致态TiPlus7100成功的奥义：长江存储晶栈Xtacking架构解析

今年秋季，Intel和AMD最新平台发售，固态硬盘也全面开启PCIe Gen4时代。11月 日国内存储品牌致态发布了重量级的PCIe Gen4新品致态TiPlus7100，该产品最大的亮点就是采用YMTC长江存储最新的晶栈?Xtacking?3.0架构NAND，最高连续读写性能达到了7000MB/s和6000MB/s，堪称是DRAMLess产品的绝地反击。

为何晶栈?Xtacking3.0?架构有如此亮眼的表现？在讨论Xtacking之前，我们先简单了解一下固态硬盘核心组件——NAND FLASH的内部结构。

01 从2D NAND到3D NAND

NAND的容量大小取决于晶圆上存储阵列Array中可存放最小存储单元Cell的数量。对于早期的Planar NAND平面NAND（也叫2D NAND）来说，为了进一步提升存储容量和降低成本，就需要更先进的制程工艺，但制程工艺越高，晶圆的氧化层越薄，性能和可靠性都会出现下降，因此3D NAND开始成为主流。

所谓3D NAND就是相对于Planar NAND而言的，在晶圆上采用多层堆叠设计，如果把Planar NAND比喻成平房，那么3D NAND就是高楼大厦，提升NAND的容量只需堆叠更多层数的Array，使得容量、性能和可靠性都得到了保证。目前的3D TLC NAND已经到达100层以上，单颗NAND更是实现了1TB的容量。

02 NAND的架构

虽然3D NAND的概念比较容易理解，但落实到生产层面就不是单纯的叠层这么简单，这就涉及到NAND架构的问题。从全球主流的全球主流存储厂商出品的NAND横截面图可知，三星、铠侠和西部数据采用常规的并列式架构，将控制数据读取、写入的外围CMOS线路放在Array下方，只是技术层面有所不同。

例如三星V-NAND系列NAND，采用一次性加工、内存孔（Memory Hole）HARC蚀刻技术，铠侠/西部数据BiCS NAND则采用两个48层堆叠。并列式架构的优势是加工难度相对较低，但对于晶圆蚀刻设备和技术有着较高的要求。

Intel/Micron以及SK海力士则另辟蹊径采用了CuA（CMOS under Array）架构，这是一种将CMOS线路放置在Array以下的加工方式，从而增大了Array的面积。CuA架构的优势是能扩大单个芯片的存储密度，但同样存在制造工艺难度较高的问题。

而YMTC长江存储采用的是独家的?Xtacking?3.0架构，将CMOS线路用一种不同于存储核心Array的晶圆制造而成，分别通过Bonding工艺进行贴合，在指甲盖大小的面积的晶圆上通过数十亿根金属通道，将CMOS和Array进行连接，合二为一。

03 长江存储Xtacking?架构解析

从原理看，YMTC长江存储的晶栈?Xtacking?架构是两片独立的晶圆上，分别加工外围电路和存储单元，在逻辑工艺上有着更多的自主选择性，从而让NAND获取更多的I/O通道、更高的接口速度，例如最新的晶栈?Xtacking?3.0架构NAND具备四闪存通道和高达2400MT/s的接口带宽，这也是致态TiPlus7100即使采用DRAMLess方案，也能实现7000MB/s和6000MB/s的核心要义。

3D NAND颗粒最重要的发展方向是存储密度的优化。在传统3D NAND架构中，外围CMOS电路约占芯片面积20~30%，而Xtacking?技术创新的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，芯片面积可减少约25%，同等面积基础上，Xtacking?架构能够提供更多的存储单元，成为长江存储旗下致态品牌固态硬盘足容量的保证。

除了容量、性能和成本，NAND颗粒的良品率和出货量也是市场竞争的重要一环。自Xtacking?2.0技术诞生以来，长江存储NAND的良品率大幅度跃升，充分满足长江存储自有存储产品和客户供货的需求。除此之外，Xtacking?工艺存储单元和外围CMOS线路独立加工的特性，可以实现并行和模组化的灵活生产，较于传统结构产品研发周期可缩短三个月，生产周期可缩短20%，使得长江存储NAND的出货量也得到大幅提升。

作为长江存储核心技术品牌，晶栈Xtacking?代表着长江存储在3D NAND存储技术领域的创新进取和卓越贡献。经过9年技术积累和4年技术验证，晶栈Xtacking?架构NAND不仅性能和可靠性均达到了国际水准，更拥有较高的存储密度和更灵活的开发周期，这也是致态品牌SSD产品成功的奥义所在。

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2022 LS30 长江存储晶栈Xtacking架构如何成为存储行业一枝独秀

ZAO 2022中关村在线年度观察推选年度领先解决方案Leading Solutions 30（以下简称LS30），为行业用户提供更好的选择，助力行业优质解决方案与技术方案。

中关村在线认为，2021年长江存储推出的致态TiPlus7100采用的架构技术可以参与本次终极评选。致态TiPlus7100采用长江存储独有的晶栈?Xtacking?架构，存储密度和性能都大幅提升，即使采用了DRAMless技术，最高连续读写性能也达到了7000MB/s和6000MB/s，同时也能耗也大幅降低，无需散热片即可长时间稳定运行，成为最新平台装机优秀的固态硬盘产品之一。

01 晶栈?Xtacking?架构对存储行业的意义

在3D闪存中除了存储阵列之外，还有一些外围电路会占据20~30%芯片面积。传统的闪存将外围电路与存放到Array存储单元下方，长江存储的Xtacking?是把存储阵列和外围电路分开来做，分别在两个晶圆上加工，然后通过垂直互联通道把它们键合、接通电路。因此对于固态存储行业来说，晶栈?Xtacking?技术可谓一枝独秀，这主要体现在三个方面：

性能：实现了更多的I/O通道数量和高达2400MT/s的I/O接口速度，符合ONFI 5.0标准，与前一代产品相比，性能提高了50%。

存储密度：晶栈?Xtacking? 3.0架构已成为YMTC长江存储历史上比特密度最高的闪存产品，在超紧凑的单晶片上实现了1TB的存储容量。

升级的系统级产品体验：创新的6平面设计，每个平面都支持同步多平面独立运行，与传统的4平面架构相比，新架构的性能可提升50%，而功耗可降低25%，

02 技术解读：晶栈?Xtacking?架构

从原理看，YMTC长江存储的晶栈?Xtacking?架构是两片独立的晶圆上，分别加工外围电路和存储单元，在逻辑工艺上有着更多的自主选择性，从而让NAND获取更多的I/O通道、更高的接口速度，例如最新的晶栈Xtacking?架构NAND具备四闪存通道和高达2400MT/s的接口带宽。

3D NAND颗粒最重要的发展方向是存储密度的优化。在传统3D NAND架构中，外围CMOS电路约占芯片面积20~30%，而晶栈?Xtacking?技术创新的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，芯片面积可减少约25%，同等面积基础上，Xtacking?架构能够提供更多的存储单元。单晶片上实现了1TB的存储容量。

除此之外，Xtacking?工艺存储单元和外围CMOS线路独立加工的特性，可以实现并行和模组化的灵活生产，较于传统结构产品研发周期可缩短三个月，生产周期可缩短20%，使得长江存储NAND的出货量也得到大幅提升。

03 行业影响：力争国际水准 加速国内SSD产业升级

从1.0到3.0，YMTC长江存储的晶栈?Xtacking?这个异构的3D集成架构，已经建立了一个成熟的体系，并诞生基于Xtacking?架构 NAND的系统解决方案的多样化组合，包括SATA III、PCIe Gen3和Gen4 SSD，以及用于移动和嵌入式应用的eMMC和UFS，并获得了领先OEM的认可。

以Xtacking? 3.0为核心，YMTC长江存储的第四代3D NAND是一种尖端的产品，拥有更高的存储密度，优化的性能，并提高了耐久性、质量和可靠性，符合JEDEC等严格的测试标准。由于最新工艺改进，现在还能以更高的成本效率获得增强的可扩展性。

04 总结

LS30年度领先解决方案具备强大的核心技术和引领产业发展的领导力。依托于技术研发实力、技术创新能力以及技术拓展潜力，不断为用户提供运行速度更快、效能更好且体验更佳的主流应用技术、优质企业商业产品和解决方案，并持续推动产业发展。

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