业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存有哪些特点？

2020年4月13日，长江存储科技有限责任公司（以下简称“长江存储”）宣布其128层QLC 3D NAND 闪存（型号：X2-6070）研发成功，并已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。

长江存储X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

据介绍，长江存储X2-6070是业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存，拥有业内已知型号产品中最高单位面积存储密度，最高I/O传输速度和最高单颗NAND 闪存芯片容量。

此次同时发布的还有128层512Gb TLC（3 bit/cell）规格闪存芯片（型号：X2-9060），单颗容量512Gb（64GB），以满足不同应用场景的需求。

长江存储市场与销售高级副总裁龚翊（Grace）表示：“作为闪存行业的新人，长江存储用短短3年时间实现了从32层到64层再到128层的跨越。这既是数千长存人汗水的凝聚，也是全球产业链上下游通力协作的成果。随着Xtacking？ 2.0时代的到来，长江存储有决心，有实力，有能力开创一个崭新的商业生态，让我们的合作伙伴可以充分发挥他们自身优势，达到互利共赢。”

Xtacking 2.0加持，性能再度提升

作为存储行业的新入局者，早在2018年，长江存储就推出了自研的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以及减少上市周期。

据介绍，Xtacking是可以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。

在I/O速度方面，目前NAND闪存主要有两种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，目前ONFi 4.1标准的I/O接口速度最大为1.2Gbps。第二种标准是三星/东芝主推的ToggleDDR，I/O速度最高1.4Gbps。

不过，大多数NAND厂商只能提供1.0 Gbps或更低的I/O速度。而长江存储的Xtacking技术可以将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。

另外，Xtacking技术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。

得益于Xtacking架构对3D NAND控制电路和存储单元的优化，长江存储64层TLC产品在存储密度、I/O性能及可靠性上都有不俗表现，去年上市之后广受好评。

而在长江存储此次发布的128层系列产品中，已全面升级到Xtacking 2.0，进一步提升NAND吞吐速率、提升系统级存储的综合性能，进一步释放3D NAND闪存潜能。

首先，在I/O读写性能方面，此次发布的X2-6070及X2-9060均可在1.2V Vccq电压下实现1.6Gbps（Gigabits/s 千兆位/秒）的数据传输速率，为当前业界最高。

其次，在单die容量方面，3D QLC单颗容量高达1.33Tb，是上一代64层的5.33倍。

另外，由于外围电路和存储单元分别采用独立的制造工艺，CMOS电路可选用更先进的制程，同时在芯片面积没有增加的前提下Xtacking 2.0还为3D NAND带来更佳的扩展性。

长江存储表示，通过对技术创新的持续投入，已成功研发128层两款产品，并确立了在存储行业的技术创新领导力。凭借1.6Gb/s高速读写性能和1.33Tb高容量，长江存储通过X2-6070再次向业界证明了Xtacking架构的前瞻性和成熟度，为今后3D NAND行业发展探索出一条切实可行的路径。未来，长江存储将与合作伙伴携手，构建定制化NAND商业生态，共同推动产业繁荣发展。

龚翊（Grace）强调：“我们相信，长江存储128层系列产品将会为合作伙伴带来更大的价值，具有广阔的市场应用前景。其中，128层QLC 版本将率先应用于消费级SSD，并逐步进入企业级服务器、数据中心等领域，以满足未来5G、AI时代多元化数据存储需求。”

最快今年年底量产

今年1月16日，长江存储召开市场合作伙伴年会，在会上，长江存储就曾宣布将跳过96层堆叠闪存技术，直接投入128层闪存的研发和量产工作。

随后在上周，长江存储CEO杨士宁在接受采访时最新表示，受新冠疫情影响，128层闪存的研发进度在短期确实会有所波及，但长江存储已实现全员复工，各项进度正在抓紧追赶，从中长期来看，这次疫情并不会影响总体进度。

杨士宁还特别强调，128层闪存技术会按计划在2020年推出。也就是说此次发布的的128层QLC 3D NAND有望年底量产。

龚翊今天在接受媒体采访时也表示：“长江存储128层产品的量产时间大约是在今年年底到明年上半年，公司会根据量产进程的展开逐步提升良率。”

虽然在最初32层3D NAND量产时，长江存储的产品与国际大厂相比落后了4-5年，但是随着去年64层3D NAND的量产，差距已经进一步缩小到了2年左右，并且得益于自研的Xtacking技术，使得长江存储的64层产品的密度进一步提升，接近于国际厂商96层产品的水平。

而现在，由于直接跳过了96层，这也使得长江存储的128层产品已经与国际厂商开始处于同一水平线上。并且，这次全球首发的128层QLC 3D NAND产品，还领先于业界主要对手。

”长江存储联席首席技术官汤强也表示：“我们在短期内就能把128层的TLC和QLC验证成功，证明我们和合作伙伴已经具备国际领先的研发实力。”

资料显示，三星于2019年6月推出128层TLC 3D NAND，存储容量256Gb，8月实现量产，11月将存储容量提高到单颗芯片512Gb水平。SK海力士2019年6月发布128层TLC 3D NAND，预计2020年进入投产阶段。美光2019年10月宣布128层3D NAND流片出样。铠侠今年1月31日发布112层TLC 3D NAND，量产时间预计将在2020 年下半年。

可以看出，国际存储厂商发布与量产128层3D NAND量产的时间基本落在2019-2020年，但是在QLC、I/O速度等方面，长江存储确实走在了国际厂商的前面。

QLC将成赢利点

QLC是继TLC（3 bit/cell）后3D NAND新的技术形态，具有大容量、高密度等特点，适合于读取密集型应用。每颗X2-6070 QLC闪存芯片拥有128层三维堆栈，共有超过3，665亿个有效的电荷俘获型（Charge-Trap）存储单元 ，每个存储单元可存储4字位（bit）的数据，共提供1.33Tb的存储容量。

如果将记录数据的0或1比喻成数字世界的小“人”，一颗长江存储128层QLC芯片相当于提供3，665亿个房间，每个房间住4“人”，共可容纳约14，660亿“人”居住，是上一代64层单颗芯片容量的5.33倍。

虽然QLC在写入性能和擦写次数方面与TLC相比确实有一定差距，但是可以通过技术手段在一定程度上进行弥补和优化，同时，QLC所带来的存储密度和成本优势更加的突出的。

据长江存储介绍，其对QLC的性能上进行了改善，特别是在读取能力方面，读取速度更快，延迟时间更短。目前的在线应用如在线会议、在线视频、在线教育等，更多表现为对存储器读取能力的需求上，一次性写入之后更多是从数据库进行数据的读取，而非频繁写入。因此，在这方面QLC存储器是有其应用优势的。

此外，在成本方面，QLC产品会与同世代TLC也会进一步拉开距离，价格优势将会表现出来。

闪存和SSD领域知名市场研究公司Forward Insights创始人兼首席分析师Gregory Wong认为：“QLC降低了NAND闪存单位字节（Byte）的成本，更适合作为大容量存储介质。随着主流消费类SSD容量迈入512GB及以上，QLC SSD未来市场增量将非常可观。”

Gregory同时表示：“与传统HDD相比，QLC SSD更具性能优势。在企业级领域， QLC SSD将为服务器和数据中心带来更低的读延迟，使其更适用于AI计算，机器学习，实时分析和大数据中的读取密集型应用。在消费类领域，QLC将率先在大容量U盘，闪存卡和SSD中普及。”

龚翊也指出：“我们认为128层相对原来的64层和32层的产品，更具成本竞争力，我们也很期待产品发布以后，会有更好的市场表现。而且我们有信心在128层这代产品上可以实现盈利。”
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