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。

以苹果6为例讲解逻辑电路 万通学校原创发表 万通内部教学资料分享

逻辑（控制）电路简介

逻辑电路以及逻辑控制电路我们以开机电路及I2C总线控制电路为例进行一下简单的介绍，主要的目的是为本文的论点提供一些理论依据。

以图2 iPhone6代开机电路为例我们对整机逻辑部分电路工作原理做一个简单的梳理。逻辑电路的定义：逻辑电路是指完成逻辑运算的电路。这种电路，一般有若干个输入端和一个 或几个输出端，当输入信号之间满足某一特定逻辑关系时，电路就开通，有输出；否则，电路就关闭，无输出。逻辑电路是一种离散信号的传递和处理，以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。分组合逻辑电路和时序逻辑电路。前者由最基本的“与门”电路、“或门”电路和“非门”电路组成，其输出值仅依赖于其输入变量的当前值，与输入变量的过去值无关—即不具记忆和存储功能；后者也由上述基本逻辑门电路组成，但存在反馈回路—它的输出值不仅依赖于输入变量的当前值，也依赖于输入变量的过去值。由于只分高、低电平，抗干扰力强，精度和保密性佳。广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。

手机逻辑电路的定义：以应用处理器（AP）为核心的所有控制电路都可以称之为逻辑电路。其中当以开机电路最具代表性。

如图2所示，6代的充电管理IC U1401是从主电源内独立出来的；开机电路主要的芯片都有U1401充电管理IC、U1202应用电源管理IC、U0201应用处理器、U0604硬盘这几大件。

J2523电池座1脚、7脚是电池的正极，6脚、8脚是电池的负极，2脚、3脚、5脚、4脚是电池信息检测脚；6代没有NTC，在6代NTC是SWI这个总线代替了，它包含了温度、电池电量、电池其它信息检测；一根线SWI搞定一切，这样做在结构上精简了。温度检测的线路会导致不充电、重启等故障，这样做的好处是电池座接口引脚相对较多可以和电池连接排线非常可靠的接触。电池的电压经过1脚、7脚过来送到U1401 A1...等脚，Q1403这个MOS管是可以拿掉的，拿掉后不会影响开机，也不会影响充电。在U1401内部相当于还有一个MOS管，这个MOS管起到的作用是反极性保护，防止电源接反后烧坏主电源。U1401在电池供电时起到反极性保护的作用，并没有充电的作用。Q1403在这里起到的作用是一个分流的作用，主要是防止U1401发热量过大的问题。如果不装U1401只保留Q1403的话也可以开机但会白苹果，因为在开机时CPU要通过I2C总线来检测U1401如果没有这颗芯片CPU检测不到就会出现开机反复重启的问题；U1401在这里的两大核心任务是反极性保护和充电管理。反极性保护是在电池供电的时候，充电管理是在充电的时候。

电池电压从U1401 A1...等脚输入从A2...等脚输出就产生了主供电PP_VCC_MAIN，这路供电给到主电源（应用电源管理IC）Ｕ1202，经过30个脚送入。应用电源管理IC U1202得到主供电后从L6脚产生待机电压PP1V8_ALWAYS，经过R0314给到开机键连接座J0801这个接口的2脚以及U1202 的D20脚做开机用以及 U0201 Y4脚做关机用，和其它电源键唤醒功能。

图2

按下开机按键D20脚由1.8V变成0V触发开机，并产生各路供电：PP_CPU、PP_GPU、PP1V0、PP1V8_SDRAM、PP1V2_SDRAM、PP1V2、PP1V8、PP_VAR_SOC；PP_CPU为核心供电，PP_GPU这路供电开机不产生，GPU是显卡的意思，这路供电是进系统后产生（进入操作界面），如果是开机到白屏果界面这里的电压是0V；不开机的故障测量这路供电为0V是正常的；PP_GPU这路供电的对地阻值只有85左右，这个电压是在进系统的瞬间为0.2-0.3V，进桌面后这个电压瞬间为0.3V-0.5V左右，静态桌面这个电压为0V，看电影或者打游戏的时候电压为0.7V左右；虽然这个供电为0V但是遇到开机重启这种故障时也要重点检查这路供电的对地阻值，绝对不能为0或者短路；否则就会导致机器重启的问题；PP_VAR_SOC这路是片上系统的供电，也是核心供电，这路供电非常关键，没有CPU没法运行。CPU需要8路供电均正常工作后才能达到其基本的工作条件。

CPU得到8路供电以后，由时钟晶体Y0201产生24MHz主时钟信号，时钟信号是程序运行的节拍，没有时钟机器是没有办法开机的。

应用电源管理IC U1202 R4脚输出一个低电平的复位信号，CPU被复位；

应用处理器AP（CPU）被复位后通过三大总线即地址总线、数据总线、控制总线从硬盘读取数据，运行开机程序，当然在此之前硬盘也必须获得PP1V8 1.8V供电，PP3V0_NAND 3V供电、以及PP1V2_NAND_VDDI这路由硬盘自己产生的1.2V供电，这个电压没有也是无法开机。总的供电是8+2路供电才能正常工作，除了PP_GPU这路供电外，其它供电都必须要有。这时候CPU从硬盘读取数据。开机程序正常运行进行开机。

CPU从AK32脚发出一个

维持电压AP_TO_PMU_KEEPACT给到应用电源管理IC的L7脚来维持电源管理IC的长期运行，如果这条线路出问题会导致机器按开机键可以开机但松手就会关机的故障。

应用电源管理IC U1202的F6脚接的R1316这个是参考电流的一个电阻，不能掉，掉了后会引起不开机的故障。以上我们从供电、时钟、复位、软件、维持等几个方面对开机电路做了一个分析。

图3

如图3所示，是6代的I2C总线框架图总共有三对串行总线，分别是：第一对从应用处理器U0201 AM31脚、AM32脚输出经过R0303、R0302这两个上拉电阻分别接到USB控制U1700、AP电源管理IC U1202、屏供电升压IC U1501以及背光升压IC U1502这4颗芯片上面；第二对从应用处理器U0201 Y30脚、Y31脚输出经过R0305、R0304这两个上拉电阻分别接到振动器控制U1400、充电管理IC U1401、扬声器驱动IC U1601以及指纹连接座J2118这4个设备上面；第三对从应用处理器U0201 AH2脚、AH1脚输出经过R0308、R0306这两个上拉电阻接到J1111相机连接座也就是相机这个设备上面；

I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。I2C 总线支持任何IC 生产工艺(CMOS、双极型）。通过串行数据（SDA）线和串行时钟（SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器——MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。LCD 驱动器只能作为接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。除了发送器和接收器外，器件在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。此时，任何被寻址的器件都被认为是从机。

对各个节点的寻址是软寻址方式，节省了片选线，标准的寻址字节SLAM为7位，可以寻址127个单元。I2C总线有三种数据传输速度：标准，快速模式和高速模式。标准的是100Kbps，快速模式为400Kbps，高速模式支持快至3.4Mbps的速度。所有的与次之传输速度的模式都是兼容的。I2C总线支持7位和10位地址空间设备和在不同电压下运行的设备。以上两段是百度百科对I2C的定义。

常见的I2C总线故障会导致：开机白苹果、开机白苹果反复重启、手机不开机，刷机报错9、4013等；与码片通讯的I2C总线出问题会导致蓝屏、红屏等故障，不同的机器会导致一些不同的故障。正常测量I2C总线两条线路上面的对地阻值时值是一样的。I2C总线在开机后要进行自检，如果自检不过就会导致不开机，要排除由I2C总线导致的不开机的故障我们大多数情况下需要用排除法进行维修。为什么I2C总线会导致开机白苹果、开机白苹果重启，这里简单的说说自检原理。首先看看开机启动的几个阶段，第一个阶段是底层引导阶段，我们按下按键CPU向电源管理芯片发出维持电压AP_TO_PMU_KEEPACT这个时候底层引导阶段结束进入下个阶段；第二个阶段系统引导阶段，这个时候就牵扯到自检的过程。系统坏也会引起白苹果重启，硬盘坏也会引起白苹果重启，再就是和自检相关的元器件坏也会引起白苹果重启。进入系统引导阶段后CPU要对各个芯片进行自检，当然同时要向这些芯片加载系统文件里面的一些驱动程序，很多芯片要工作是要驱动程序的，没驱动程序是不工作的。这个时候CPU会对各个芯片进行逐个的自检，自检的过程我们就认为是CPU向各个芯片问好的过程，“Are you ok！”被自检的芯片都必须要做出回应“OK”，否则CPU就会反复的进行询问，直到这个芯片回应为止。如果长时间不回应就会执行系统重启程序来排除是否是系统导致的问题，这时就会出现开机白苹果反复重启的现象。芯片长时间不回应如果排除系统的问题，那就是线路连接或者是芯片本体损坏导致的。

I2C总线电路就是典型的逻辑控制电路中其中一个典型的应用电路。“逻辑”指的是思维的规律和规则，是对思维过程的抽象。如果在电路中能具备逻辑能力或者说思维能力的当然就属CPU无疑了。在整个CPU（逻辑）控制电路中，应用了大量总线类的控制技术I2C只是其中一种，我们在这里只是列举，其余电路就不再详细进行分析了。

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