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“跳级”推出128层闪存，单颗容量133Tb

（文/观察者网 吕栋）4月13日，长江存储宣布，该公司跳过96层，成功研发128层QLC3D NAND闪存（型号：X2-6070），并已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。

长江存储一期生产线月产能10万片，今年以来产能一直在爬坡。对于量产时间，长江存储向观察者网透露，配合前述产能，128层NAND闪存将于今年年底到明年上半年陆续量产。

去年9月，长江存储已开始量产基于Xtacking®架构的中国首款64层3D NAND闪存。对此，该公司指出，作为业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存，X2-6070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。

据介绍，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。每颗X2-6070 QLC闪存芯片拥有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。

长江存储X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

长江存储市场与销售高级副总裁龚翊（Grace）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。这既是数千长存人汗水的凝聚，也是全球产业链上下游通力协作的成果。随着Xtacking®2.0时代的到来，长江存储有决心，有实力，有能力开创一个崭新的商业生态，让我们的合作伙伴可以充分发挥他们自身优势，达到互利共赢。”

此次同时发布的还有128层512Gb TLC（3 bit/cell）规格闪存芯片（型号：X2-9060）。

实现1.6Gbps传输速率

据长江存储介绍，得益于Xtacking® 架构对3D NAND控制电路和存储单元的优化，其64层TLC产品在存储密度、I/O性能及可靠性上都有不俗表现，上市之后广受好评。

在长江存储128层系列产品中，Xtacking®已全面升级至2.0，进一步释放3D NAND闪存潜能。在I/O读写性能方面，X2-6070及X2-9060均可在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。

长江存储表示，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Xtacking®2.0还为3D NAND带来更佳的扩展性。未来，长江存储将与合作伙伴携手，构建定制化NAND商业生态，共同推动产业繁荣发展。

该公司指出，其通过对技术创新的持续投入，已成功研发128层两款产品，并确立了在存储行业的技术创新领导力。凭借1.6Gb/s高速读写性能和1.33Tb高容量，长江存储通过X2-6070再次向业界证明了Xtacking®架构的前瞻性和成熟度，为今后3D NAND行业发展探索出一条切实可行的路径。

龚翊表示：“我们相信，长江存储128层系列产品将会为合作伙伴带来更大的价值，具有广阔的市场应用前景。其中，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、数据中心等领域，以满足未来5G、AI时代多元化数据存储需求。”

容量超64层芯片5倍

长江存储介绍，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。每颗X2-6070 QLC闪存芯片拥有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。随着主流消费类SSD容量迈入512GB及以上，QLC SSD未来市场增量将非常可观。”Gregory同时表示：“与传统HDD相比，QLC SSD更具性能优势。在企业级领域， QLC SSD将为服务器和数据中心带来更低的读延迟，使其更适用于AI计算，机器学习，实时分析和大数据中的读取密集型应用。在消费类领域，QLC将率先在大容量U盘，闪存卡和SSD中普及。”

（编辑：尹哲）

本文系观察者网独家稿件，未经授权，不得转载。

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