短短3年时间内,长江存储实现了从32层到64层再到128层的跨越,最新推出的128层QLC 3D NAND闪存在实现三个业界之最的同时,也表明长江存储基本上已经和业界主流处于同一水平线上。

长江存储科技有限责任公司今天宣布其128层QLC 3D NAND闪存(型号:X2-6070)研发成功。同时发布的还有128层512Gb TLC(3 bit/cell)规格闪存芯片(型号:X2-9060),用以满足不同应用场景的需求。目前,包括TLC和QLC在内的第一批工程样片已经在群联和联芸SSD平台上通过验证,测试数据显示,预装Win 10操作系统的联芸QLC SSD系统盘在开机12-15秒后即进入桌面显示。

 

长江存储X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

三项业界之最

X2-9060存储阵列面积的利用效率超过90%(存储阵列面积/芯片总面积),阵列的读写速度(连续读写速度、随机读写速度)和可重复擦写次数,均面向消费级和企业级的主流市场设计。而QLC是继TLC(3bit/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。作为业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存,X2-6070拥有业内已知型号产品中的三项之最: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。 

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。打一个形象的比喻,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。

得益于全新升级的Xtacking2.0架构,X2-6070和X2-9060在1.2V Vccq电压下实现了1.6Gbps(Gigabits/s千兆位/秒)的数据传输速率,I/O读写性能更强。而将读写速度从533Mbps提升到1.6Gbps,长江存储只用了大约2年的时间,业界则通常需要5年以上。同时,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,允许加入对系统更有利的扩展功能,并在此基础上进行定制化设计。例如这次长存的研发人员就在CMOS芯片内部设计了一些额外功能模块,能够帮助存储数据系统提升数据管理的性能,从而实现与控制器系统之间更好的协同。

在发展3D NAND的过程中,相关厂商通常采用两种不同的存储技术:电荷俘获技术(CTF, Charge Trap Flash)和浮栅(FG, Floating Gate)技术。长江存储联席首席技术官汤强对《电子工程专辑》表示,从浮栅技术转向电荷俘获技术目前已经成为业界趋势,前者所拥有的数据保持性优势正在被逐步缩小。而且相比之下,电荷俘获技术的可制造性更好、成本更低,越来越多的公司转向CT技术就说明了这一点,长江存储也不例外。

由于QLC在数据读取的延迟时间方面相对HDD更有优势,所以那些读取比较多,写入比较少的应用将会成为QLC NAND重点关注的市场,例如在线会议、在线视频、在线教育,以及1T以上传统HDD硬盘等。根据长江存储市场与销售高级副总裁龚翊的估计,未来3-5年内,仅HDD市场的替代率就将达到10%。

步子会不会迈的有些大?

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。

龚翊在接受本刊专访时表示,32层NAND产品刚刚开始量产的时候,长存与世界主要竞争对手之间的差距还比较明显,大约落后4-5年;但到64层量产的时候,考虑到长存64层NAND密度其实相当于竞争对手的96层,所以彼此间真正的差距只有1年。而此次128层3D NAND产品的推出,不但表明长江存储基本上已经和业界主流处于同一水平线上,而且还在三个维度上做到了业界第一。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,让合作伙伴可以充分发挥自身优势,达到互利共赢。

“未来,公司并不会将市场只局限在中国,而会是全球闪存市场。因此在合作伙伴的选择上,无论来自国内还是海外,长存都秉持开放态度,甚至正在考虑进行Xtacking技术品牌的认证和授权,希望通过这种方式不断地扩大生态合作伙伴的范围。”龚翊强调。

“从64层到128层,这个跨度确实比较大,肯定是包含一定风险的。但两个有利的条件,能够帮助我们在实现跨越的时候将风险降到最低。”汤强说,一是Xtacking架构,能够对CMOS晶圆和存储阵列晶圆进行分开优化、分开生产、分开研发,随着存储密度的不断加大,能够很好的解决工艺复杂度和外围电路与存储单元之间的集成,最大程度的化解在堆叠过程中遇到的各种问题;二是上游工艺机台设备市场在长江存储进行128层研发的时候已经比较成熟了,设备的可用性更好。

Xtacking架构最初源自武汉新芯的CMOS图像传感器制造工艺,经过不断的技术积累,被创新性地应用在NAND Flash上,逐渐形成了难度很高的键合架构。为了抵御未来有可能发生的知识产权纠纷,提前构建好自己的“护城河”,目前长江存储已经有超过200项的专利积累,每年的专利申请数量有大约1000项,同时也愿意与其他厂商进行专利的交叉授权。

根据规划,长江存储128层NAND产品的量产时间将在今年年底到2021年上半年之间,随着产能和良率的逐步提升,预计2021年将实现10万片/月的产能。

汤强说出于保密原则,他暂时还不能公布下一代产品的相关信息。“在研发上,我们一直秉承开放进取的态度,并不断努力、加快步伐以缩短与行业领先者差距。我们会在综合考虑市场需求、竞争对手动向、工艺机台准备程度等多重因素后,随时进行调整。”

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