長江存儲3D NAND閃存堆棧結(jié)構(gòu)Xtacking，獲得了“最佳展示獎”

今年的智能手機存儲容量越來越大，6+128GB幾乎是主流配置了，但在存儲D芯片中國依然依賴進口，2017年國內(nèi)進口了價值897億美元的存儲芯片，而全球存儲芯片的產(chǎn)值也不過1300多億元?，F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有三大集團投入存儲芯片研發(fā)、生產(chǎn)中，其中紫光集團旗下的長江存儲公司目前主攻NAND閃存，在上周的FMS 2018國際閃存會議上，長江存儲CEO楊士寧也發(fā)表了主題演講，介紹了他們研發(fā)多年的3D NAND閃存堆棧結(jié)構(gòu)Xtacking，并獲得了“最佳展示獎”（Best of Show）。

圖：長江存儲的長江存儲Xtacking獲得了最佳展示獎

與國外的NAND閃存技術相比，國內(nèi)無疑是落后的，目前長江存儲展示的3D NAND閃存雖然還是32層堆棧的，明年才會量產(chǎn)64層堆棧的，而FMS上三星、美光、東芝等公司宣布今年推96層的3D NAND，但長江存儲研發(fā)的3D NAND閃存技術起點并不低，Xtacking展示的技術路線跟東芝、SK Hynix展示的路線相近，都在探討下一代3D NAND的堆棧結(jié)構(gòu)了。

日本PC Watch網(wǎng)站日前刊發(fā)了長江存儲CEO楊士寧博士在FMS會議上的演講，我們之前也做過簡單的報道，這次他們的介紹更加詳細，我們可以一窺長江存儲的3D NAND閃存現(xiàn)在到底進行到那一步了。

圖：楊士寧博士的演講題目

關于長江存儲，官網(wǎng)資料如下：

長江存儲科技有限責任公司（長江存儲）是一家集芯片設計、工藝研發(fā)、晶圓生產(chǎn)與測試、銷售服務于一體的半導體存儲器企業(yè)。長江存儲為全球客戶提供先進的存儲產(chǎn)品和解決方案，廣泛應用在移動通信，計算機，數(shù)據(jù)中心和消費電子等領域。

長江存儲由紫光集團，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金，湖北地方集成電路基金，湖北科投聯(lián)合投資240億美元，于2016年7月正式成立。長江存儲是紫光集團從“芯”到“云”生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈不可或缺的重要組成部分 。

秉承對存儲技術的專注和創(chuàng)新精神，長江存儲現(xiàn)已在武漢，北京，上海，硅谷均設有研發(fā)基地。長江存儲以武漢新芯現(xiàn)有的12英寸先進集成電路技術研發(fā)與生產(chǎn)制造能力為基礎，采取自主研發(fā)與國際合作雙輪驅(qū)動的方式，已于2017年研制成功了中國第一顆3D NAND閃存芯片，填補了國內(nèi)空白，并力爭成為世界一流的3D NAND閃存產(chǎn)品供應商。

2016年12月，以長江存儲為主體的國家存儲器基地正式開工建設，其中包括3座全球單座潔凈面積最大的3D NAND Flash FAB廠房、1座總部研發(fā)大樓和其他若干配套建筑，核心廠區(qū)占地面積約1717畝，預計項目建成后總產(chǎn)能將達到30萬片/月，2023年年產(chǎn)值達1000億人民幣。

圖：長江存儲有10多年的存儲芯片研發(fā)經(jīng)驗

長江存儲的前身是武漢新芯科技，他們是國內(nèi)主要的存儲芯片研發(fā)、生產(chǎn)公司，2006年就開始建設廠商，2008年首款晶圓流片，2010年推出了65nm工藝的NOR閃存，2012年推出了45nm工藝的NOR閃存，還生產(chǎn)BSI背照式CIS圖像傳感器。

2014年新芯科技開始研發(fā)NAND閃存，2015年完成了9層堆棧的NAND芯片驗證，2016年推出了32層堆棧的測試芯片，2017年開始32層堆棧3D NAND的驗證，今年完成了32層堆棧64Gb核心容量的3D NAND閃存的ES樣品測試，下一步就是64層堆棧3D NAND閃存了，這個計劃明年量產(chǎn)。

研發(fā)3D NAND的過程中，長江存儲投入了10億美元資金及1000多名工程師，累積了500多項IP產(chǎn)權(quán)。

圖：長江存儲的廠房建設

這兩年中除了技術研發(fā)，長江存儲主要的精力還是投資240億美元建設最大的3D NAND生產(chǎn)車間，截至今年7月份廠房的建設工作基本完畢了，今年底開始量產(chǎn)。

在這次的FMS會議上，長江存儲展示了名為Xtacking的3D NAND堆棧結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)閃存它至少具備三大優(yōu)勢。首先是極高的I/O速度，之前長江存儲的官方新聞就提到了Xtacking堆棧的I/O速度堪比DDR4內(nèi)存，具體來說就是Xtacking的I/O速度可達3Gbps，這個性能確實能達到DDR4內(nèi)存的水平，而目前的Toggle/oNFI接口閃存I/O接口速度普遍在1Gbps左右，不超過1.4Gbps。

原文沒提到的是，長江存儲強調(diào)他們的Xtacking堆?？梢宰龅?Gbps的接口速度，但是實際使用多高頻率的速度要看市場需求及客戶要求，而明年的64層3D NAND閃存會用Xtacking技術做下上兩層，獨立開發(fā)和粘合，也就是說明年的64層閃存會應用部分Xtacking結(jié)構(gòu)。

長江存儲Xtacking堆棧技術的第二個優(yōu)點是可以減少芯片面積，看上圖所示，傳統(tǒng)64層堆棧3D NAND閃存的外圍芯片跟NAND Cell單元是比列的，這會占用額外的芯片面積，Xtacking結(jié)構(gòu)將外圍芯片變成了垂直排列，減少了面積占用。

根據(jù)長江存儲所說，傳統(tǒng)3D NAND閃存中，外圍芯片占用的面積約為30-40%，隨著堆棧層數(shù)提升到128層或者更高，外圍芯片占據(jù)的面積比例可能達到50%以上，而Xtacking結(jié)構(gòu)閃存可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)NAND閃存更高的密度。

Xtacking結(jié)構(gòu)閃存第三個優(yōu)點是開發(fā)衍生品更容易，官方所說的是Xtacking實現(xiàn)了并行的、模塊化的產(chǎn)品設計及制造，產(chǎn)品開發(fā)時間可縮短三個月，生產(chǎn)周期可縮短20%，從而大幅縮短3D NAND產(chǎn)品的上市時間。此外，這種模塊化的方式也為引入NAND外圍電路的創(chuàng)新功能以實現(xiàn)NAND閃存的定制化提供了可能。

圖：長江存儲Xtacking結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡剖面圖

原文最后一點提到了長江存儲Xtacking閃存的產(chǎn)能及可靠性，隨著時間的推移，SLC類型的良率會不斷提升。此外，在P/E壽命方面，長江存儲演示的MLC類型的閃存，P/E次數(shù)超過了3000次。