232层堆叠？长江存储第四代3D闪存揭秘

数码芝华士 · 发表于 2022-8-4 01:05:22

8月2日，国产闪存制造商长江存储在2022年闪存峰会（FMS）上宣布，正式推出了基于晶栈?3.0（Xtacking?3.0）技术的第四代TLC三维闪存X3-9070。消息显示，该3D NAND闪存堆叠层数或已达到了业界领先的232层。

长江存储第四代TLC三维闪存X3-9070

据介绍，X3-9070与上一代产品相比，拥有更高的存储密度，更快的I/O速度，并采用6-plane设计，性能提升的同时功耗更低，进一步释放系统级产品潜能。

具体来说，X3-9070具有以下技术特点：

性能：

X3-9070实现了高达2400MT/s的I/O传输速率，符合ONFI 5.0规范；相较于长江存储上一代产品实现了50%的性能提升；

密度：

得益于晶栈3.0的架构创新，X3-9070成为了长江存储历史上密度最高的闪存颗粒产品，能够在更小的单颗芯片中实现1Tb的存储容量；

提升系统级产品体验：

得益于创新的 6-plane设计（这意味着可以允许die可以进行更多的并行处理，可以带来更出色的随机读取吞吐量），X3-9070相比传统4-plane，性能提升50%以上，同时功耗降低25%，能效比显著提升，可为终端用户带来更具吸引力的总体拥有成本（TCO）。

另据长江存储介绍，X3-9070凭借出色的性能、更佳的耐用性以及高质量可靠性，通过了美国电子器件工程联合委员会（JEDEC）定义的多项测试标准。

虽然长江存储并未公开X3-9070具体的堆叠层数，但是根据供应链的消息显示，其堆叠层数已经达到了业界领先的232层。

值得注意的是，今年7月底，美光才刚刚正式宣布量产业界首个232层堆叠的3D NAND芯片，这也是当时全球首个量产的超过200层的3D NAND闪存芯片，并且也是全球首款六平面(6-Plane) 设计的3D NAND闪存芯片。

时隔仅数天的时间，长江存储也顺利推出232层堆叠的X3-9070，就成功追上业界顶尖水平，确实是非常厉害。

那么，为何成立于2016年的长江存储，仅用了6年时间就追赶上了全球领先的技术水平？长江存储原创的Xtacking技术功可谓是不可没！

资料显示，长江存储的Xtacking技术，是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，而存储单元则是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。

根据长江存储此前公布的数据显示，在传统3D NAND架构中，外围电路约占芯片面积的20~30%，这也使得芯片的存储密度大幅降低。

随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围电路所占据的芯片面积或将达到50%以上，Xtacking技术则可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。

此外，在I/O速度方面，目前NAND闪存主要是Intel/索尼/SK海力士/群联/西数/美光主推的ONFi。最新的2021年公布的ONFI 5.0标准的I/O接口速度最大为2.4Gbps。

而长江存储2019年量产的Xtacking 1.0技术就已经将I/O接口的速度大幅提升到3Gbps，实现与DRAM DDR4的I/O速度相当。

长江存储表示，Xtacking技术不仅提高了I/O接口速度，而且还保证了3D NAND多层堆叠可达到更高容量，还可使得产品开发时间缩短三个月，生产周期可缩短20%，从而大幅缩短3D NAND产品的从开发到上市周期。

根据Tech Insights在去年10月拆解和测试长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC芯片的分析报告显示，该芯片的die尺寸为60.42mm2，单位密度增加到了8.48 Gb/mm2，比上一代的256Gb 64层的Xtacking 1.0 die 高出了92% 。读取速度达到了7500 MB/s，写入速度也高达5500 MB/s。

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△长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的CMOS外围电路die平面图

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△长江存储三代3D NAND的比较：Gen1（32L）、Gen2（64L，Xtacking 1.0）和Gen3（128L，Xtacking 2.0）。

如今，长江存储的Xtacking技术已经进一步进化到了Xtacking 3.0，相比Xtacking 2.0自然也就带来了更大的提升。