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。

国产存储器破局国际垄断

长期被国际巨头垄断的存储器市场终于迎来了中国玩家。

在面对和长江存储一起经历国产NAND FLASH从无到有的八家主要合作伙伴时，长江存储CEO杨士宁(Simon)说道：“存储不是一个好做的行业，我可以很负责任跟大家说，比我在英特尔做CPU还要难。”

而长江存储董事长、紫光集团董事长兼CEO赵伟国在现场也坦言，从2016年7月成立到现在三年多，长江存储这一“中国半导体有史以来最大的项目”，经历了从32层到64层研发，过程非常不容易，“回想这三年多，真的是有一种雄关漫道真如铁的感觉。”

与此同时，经历了一年多大萧条的存储器市场逐渐回暖，长江存储这一国产存储器厂商将迎来发展良机。

“超出预期”

存储器约占全球半导体产值的三分之一，市场高度集中。市场调研机构集邦咨询半导体研究中心(DRAMeXchange)信息显示，2019年第三季度，三星、铠侠、西部数据、美光、英特尔和SK海力士六家占据了全球99.3%的NAND Flash市场份额。赵伟国称其是一个“非常血性的行业，非常惨烈”。

不过，被客户评价“踏实、不虚浮”的杨士宁对自己的产品较为自信，“这是我们第一次全线推出Xtacking技术，我们在64层这一代存储密度达到了全球最优，和竞争对手96层的产品差距在10%之内。所以只要我们有规模，64层的产品还是可以有毛利的，现在主要的瓶颈在规模上。”

Xtacking是闪存的一种创新架构，可实现在两片独立的晶圆上加工外围电路和存储单元，这样有利于选择更先进的逻辑工艺，从而让NAND能获取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。当两片晶圆各自完工后，Xtacking只需一个处理步骤即可通过数百万根垂直互联通道(VIA)将两片晶圆键合，合二为一。该技术架构在2018年美国FMS（闪存峰会）上获得大奖。

2019年9月，长江存储宣布，公司已开始量产64层256Gb TLC 3D NAND闪存，以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。目前，这一产品在市场上反馈良好。

群联电子已将长江存储第一代32层闪存导入其国内所有的产品，包括机顶盒、智能音箱、数码电视等已经在积极出货，“证明产品没有问题，往后到第二代64层产品，我特别惊讶，因为看到问题比其他日系、韩系、美系企业的少，这些企业从第一代到第二代一直会有重复的问题出现。”群联电子董事长兼CEO潘健成指出。

对于产品质量和定位，杨士宁强调：“我们守住了产品质量的底线，大家现在知道长江存储出去的东西，不是最低端的、在地摊上卖，我们至少要达到企业级规格。”

除了技术，生态是制约国产芯片发展的重要因素。电子产品只有进入应用不断迭代才能不断提高。国产存储器要壮大自然也离不开市场和生态。群联长期专注于闪存主控的开发与存储方案的整合，透过群联自有技术与IP，整合长江存储的3D NAND闪存，协助扩大市场的应用与普及率。

潘健成谈到，长江存储与群联不仅是NAND原厂与主控厂的关系，更是技术、产品、应用及市场等全方位的长期伙伴关系。“我们从第一天就一起共同开发，开发完之后产出东西就买走，前期可能有一些瑕疵，我们用自己的主控修好，应用到所有不同的商品去，这是业务角度；我们运用我们的能力，跟一群伙伴把闪存放射到所有系统应用去，这就是生态。”他笑称，这三年公司对长存倾注所有资源，“光飞武汉的班次不知道飞了多少次。”

中国闪存市场指出，在2020年其他原厂缩减渠道供应时，长江存储若选择切入渠道市场、补充供给，十分合理，也可以更好平衡全球闪存市场供应格局。蔡华波告诉记者，引入长江存储这一新竞争者可以提高与其他供应商的议价能力，保留竞争。

同时，国内供应商可以提高本土供应的时效性，后续的支持力度也会优于海外厂商。“因为市场在中国，为了缩短供应链都放在国内生产，成本就降低了。现在国内供应链包括封装成长都很快，所以可以在国内生产，国内销售。”江波龙电子董事长蔡华波指出。

市场回暖

自2016年以来的存储器价格持续上涨曾让三星打败英特尔，成为全球最大的半导体厂商。到了2018年9月，存储器开始走下坡路。

不过，在2019年第三季度跌至低谷后，存储器市场又开始回暖。市场调研机构IC Insights 称，2020年IC市场回暖，NAND FLASH2020年以19%的增长率领涨。

集邦资讯称，2020年第一季NAND Flash价格持续上涨。基于淡季需求表现不淡，供给增长保守以及供应商库存已下降，各类产品合约价在2020年第一季均可望持续上涨。

潘健成告诉记者，目前NAND FLASH供应非常紧缺，“我创业十年以来第一次看到这么紧。因为5G元年来了，游戏机跑出来了，容量翻倍。2017、2018年（闪存）不赚钱、赔钱，（厂商）扩产动作放慢了，将造成2020年整年紧张。可能2021年上半年稍微弱一点，下半年又会好起来。”

随着5G、AI、智能生活、智慧城市带来的个人消费电子和大规模数据中心的快速发展，市场对3D NAND闪存的需求将越发白热化。

蔡华波认为，长江存储进入市场的时机非常好。“过去两年市场很惨痛。在市场低价时，长江存储可以静下来做研发，等市场需求起来时产能也在爬坡，对长江存储是好事。”

不过，正如杨士宁提到的，长江存储正面临产能爬坡的挑战。

根据长江存储市场与销售资深副总裁龚翊介绍，目前长江存储有一座12英寸晶圆厂，规划满产的产能为10万片/月，预计2020年底前产能将达5万~10万片/月，后续将根据市场情况进一步扩大。据第一财经了解，目前产能约为2万片/月。

据报道，长江存储副董事长杨道虹日前表示，将尽早达成64层3D闪存产品月产能10万片，并按期建成30万片/月产能。

龚翊披露，按计划今年年底前集成长江存储3D NAND闪存的产品将逐步面市。首先是针对电子消费产品和手机的市场，随后将会针对PC和服务器提供SSD产品。其中，在固态闪存市场将会根据客户需求，先后推出面向PC、服务器以及大数据中心的产品。

长江存储未披露目前的良率，不过杨士宁确认，下一代产品规划将跳过96层，直接进入128层3D NAND闪存研发。虽然完成了万里长征第一步，但长江存储的担子依旧不轻。2020年，三星、SK海力士、美光、铠侠、西部数据等国际主流厂商将全面进入128层3D NAND，长江存储仍需奋力追赶。

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