中国打破闪存芯片技术瓶颈，成功攻克最先进的128层闪存

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芯片分为存储芯片和非存储芯片，其中存储芯片的种类很多，按用途可分为主存储芯片和辅助存储芯片。前者又称内存储芯片（内存），可以与CPU直接交换数据，速度快、容量小、价格高。后者为外存储芯片（外存），指除内存及缓存以外的储存芯片。此类储存芯片一般断电后仍然能保存数据，速度慢、容量大、价格低。

存储芯片中最为重要的要属DRAM（内存）和NAND flash（闪存），2018年，中国进口了3120亿美元的芯片（为中国进口金额最高的物品超过石油），其中存储芯片占集成电路进口金额的39%，达到1230.6亿美元。这1230.6亿美元的存储芯片中，高达97%的是DRAM和FLASH。如今闪存技术已经发展26年，被美日韩三国的三星、东芝、美光、海力士、英特尔五家企业垄断。

这些企业掌握了内存和闪存的定价权，随意操纵价格，2010年的时候，三星等企业非法操纵闪存价格更是遭遇欧美高价罚款。目前，主流的闪存技术是3D NADA，3D NAND是一种新兴的闪存类型，通过把存储单元堆叠在一起来解决2D或平面NAND闪存带来的限制。普通的NAND是平房，那么3D NAND就是高楼大厦，建筑面积一下子变多了，理论上来讲可以无限堆叠。

层数的增加也就意味着对工艺、材料的要求会提高。而且在堆叠层数增加的时候，存储堆栈的高度也在增大，然而每层的厚度却在缩小。每升级一次堆栈厚度都会变成原来的1.8倍，而层厚度会变成原来的0.86倍。在2016年前，中国在存储芯片市场为0，所以极易被国外卡脖子。这个时候，紫光集团成立了长江存储，来攻克闪存技术。

从2016年开始努力，到2017年11月，紫光集团花费了10亿美元，整整1000人的研发团队花费2年时间研发成功首款国产32层3D NAND存储芯片。这标志着中国存储芯片实现了0的起步。2019年5月，紫光成功研发了64层堆栈闪存芯片，与三星的96层堆栈只有1代的差距，要知道，2018年64层堆栈3D NAND闪存才大规模量产。

三星、东芝等闪存大厂按照产品规划，在2020年将量产128层堆栈闪存，紫光却跳过了96层的研发，直接攻关128层闪存。2020年4月13日，长江存储科技有限责任公司宣布其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，领先了三星等企业。

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。

根据Techinsihts的3D闪存路线图及厂商的资料，三星的110+层（有128、136不同水平的）3D闪存核心容量可以做到QLC 1Tb，美光的128层、SK海力士的128层、Intel的144层QLC闪存也是1Tb核心容量，东芝/西数的112层BiCS 5技术的闪存堆栈可以做到QLC 1.33Tb容量，是此前已知最高的。从容量上来说，长江存储的X2-6070 QLC闪存与东芝/西数同级，比其他家的要高出33%。

除了容量之外，还要看性能，IO速度上X2-6070是1600Mbps，而三星的128层闪存速度是1200Mbps，西数、东芝的也是1200Mbps，其他家的IO速度没有确切数据，估计也在1200Mbps左右。所以在IO性能上，长江存储的X2-6070闪存也是第一，这点比其他厂商是要领先的，从技术指标上来说，长江存储的X2-6070闪存是国产闪存首次进入第一梯队，而且同时在容量、密度及性能上领先，意义重大。

这也是中国首次在闪存规格上超过三星等内存大厂，标志着中国打破了美日韩在闪存市场上的定价权。自所以紫光在闪存规格上可以和其他闪存大厂处于同一梯队，是因为紫光还自研了Xtacking结构的3D NAND闪存技术，该技术将为3D NAND闪存带来前所未有的I/O高性能，更高的存储密度，以及更短的产品上市周期。

采用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。这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑工艺，以让NAND获取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。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，创新的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。

2019年，长江存储再次升级了Xtacking技术，发布了Xtacking2.0，将进一步提升进一步提升NAND吞吐速率、提升系统级存储的综合性能。当然了，虽然我们打破了美日韩在芯片市场的定价权，但是紫光还需要提高产能才能实现自给自足，紫光的量产64层堆栈3D闪存，容量256Gb，TLC芯片，到2020年底，产能每月也才6万片，与全球闪存芯片每月产能约为130万片晶圆相比，今年内国产闪存的产能占比不过3%而已。

三星、东芝、美光等公司今年在128层级别的3D闪存上，生产进度及产能上依然是领先的，目前，紫光要在2021年才能彻底赶上其他闪存大厂的产能，希望到时候国内企业可以支持我们自己研发的闪存芯片。另外，紫光目前也在攻关内存芯片，除了紫光，合肥长鑫也在攻关内存芯片，合肥长鑫为了减少美国制裁威胁，它们重新设计了DRAM芯片，以尽量减少对美国原产技术的使用。

随着紫光集团和合肥长鑫的双拳齐出，中国在也不需要在存储芯片领域看西方的眼色了。在半导体领域，中国会慢慢发展，从而构建属于我们的半导体生态。
（责任编辑：fqj）