性能高于三星、美光！国外逆向机构芯片级拆解长江存储128层Nand

近期，国外著名逆向分析机构techinisights 对阿斯加特(Asgard) PCIe4.0 NVMe1.4 AN4 1TB SSD进行了拆解，并对Nand存储芯片进行了芯片级拆解分析及显微拍照。

阿斯加特(Asgard)的SSD采用了紫光的3DNAND颗粒。根据不同的SSD产品，YMTC 128L 3D NAND闪存器件的封装标记是不同的，例如，YMN09TC1B1HC6C（日期代码：2021 9W）或POWEV PYT02TV4IA1-X4PWA（日期代码：2021 31W）。

图1 显示封装标记

图2 显示NAND芯片标记（CDT1B）

图3显示YMTC 512 Gb 128L Xtacking 2.0 3D TLC NAND芯片的CMOS芯片标记（CDT1A或CDT1B）。

作为参考，YMTC 64L Xtacking 1.0 TLC 芯片对于 NAND 芯片 (Y01-08 BCT1B) 和 CMOS 外围芯片 (Y01A08 BCT1B) 的芯片标记略有不同。

三星176L V-NAND和SK海力士176L 4D PUC NAND SSD尚未在商用市场上出现，这似乎很有意义。YMTC 512Gb 128L Xtacking 2.0 TLC 芯片尺寸为 60.42 平方毫米。位密度增加到 8.48 Gb/平方毫米，比 Xtacking 1.0 芯片 (256Gb) 高 92%。由于长江存储Xtacking混合键合技术使用两片晶圆来集成3D NAND器件，因此我们可以找到两个die，一个用于NAND阵列芯片，另一个用于CMOS外围芯片。

图 4. YMTC 128L Xtacking 2.0 NAND Die 平面图

图 5. YMTC 128L Xtacking 2.0 Peripheral CMOS Die Floorplan

图4 显示了长江存储128L Xtacking 2.0芯片的NAND芯片布局图，图5显示了CMOS外围芯片布局图。Xtacking 架构旨在让长江存储在最大化其内存阵列密度的同时获得超快 I/O，例如 SSD 的读取速度为 7500 MB/s，写入速度为 5500 MB/s。该芯片采用四平面设计，所有 CMOS 外围电路（例如页面缓冲器、列解码器、电荷泵、全局数据路径和电压发生器/选择器）都放置在 3D NAND 单元阵列芯片下方的逻辑芯片上。

YMTC 128L Xtacking 2.0单元结构由两个层板组成，通过层板接口缓冲层连接，与KIOXIA 112L BiCS 3D NAND结构的工艺相同。单元尺寸、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WL和BL间距）。门的总数为141（141T），包括选择器和用于TLC操作的虚拟WLs。

图6显示了YMTC三维NAND单元在WL方向的结构，以及32L（T-CAT，39T）、64L（Xtacking 1.0，73T）和128L（Xtacking 2.0，141T）的总门数注释。

上层有72个tungsten gates，而下层由69个门组成。包括BEOL Al、NAND裸片和外围逻辑芯片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，外围逻辑芯片中增加了两个铜金属层。通道VC孔的高度增加了一倍，为8.49微米。

Techinsghts 认为长江存储的128层工艺在容量、位密度和I/O速度方面实现了行业领先的新标准。

与三星（V-NAND）、美光（CTF CuA）和SK hynix（4D PUC）的现有128L 512Gb 3D TLC NAND产品相比，裸片尺寸更小，这使得它的比特密度最高。四板芯片平面图和两层阵列结构与美光和SK hynix相同，但每串选择器和虚拟WL的数量为13个，比美光和SK hynix 小（两者均为147T）。由于采用Xtacking混合键合方法，使用的金属层数远高于其他产品表2显示了128L 512Gb 3D TLC NAND产品的比较，包括刚刚发布的YMTC 128L Xtacking 2.0 3D NAND。

大卸八块！固态硬盘直接拆到芯片内部看究竟

在一般固态硬盘评测中，拆解出PCB，给主控、DRAM缓存、NAND闪存分别拍拍照就算完成了，而今天存储极客将探索更多，看完颗粒不过瘾，颗粒内部又是什么样子呢？

存储极客选择了一块东芝120G原厂固态硬盘进行拆解：四核心八通道主控、外置DRAM缓存、原厂闪存颗粒，各方面都是高规格的用料，很快它就要被破坏性拆解了！

为了方便打磨，存储极客选择了上图中右下角的闪存颗粒入手，打磨棒舞起来！几下下去闪存颗粒上的字迹就不见了。不同于某些固态硬盘将白片打磨后打上假原厂标，这次存储极客要做的是将真正原厂颗粒打磨到“零件级”，看看颗粒内部到底什么样！

很快颗粒表面的一层封装材料被打磨掉，露出了内部的金属引线。这颗东芝闪存使用的是TSOP封装，而另外一种BGA封装的结构与此又会有很大的不同。

在存储极客的持续摧残下，闪存颗粒开始支离破碎，引线层之下露出明亮的闪存芯片：薄薄的一片，这就是从晶圆中经过层层挑选的、品质最好的原厂闪存。闪存芯片之所以要封装成颗粒使用主要有3个方面原因：固定引脚系统、保护芯片、增强散热。

这颗编号为TC58TEG7THL的东芝15nm TLC闪存至此被拆解回芯片状态，它采用的是单Die封装，16K Page，单个Die的RAW容量最大18.96GB，拥有多达19%的出厂冗余容量，搭配原厂固件的纠错算法，令15nm TLC闪存可发挥出高达3000次擦写的写入寿命。

文章到这里并没有结束，存储极客还想再谈谈东芝的更高级封装技术——TSV硅通孔技术。上面拆解的闪存颗粒是最简单的情况：一个闪存颗粒内部只有一颗芯片。而为了达到更高容量和更高性能，应用叠Die方式可以在单个闪存颗粒中塞入多颗闪存芯片，并通过引线将其联系起来。

除了前边的引线之外，东芝研发出了针对闪存使用的TSV硅通孔芯片互联技术，可将单个闪存颗粒内的芯片堆叠个数提高到16个！闪存容量得以翻倍增长，同时性能也获得了提升。

随着3D制程的引入，每个闪存小芯片内部同样是立体堆叠的结构，双重堆叠的结果就是容量的提高与再提高。

如果辅以东芝率先宣布的3D QLC闪存类型，应用TSV技术16Die封装，单颗闪存颗粒容量可以做到1.5TB的新高度！在指甲盖大小上实现比机械硬盘更大的容量，已经不再是天方夜谭！而这一切都要感谢东芝在1984年发明闪存，并在过去30多年间持续引领闪存技术的不断发展。

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