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nand闪存引脚长江存储第二代3D闪存IO速度达3Gbps创史：明年量产

发布时间 : 2025-04-20

作者 : 小编

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长江存储第二代3D闪存IO速度达3Gbps创史：明年量产

谈到NAND闪存，或者说以它为代表的SSD产品，多数人对速度的理解集中在像是SATA 3/PCIe 3.0等外部接口上，但其实闪存芯片也有内部接口，LGA/BGA都有引脚，所以就有引脚带宽，即I/O接口速度的概念，一定程度上可理解为内频。

今晨结束的Flash Memory Summit（闪存技术峰会）的首日Keynote上，长江存储（Yangtze Memory Technology，YMTC）压轴出场，介绍了新的3D NAND架构Xtacking。

长江存储称，数据产生的能力和贮存能力的增长是严重不对等的，2020年左右将产生47ZB（泽字节，470万亿亿比特），2025会是162ZB 。虽然多数数据可能是垃圾，但存储公司没有选择性，其唯一目标就是尽可能多地保存下来。

长江存储将NAND闪存的三大挑战划归为I/O接口速度、容量密度和上市时机 ，此次的Xtacking首要是提高I/O接口速度，且顺带保证了3D NAND多层堆叠可达到更高容量以及减少上市周期。

当前，NAND闪存主要沿用两种I/O接口标准，分别是Intel/索尼/SK海力士/群联/西数/美光主推的ONFi，去年12月发布的最新ONFi 4.1规范中，I/O接口速度最大1200MT/s（1.2Gbps）。

第二种标准是三星/东芝主推的Toggle DDR，I/O速度最高1.4Gbps。不过，大多数NAND供应商仅能供应1.0 Gbps或更低的I/O速度。

此次，Xtacking将I/O接口的速度提升到了3Gbps，实现与DRAM DDR4的I/O速度相当。

那么长江存储是如何实现的呢？

据长江存储CEO杨士宁博士介绍，Xtacking，可在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路。存储单元同样也将在另一片晶圆上被独立加工。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百万根金属VIA(Vertical Interconnect Accesses，垂直互联通道)将二者键合接通电路，而且只增加了有限的成本。

官方称，传统3D NAND架构中，外围电路约占芯片面积的20~30%，降低了芯片的存储密度。随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围电路可能会占到芯片整体面积的50%以上。Xtacking技术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（长江的64层密度仅比竞品96层低10~20%）。

在NAND获取到更高的I/O接口速度及更多的操作功能的同时，产品开发时间可缩短三个月，生产周期可缩短20%，从而大幅缩短3D NAND产品的上市时间。

应用

长江存储称，已成功将Xtacking技术应用于其第二代3D NAND产品的开发。该产品预计于2019年进入量产，现场给出的最高工艺节点是14nm。

闪存结构全解：固态硬盘小白晋升大师之路

正所谓"外行看热闹，内行看门道"，很多朋友搜寻一款固态硬盘的信息主要看性能跑分，而知识更加丰富的玩家则会重点关注这款固态硬盘的硬件架构，闪存规格以及主控、固件的口碑。毕竟除了跑分，还有很多因素影响着固态硬盘到底是否好用。

今天存储极客就将带你深入到固态硬盘以及闪存的基础知识当中，带你看懂行业"黑话"，不再一脸懵逼。

Channel：通道

提到一个固态硬盘的通道数量，多数时候说的是闪存通道，但M.2 NVMe固态硬盘会有PCIE通道的参数。我们这里谈的是前者。

闪存通道数量直接反映了固态硬盘的并发读写能力。可以简单理解为马路上有多少条车道，显然通道数量越多，理论性能越好。当然，还有很多影响因素，通道数量只是一个底子。

CE：片选信号

紧跟闪存通道之后的往往就是CE数量。经常可以在一些固态硬盘评测中看到这样的介绍，某某主控支持X通道，每通道支持Y CE。CE是Chip Enable片选的缩写，下图是一个东芝闪存颗粒的逻辑结构，2 Die封装，拥有两个CE信号。

除了通道可以并行提升吞吐量之外，多CE交错也可以提高固态硬盘性能。主控的闪存通道以及每通道支持的CE数量还会影响它最终能够提供多大的固态硬盘容量。

Package：封装

我们能够看到的一颗闪存就是一个Package封装，它有TSOP或者BGA两种形态，前者的引脚在封装两侧引出，后者则在封装的底部拥有一个球栅阵列。下图是东芝TR200固态硬盘中使用的TSOP封装闪存颗粒。TSOP和BGA本身没有好坏之分，通常在空间足够的情况下使用TSOP，而M.2固态硬盘则大都选择封装密度更高的BGA形态。BGA封装还有一个优势：每个颗粒能支持2个甚至4个闪存通道，而TSOP只能支持1个。

我们在上边看到的黑色颗粒并不是闪存的本来面目，那只是一到多个芯片通过引线键合或者TSV硅通孔工艺完成连接之后，再用树脂材料封装并引出针脚。而芯片则是从闪存晶圆中摘下的一小片合格晶粒。

俗称的原片就是由原厂检测并封装、打上原厂商标的高品质颗粒，原厂固态硬盘，比如上面提到的东芝TR200当中使用的就是这种类型的闪存。而白片则是未经原厂认证的不明体制闪存芯片封装成的闪存颗粒；黑片是在检测中明确被淘汰的下脚料，被利益熏心的人低价回收后赌人品。

Die：这里并不是死的意思

Die也被称作LUN（逻辑单元），也是闪存内可执行命令并回报自身状态的最小独立单元。下图是由4个Plane组成两个Die，两个die组成的芯片。

单Die容量是衡量闪存技术先进性的一个指标。单Die容量越大意味着闪存存储密度越高，做出来的固态硬盘容量也就越大。目前东芝第三代3D TLC闪存已经实现512Gb的单Die容量，如果是QLC类型，则能达到768Gb的水平。

Plane：面

一个闪存Die可以拥有1到多个Plane面。下图是东芝BiCS3闪存的一个512Gb Die，包含了两个256Gb容量的Plane面，总容量512Gb。

Block：块

接下来就到了微观领域，通常是无法直接看到外观的层级。NAND闪存自问世那一刻起就有一个恒定不变的使用要求：写入（Program）数据前必须先进行擦除（Erase），而闪存的最小擦除单位就是Block块。

Page：页

每个Block都是由数百乃是数千个Page页组成的，而Page的意义也非比寻常，它是闪存当中能够读取合写入的最小单位。当前闪存的一个Page通常是16KB，如果你需要读取512字节的数据，那在闪存层面上就必须把包含这512字节数据的整个Page页内容全部读出（实际发生的读取16KB）。

Cell：单元

每个16KB的Page页又是由大量的Cell单元构成。Cell是闪存的最小工作单位，执行数据存储的任务。闪存根据每个单元内可存储的数据量分成SLC（1bit/Cell）、MLC（2bit/Cell）、TLC（3bit/Cell）和QLC（4bit/Cell），成本依次降低，容量依次增大，耐用度也依次降低。目前3D TLC是闪存的主力类型，优质的原厂闪存配合具备LDPC纠错的主控，可以实现3000次左右的擦写寿命，与过去2D平面MLC闪存接近。

篇幅所限，本文中只能简单介绍闪存的知识，更多内容敬请收藏并关注存储极客的头条号。

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