不得不三思后行。

总部位于美国加州的半导体设备厂商应用材料公司（Applied Materials)，是莱顿提到的公司之一。在提交给美国证券交易委员会（SEC）的文件中，应用材料披露，中国大陆是该公司2021年最大的收入来源地，贡献了该公司三分之一的收入，约75亿美元。同样位于加州的泛林半导体情况类似，该公司去年在中国大陆的销售额约为51亿美元，占总销售额的35%，而2019年仅为22%。

应用材料公司 图源：Electronic Design

Light Reading评论称，美国商务部如果进一步实施制裁，对依赖中国大陆市场的美国企业来说将是一场灾难（a disaster）。在美国商务部没有明确禁令的情况下，苹果使用长江存储的芯片不会遇到法律障碍。

多供应商一直是苹果的重要策略。今年2月，苹果闪存供应商之一的日本铠侠遭遇材料污染事故，使其3D NAND闪存产量至少减少6.5EB（约合70亿GB）。在此背景下，TrendForce集邦咨询研究显示，随着市场整体供给明显下修，今年第二季度NAND Flash的价格将翻涨5-10%。

数据来源：TrendForce集邦咨询

这种情况可能也是苹果考虑长江存储的原因之一。芯谋研究分析总监宋长庚向观察者网分析指出，自长江存储成立以来，依次推出32层、64层和128层等3D NAND闪存产品，预计下一代产品也已经在路上。产品稳步迭代，可以算是“小步快跑”。最近NAND存储器处于供不应求的状态，终端公司也乐见多一个供应商，以提升供应链的健壮性。

除此之外，中国市场2021年为苹果贡献营收680亿美元，同比增长70%，是该公司增长最快的市场，选用中国生产的零部件对品牌形象的帮助，或许也是苹果在意的因素。Light Reading评论称，“任何对苹果生意的威胁都会被严肃对待。”

本文系观察者网独家稿件，未经授权，不得转载。

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