今日，國產(chǎn)閃存供應(yīng)商在2022年閃存峰會(huì)（FMS）上宣布，公司正式推出了基于晶棧?3.0（Xtacking?3.0）技術(shù)的第四代TLC三維閃存X3-9070。據(jù)長江存儲(chǔ)介紹，與上一代產(chǎn)品，新的X3-9070擁有更高的存儲(chǔ)密度，更快的I/O速度，并采用6-plane設(shè)計(jì)。

首先在性能方面，據(jù)介紹，X3-9070實(shí)現(xiàn)高達(dá)2400MT/s的I/O傳輸速率，符合ONFI5.0規(guī)范，這相較于長江存儲(chǔ)上一代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了50%的性能提升；再看密度方面，得益于晶棧?3.0的架構(gòu)創(chuàng)新，X3-9070成為了長江存儲(chǔ)歷史上密度最高的閃存顆粒產(chǎn)品，能夠在更小的單顆芯片中實(shí)現(xiàn)1Tb的存儲(chǔ)容量；最后，得益于創(chuàng)新的 6-plane設(shè)計(jì)，X3-9070相比傳統(tǒng)4-plane，性能提升50%以上，同時(shí)功耗降低25%，能效比顯著提升，可為終端用戶帶來更具吸引力的總體擁有成本（TCO）。

按照長江存儲(chǔ)執(zhí)行副總裁陳軼所說，X3-9070閃存顆粒是長江存儲(chǔ)近年來在三維閃存領(lǐng)域的匠心之作，它擁有出色的性能表現(xiàn)和極高的存儲(chǔ)密度，能夠快速高效地應(yīng)用于主流商用場景之中。

“面對蓬勃發(fā)展的5G、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、人工智能等新技術(shù)帶來的全新需求和挑戰(zhàn)，長江存儲(chǔ)將始終以晶棧?為基點(diǎn)，不斷開發(fā)更多高品質(zhì)閃存產(chǎn)品，協(xié)同上下游存儲(chǔ)合作伙伴，用晶棧?為存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)賦能，踐行‘成為存儲(chǔ)技術(shù)的領(lǐng)先者，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心價(jià)值貢獻(xiàn)者’的使命和責(zé)任。”陳軼強(qiáng)調(diào)。

作為一家成立剛滿六年的公司，長江存儲(chǔ)的發(fā)展絕對稱得上“神速”，公司也在這短短幾年間，縮短了公司和國際領(lǐng)先巨頭的差距，這從長江存儲(chǔ)上述的介紹中可見端倪。

有關(guān)注半導(dǎo)體行業(yè)觀察最近文章的讀者應(yīng)該對6-plane設(shè)計(jì)、ONFI5.0規(guī)范和2400MT/s的I/O速度這些數(shù)字似曾相識(shí)，因?yàn)樵谏蟼€(gè)禮拜題為《閃存，正式進(jìn)入232層時(shí)代》的文章里，我們在介紹美光打造的全球首款232層NAND Flash的時(shí)候，就講到美光在其最新產(chǎn)品上采用了相關(guān)技術(shù)。

也正是在這些技術(shù)的支持下，讓長江存儲(chǔ)的產(chǎn)品獲得了不錯(cuò)的性能表現(xiàn)。

先看“6-plane設(shè)計(jì)”。在上文談到的“232層閃存”的文章中，我們有簡單披露了這個(gè)設(shè)計(jì)給閃存帶來的好處。但其實(shí)在美光和長江存儲(chǔ)跨入這個(gè)設(shè)計(jì)之前，行業(yè)的主流是使用“4-plane設(shè)計(jì)”。

按照anadtech報(bào)道，將 NAND 閃存die分為四個(gè)平面允許die并行處理更多操作，但不會(huì)使其表現(xiàn)得非常像四個(gè)獨(dú)立的die，這樣做也使其并行執(zhí)行的操作存在限制：例如，同時(shí)寫入仍然必須轉(zhuǎn)到每個(gè)平面（plane）內(nèi)的同一字線。但隨著閃存die中平面數(shù)量的增加，制造商一直在努力放松其中的一些限制。從幾年前開始，制造商已經(jīng)引入了獨(dú)立的multi-plane讀取，這意味著不同平面中的同時(shí)讀取對每個(gè)平面內(nèi)正在讀取的位置沒有任何限制——這是隨機(jī)讀取吞吐量的一大勝利。

anadtech的報(bào)道進(jìn)一步指出，現(xiàn)在，對multi-plane操作的另一個(gè)限制正在放寬：不同平面的讀取操作的時(shí)序不需要排隊(duì)。這使得一個(gè)平面可以從 SLC 頁面（ pages）執(zhí)行多個(gè)讀取，而另一個(gè)平面正在從 TLC 或 QLC 頁面執(zhí)行單個(gè)較慢的讀取。此功能稱為異步獨(dú)立（多）平面讀取（ Asynchronous Independent (Multi-)Plane Read）。

這樣做的實(shí)際效果是，對于讀取操作，一個(gè)大型 4 平面die現(xiàn)在可以匹配四個(gè)較小的 1 平面die的性能。這減輕了更高的每裸片容量給每個(gè)通道只有一個(gè)或兩個(gè)裸片的 SSD 帶來的許多性能劣勢。

從這個(gè)關(guān)于plane的介紹中我們可以看到，長江存儲(chǔ)這個(gè)增加plane的意義。

再看ONFI（Open NAND Flash Interface的縮寫）標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)了解，這是由英特爾，美光，海力士，臺(tái)灣群聯(lián)電子，SanDisk， 索尼，飛索半導(dǎo)體為首宣布統(tǒng)一制定的連接NAND閃存和控制芯片的接口標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)初制定ONFI標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是統(tǒng)一當(dāng)時(shí)混亂的閃存標(biāo)準(zhǔn)。ONFI 方面也表示，其存在是致力于通過標(biāo)準(zhǔn)化 NAND 閃存接口來解決主機(jī)系統(tǒng)必須適應(yīng)供應(yīng)商設(shè)備等問題，減少供應(yīng)商和代際不兼容并加速新 NAND 產(chǎn)品的采用，ONFI 5.0則是該標(biāo)準(zhǔn)的最新版本。

資料顯示，ONFI 5.0于 2021 年 5 月發(fā)布，能將 NV-DDR3 I/O 速度擴(kuò)展至 2400MT/s。引入了速度高達(dá) 2400MT/s 的新型 NV-LPDDR4 低功耗接口。使用 NV-LPDDR4 接口，則定義了可選的數(shù)據(jù)總線反轉(zhuǎn) (DBI) 功能。此外，新標(biāo)準(zhǔn)還添加了新的更小尺寸 BGA-178b、BGA-154b 和 BGA-146b 封裝規(guī)范。

通過上述介紹以及對比早前DigiTimes“傳長江存儲(chǔ)將跳過原定192層技術(shù)，直接挑戰(zhàn)232層NAND”的報(bào)道，我們可以初步認(rèn)為長江存儲(chǔ)的新一代閃存是232層的設(shè)計(jì)。從當(dāng)前的時(shí)間節(jié)點(diǎn)看來，長江存儲(chǔ)的這次發(fā)布僅落后于美光，成為全球第二家跨入200層的閃存企業(yè)，縮短了與國際巨頭的差距。

雖然取得了進(jìn)步，但是我們也必須承認(rèn)，我們和國際領(lǐng)先巨頭還存在明顯的差距。例如長江存儲(chǔ)在介紹中表示，公司可以再單顆芯片中實(shí)現(xiàn)1Tb的存儲(chǔ)容量。對比美光的描述，他們能夠在單顆芯片中實(shí)現(xiàn)2Tb的存儲(chǔ)容量。此外，按照長江存儲(chǔ)的說法，公司目前只是發(fā)布了產(chǎn)品，在筆者看來，這大概率是處于送樣階段。但按照美光的說法，他們已經(jīng)應(yīng)該量產(chǎn)了，這中間的差距也是顯而易見的。

在長江存儲(chǔ)的閃存技術(shù)“武器庫”中，晶棧Xtacking? 是他們當(dāng)之無愧的首要依仗。

據(jù)官方資料介紹，在晶棧Xtacking? 架構(gòu)推出前，市場上的3D NAND主要分為傳統(tǒng)并列式架構(gòu)和CuA（CMOS under Array）架構(gòu)。而長江存儲(chǔ)通過創(chuàng)新布局和縝密驗(yàn)證，經(jīng)過長達(dá)8年在3D IC領(lǐng)域的技術(shù)積累和3年的研發(fā)驗(yàn)證后，終于將晶圓鍵合這一關(guān)鍵技術(shù)在3D NAND閃存上得以實(shí)現(xiàn)。

長江存儲(chǔ)表示，晶棧Xtacking? 可實(shí)現(xiàn)在兩片獨(dú)立的晶圓上加工外圍電路和存儲(chǔ)單元，這樣有利于選擇更先進(jìn)的邏輯工藝，從而讓NAND獲取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。當(dāng)兩片晶圓各自完工后，創(chuàng)新的晶棧Xtacking? 技術(shù)只需一個(gè)處理步驟即可通過數(shù)十億根垂直互聯(lián)通道(VIA)將兩片晶圓鍵合，合二為一。值得一提的是，這樣的設(shè)計(jì)卻擁有了與同一片晶圓上加工無異的優(yōu)質(zhì)可靠性表現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)為未來3D NAND帶來更多的技術(shù)優(yōu)勢和無限的發(fā)展可能。

長江存儲(chǔ)進(jìn)一步指出，在傳統(tǒng)3D NAND架構(gòu)中，外圍電路約占芯片面積20~30%，但晶棧 Xtacking? 技術(shù)創(chuàng)新的將外圍電路置于存儲(chǔ)單元之上，從而實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)3D NAND更高的存儲(chǔ)密度，芯片面積可減少約25%。“晶棧Xtacking? 技術(shù)充分利用存儲(chǔ)單元和外圍電路的獨(dú)立加工優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了并行的、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造，產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間可縮短三個(gè)月，生產(chǎn)周期可縮短20%。此外，這種模塊化的方式也為引入NAND外圍電路的創(chuàng)新功能以實(shí)現(xiàn)NAND閃存的定制化提供了可能。”長江存儲(chǔ)方面強(qiáng)調(diào)。

按照長江存儲(chǔ)的說法，隨著層數(shù)的不斷增高，公司基于晶棧Xtacking? 所研發(fā)制造的3D NAND閃存將更具成本和創(chuàng)新優(yōu)勢。而自在長江存儲(chǔ)64層產(chǎn)品上首次亮相以來，Xtacking架構(gòu)迄今已經(jīng)進(jìn)行了三代更新。

記得在2018年推出第一代Xtacking?技術(shù)產(chǎn)品的時(shí)候，當(dāng)時(shí)大多數(shù)NAND供應(yīng)商僅能供應(yīng)1.0Gbps或更低的速度，但基于Xtacking?技術(shù)打造的閃存能有望將NAND的I/O速度提升到3.0Gbps，將其速度提高到主流速度的三倍。

2019年，長江存儲(chǔ)又宣布在公司的第三代3D NAND閃存中應(yīng)用Xtacking? 2.0架構(gòu)。

據(jù)知名分析機(jī)構(gòu)Tech Insights在2021年發(fā)布的拆解對比顯示，與使用 Xtacking? 1.0（4.42 Gb/mm2、256 Gb）制造的裸片相比，長江存儲(chǔ)在Xtacking? 2.0上實(shí)現(xiàn)了 92% 的位密度（8.48 Gb/mm2、512 Gb）提升，這表明長江存儲(chǔ)對該技術(shù)的路線圖制定了穩(wěn)健的未來計(jì)劃。Tech Insights進(jìn)一步指出，令人驚訝的是，長江存儲(chǔ)憑借其 TLC Xtacking 2.0 NAND 實(shí)現(xiàn)了比三星（6.91）、美光（7.76）和 Sk hynix（8.13）更高的密度水平（8.48）

到了Xtacking? 3.0時(shí)代，按照長江存儲(chǔ)的說法，公司該架構(gòu)的存儲(chǔ)密度又獲得了進(jìn)一步的提升，這也使X3-9070成為了長江存儲(chǔ)歷史上密度最高的閃存顆粒產(chǎn)品。

存儲(chǔ)巨頭在過去幾十年的推進(jìn)過程中，都分別都擁有了其獨(dú)當(dāng)一面的技術(shù)和核心競爭力和層數(shù)規(guī)劃。如下圖所示，SK海力士、三星和美光甚至都將3D閃存規(guī)劃到500層，甚至800層以后，在這種情況下，一個(gè)合理的架構(gòu)，就成為了閃存廠商持續(xù)推進(jìn)層數(shù)堆疊的底氣。

憑借著后發(fā)優(yōu)勢，長江存儲(chǔ)的Xtacking? 已經(jīng)在市場上獲得了高度認(rèn)可。但對于他們來說，未來的發(fā)展依然存在很多挑戰(zhàn)。

正如IEEE在其報(bào)道中所說，除了添加越來越多的層外，NAND 閃存制造商還通過將多個(gè)位（bits）封裝到單個(gè)設(shè)備中來提高存儲(chǔ)位的密度。例如美光芯片的每個(gè)存儲(chǔ)單元都能夠每個(gè)單元存儲(chǔ)三位。也就是說，存儲(chǔ)在每個(gè)單元中的電荷會(huì)產(chǎn)生足夠明顯的效果來辨別八種不同的狀態(tài)。

IEEE進(jìn)一步指出，雖然 3 位/單元產(chǎn)品（稱為 TLC）占大多數(shù)，但也有4 位產(chǎn)品（稱為 QLC）。今年早些時(shí)候，西部數(shù)據(jù)研究人員在IEEE 國際固態(tài)電路會(huì)議上展示的一款 QLC 芯片更是在 162 層芯片中實(shí)現(xiàn)了15 Gb/mm2的密度。鎧俠工程師上個(gè)月在IEEE VLSI技術(shù)和電路研討會(huì)上甚至還展示了一個(gè) 7 位單元，但它需要將芯片浸入 77 開爾文液氮中。

由此可見，對于長江存儲(chǔ)來說，長路漫漫。特別是在當(dāng)前地緣政治帶來的更多不確定性影響下，他們還需要投入更多以進(jìn)行求索。

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