紫光64层NAND量产，打破外商垄断关键一战

【文/科工力量专栏作者 铁君】

日前，长江存储正式对外宣布，其基于Xtacking®架构的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存正式量产，以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。经过多年的努力，紫光在存储芯片上的高额投资终于收获硕果。本次长江存储量产64层NAND，一定程度上缓解了三星、SK海力士、镁光等公司的垄断局面，在当下的国际环境下，格外具有意义。

存储芯片市场被三星、海力士、东芝、镁光等大厂垄断

一直以来，存储芯片市场一直被三星、海力士、东芝、镁光等大厂垄断，三星、东芝、闪迪、镁光、SK海力士等国外巨头占据80%以上的市场份额，其中三星是领头羊，市场份额约38%。在DRAM市场，三星、SK海力士、镁光占据了超过90%的市场份额，其中两家韩国企业三星和SK海力士的市场份额加起来高达70%左右。

由于中国企业在NAND Flash和DRAM两种存储芯片方面的市场占有率微乎其微，且NAND Flash和DRAM被少数国际大厂所垄断，特别是韩国企业拥有非常高的市场份额，这直接导致存储芯片价格很容易受到垄断企业决策影响。由于三星公司因Note 7自燃事件遭受了60亿美元的损失，随后，存储芯片发生暴涨，进而带动固态硬盘、内存条、以及闪存卡等存储产品的价格就开始疯涨，镁光公司的NAND Flash 64GB MLC 颗粒在几个月内涨幅超过25％。

进而使华为、小米、OPPO、VIVO等整机厂商深受其害。

由于当下比较特殊的国际局势，NAND Flash高度依赖外商除了会使国内厂商在NAND价格上任凭外商摆布，还有可能受到国际复杂环境变化的影响，一旦供应被切断，对国内IT产业的打击是几乎是毁灭性的。由此看来华为等巨头寻找国产化“备胎”的计划尤为重要。长江存储在64层NAND上取得突破，未来将有效缓解了在NAND上单一依赖进口供应的局面，但是新供应链的导入需要时间，在短期市场上，长江存储的产品仍然无法大规模替代进口。

海外并购接连碰壁 自主研发取得成功

本次，长江存储在NAND上取得突破，是十多年持续研发的成果。早在2006年，武汉就投资100亿元启动武汉新芯项目，经过多年的磨砺和成长，武汉新芯在存储器领域已经有了一定成果。之后合肥、武汉等5座城市争夺存储器基地，由于武汉新芯在这方面已经有一定基础，因而最后武汉取得了胜利。随后，紫光等国有资本对武汉大量注资，并在将武汉新芯的基础上成立组建了长江存储。

在研发路线选择上，紫光选择同时走技术引进和自主研发路线。

就技术引进来说，紫光曾经试图以每股21美元，总价230亿美元的价格全面收购镁光，结果没能完成收购。紫光也试图以38亿美元收购西部数据15%股权，然后由西部数据出资190亿美元“曲线收购”闪迪，结果因受外部势力干涉最终不得不终止。之后，还传出紫光试图出资53亿美元收购SK海力士20%的股份，但该收购传闻最终也没有结果。

在海外收购频频碰壁的同时，紫光在境外持续高薪寻找优秀的人才，并严格遵守国际商业的道德规则，“只带人不带文件”，坚持“自己的技术要靠自己研发”，紫光集团还聘请了在中国台湾省有“存储教父”之称的高启全。在整合两岸技术团队之后，长江存储开启了自主研发之路，并在2017年完成32层NAND的小批量生产，在2019年完成了64层NAND量产。

可以说，紫光用实践说明了，在当下这个大环境下，与外商合作或并购的技术引进模式很难走通，与其并购或技术合作，不如直接挖人，组建自己的团队自主研发。毕竟，技术是随着人走的，人才是一家半导体企业最宝贵的财富。

长江存储独创Xtacking架构

长江存储本次发布的64层NAND采用了Xtacking架构。根据公开资料，长江存储搞出的Xtacking架构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。这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑工艺，以让NAND获取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。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，创新的XtackingTM技术只需一个处理步骤就可通过数百万根金属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。

长江存储CEO杨士宁博士指出：

利用Xtacking技术，长江存储3D NAND闪存未来可带来更快的I/O传输速度、更高的存储密度和更短的产品上市周期。

还有材料指出：

紫光的64层的3D NAND得益于Xtacking技术，使得产品开发时间缩短三个月，生产周期可缩短20%，NAND I/O速度大幅提升到3.0Gbps，比传统3D NAND拥有更高的存储密度。这使得紫光的64层的3D NAND单位面积的存储密度可以接近国际大厂的96层3D NAND。

因此，紫光的64层NAND是具备一定市场竞争力的技术。根据长江存储的最新报道，64层NAND已于9月正式量产，2020年逐步提升产能，据业界传言，2020年底产能可望提升至月产6万片晶圆的规模。由于紫光的64层NAND性能逼近国际大厂的96层3D NAND，因而可以直接在商业市场与外商竞争。此前还有业界消息称，紫光会跳过96层NAND，直接研发128层NAND，力争在技术上进一步缩短与外商的差距，而这些消息目前还未得到官方的证实。

长江存储要重复京东方的突围之路

目前，长江存储只是技术上取得了突破，而且产能也比较有限。相对于三星、SK海力士、镁光、英特尔等国际大厂，无论在技术上，还是在市场份额上都有一定差距。长江存储在原材料、设备等方面对外商有较大依赖，在实现不被卡脖子方面依然任重道远。

因而对于长江存储正式宣布64层NAND量产，“沸腾体”或“厉害体”是不合时宜的。在未来几年内，由于要与三星等国际巨头拼刺刀，因而长江存储可能在未来5年内都很难赚到多少钱，甚至可能会重复京东方多年前连续亏损的发展历程。

比较让人担心的是，在媒体一轮“沸腾体”炒作后，之后几年因为企业营收和业绩不够“沸腾”，然后媒体又来一轮带节奏，抹黑长江存储。这并非杞人忧天，京东方就因为业绩不好看，被媒体誉为“A股亏损王”。

不过，长江存储也有很多有利的因素。首先是资本上紫光具备与国际大厂较量的实力，赵伟国曾经表示，计划筹集3700亿元为未来5年准备充足的“弹药”，因而紫光能够为长江存储提供充足的资金支持。

由于紫光体量巨大，产品线很全，不仅有NAND，还有PCIe NVMe SSD主控芯片，还有H3C这样的整机厂，内部可以进行垂直整合。

据小道消息，在2020年长江存储的64层NAND产能提升上来后，紫光麾下H3C的服务器、存储设备、智能终端将率先搭载长江存储的NAND。将来不排除向智能手机厂商组团推销展锐的SoC和长江存储NAND的可能性。这种垂直整合在长江存储NAND推向市场初期，能够提供非常关键的推动作用。一旦长江存储的NAND通过紫光系企业的推动获得市场认可，那么，国内其他企业自然会跟进，并使国外存储芯片企业在中国市场份额逐年降低。

期待在3至5年后，国人日常办公写的文稿，外出旅游的拍的照片，能够存储在国产的NAND里。

铁君（公众号 tieliu1888）

本文系观察者网独家稿件，未经授权，不得转载。

三星分享逻辑、DRAM和NAND未来十年的路线图

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自semiwiki，谢谢。

Kinam Kim 是三星的一位资深技术专家，过去多年来发表了许多优秀的文章。他现在是三星电子的董事长，在 之前举办IEDM 上，他还做了一个非常有趣的主题演讲。他首先从一些一般性观察开始： 他表示，世界正在经历一场由半导体驱动的变革，由于疫情的影响，加速了对非接触式社会的需求，远程工作和远程教育也在迅速发展，IT 变得必不可少。传感器、处理器和内存都是必需的。这种趋势也让数字化的采用取得了巨大的飞跃。数据显示，远程工作的比例从 25% 增加到 58%。经济数字化带来了巨大的机遇，智能系统正在产生大量数据。在过去的 50 年里，每片晶圆的晶体管数量增加了 1000 万倍，处理器速度增加了 10 万倍，成本每年下降 47%。半导体与人脑有相似之处，传感器就像眼睛，处理器和内存负责处理和存储。将传感器与处理相结合的智能手机可实现新的应用，有一个关于传感器的有趣部分，但这并不是我真正的领域，我想专注于他介绍的逻辑、DRAM 和 NAND 路线图。

图1. 逻辑路线图。首先看逻辑方面，在图 1 中，我们可以看到逻辑工艺的接触式多晶硅间距 (contacted poly pitch：CPP) 如何随着时间的推移而扩展。在平面时代，我们看到了英特尔在 45nm 和代工厂推出的 28nm 高 k 金属栅极 (HKMG) 以及嵌入式硅锗 (eSiGe) 等创新技术，以通过应变提高沟道性能。FinFET 由英特尔在 22nm 推出，并在 14/16nm 被代工厂采用，并在多个节点上推动了行业向前发展。三星目前正试图通过他们称为多桥的水平纳米片 (HNS) 引领行业进入GAA时代，而 HNS 应该为行业带来至少两个节点。在2nm 以后，三星预计 3D 堆叠 FET（其他人称为 CFET 或 3D FET）、IBM 和三星最近披露的 VFET、2D 材料或负电容 FET (NCFET) 中的一种或多种技术会成为候选。

图2.DRAM 路线图其次，我们看一下三星分享的DRAM路线图。据介绍，随着 EUV 在 DRAM 中的应用，下一个挑战是缩小存储单元。三星预计很快将投入两层电容器。预计在本世纪后期将转向垂直存取晶体管，随后是 3D DRAM。我无法找到有关如何构建 3D DRAM 的更多具体信息，但 ASM、应用材料公司和东京电子公司的演示文稿以及本演示文稿中说明了类似的结构，这表明该行业正在寻求解决方案。

图3.NAND 路线图 最后，三星还分享了NAND的路线图。据了解，三星最新的 3D NAND 是 176 层工艺，第一次使用串栈（对他们来说是第一次串栈（string stacking），别人已经串了好几代了）和第一次使用阵列下的外设设计（对他们来说，其他人已经做了好几代了）。接下来是缩小沟道孔之间的间距以提高密度，同时增加层数。大约在 2025 年，三星将展示晶圆键合以分离外围电路和内存阵列。起初，我对此感到惊讶，首先长江存储已经在这样做，如果三星认为它提供了优势，我很惊讶他们会等这么久才实施它。其次，我对晶圆键合进行了成本建模，我相信它比当前的单片方法成本更高。在考虑了更多之后，我想知道它是否被视为解决允许连续层堆叠的压力问题，并且将在需要继续堆叠时实施。最后，在这十年的后期，三星预计材料会发生变化，并且通道孔会进一步缩小。这里显示的图没有显示它，但在他们的演示中，三星展示了他们第 14 代工艺的一千多个层。总之，主题演讲提出了一个观点，即逻辑、DRAM 和 NAND 在本世纪末持续扩展和改进。

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