国产存储器迎来新突破长江存储发布128层TLC/QLC闪存
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全球 3D NAND 技术竞争格局正式朝 100 层以上迈进。日前，美光宣布 128 层技术即将量产，国内长江存储也在今日宣布 128 层 QLC 3D NAND 研发成功，且已经在群联和联芸两家控制器厂的 SSD 上通过验证。长江存储市场与销售高级副总裁龚翊表示，作为闪存行业的新人，长江存储仅用了 3 年的时间就实现了从 32 层到 64 层，再直攻 128 层的技术跨越。
关于量产时程，128 层的产品预计是在 2020 年下半到 2021 年上半年，目标维持 2021 年单月 10 万片产能大量上市的目标不变。
长江存储重磅发布了两款128层3D NAND 产品，分别为：容量为1.33Tb的128层QLC 3D NAND闪存和容量为512Gb的128层TLC 3D NAND闪存，其中，128层QLC产品为目前业内发布的首款单颗Die容量达1.33Tb的NAND闪存，容量、性能均优于主要竞争对手，并且两款产品均已获得主流控制器厂商验证。
长江存储研发成功的128 层 QLC 3D NAND 闪存型号为 X2-6070，是业内首款 128 层 QLC 规格的 3D NAND 闪存。根据长江存储叙述，这颗 QLC 3D NAND 芯片是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，以及最高单颗 NAND 闪存芯片容量。
同时 128 层技术也有 512Gb TLC 规格的芯片，型号为 X2-9060，主要是满足不同应用场景的需求。
最关键的是，无论是 QLC 或是 TLC 芯片，长江存储宣告的研发成功，不单单是工程样品的面世，还通过两大控制器厂商群联与联芸的验证，且不是通过最简单的消费级 U盘认证，而是在 SSD 系统上。
由于长江存储跳过 96 层技术，直接从 64 层跳到 128 层，跨越幅度十分大，过程如何拿捏风险？
长江存储联席首席技术官汤强指出，从 64 层到 128 层的跨度确实比业界的其他公司都要大，风险肯定有，但对长江存储而言，有两个有利的条件，有助于风险降到最小。
首先是独特的 Xtacking 架构，将 CMOS 晶圆和存储阵列的晶圆分开优化、分开生产、分开研发，实际上就把一些别人可能会碰到的问题化解了，这就是 Xtacking 架构带来的优势之一。
另一个比较好的条件，是通用设备市场方面，当长江存储在进行 128 层研发的时候，设备市场已经相对相成熟了。
对于闪存行业而言，层数越多难度越大。根据长江存储的规划，该公司会根据技术储备和成熟度，先推出针对消费电子和手机的产品，随后进入服务器、数据中心市场。龚翊指出，容量越高对技术要求也越高，“一开始容量没有这么高的时候先从消费电子产品开始，因此我们第一代32层产品主要针对消费市场；64层产品可以大量应用于手机和PC产品，甚至一些中小容量的服务器固态硬盘；等到更高堆叠层数的3D NAND出来，就适用于大数据中心的固态硬盘。”
两大技术架构之争
在全球 3D NAND 技术市场上，另一个值得探讨的角度是传统浮栅Floating-Gate 与 Charge-Trap 之争。
目前主流的 3D NAND 大厂已从 Floating-Gate 转向 Charge-Trap 架构，最后一个转换架构的是英特尔和美光。
其中，美光从第四代的 3D NAND，也就是 128 层技术开始已经从 Floating-Gate 转为 Gate Replacement 技术，而 Gate Replacement 就是一种 Charge-Trap 设计架构。
针对这两种架构的发展路线，汤强分析，原来大家都选择 Floating-Gate 架构，是因为有更好的数据保持性，但后来实际上在产品实测当中，发现 Charge-Trap 也可以做到很好的数据保持性。
Charge-Trap 另一个优势是从供应的角度来说，享有更低成本。这也是为什么后来会吸引所有 3D NAND 大厂都从 Floating-Gate 转进 Charge-Trap 技术，而长江存储也是选择主流趋势的 Charge-Trap 架构作开发。
Xtacking2.0技术导入128层
另一个值得关注的技术是长江存储独特开发的 Xtacking 2.0。
Xtacking 2.0特点彰显在三个方面。首先，更高的 I/O 速度已在 128 层上实现了; 第二特点是可以实现定制化，因为 CMOS 晶圆和阵列晶圆是分开研发和制造的，因此可以把 CMOS 这个晶圆的设计，跟合作伙伴来进行定制化。
第三个特点，是利用 Xtacking 的架构能够在 CMOS 设备上能加入对系统更有利的扩展功能。
整体而言，长江存储独特的 Xtacking 架构进一步释放闪存潜能，第一代 Xtacking 架构已经用在 64 层 TLC 产品上，第二代 Xtacking 2.0 全面导入 128 层系列产品中。
再者，在 Xtacking 的技术上，目前长江存储已经有超过 200 项的专利积累，而且每年都会有大约 1000 项的专利申请。
Xtacking技术是闪存的一种创新架构，可实现在两片独立的晶圆上加工外围电路和存储单元，这样有利于选择更先进的逻辑工艺，从而让NAND能获取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。当两片晶圆各自完工后，Xtacking只需一个处理步骤即可通过数百万根垂直互联通道(VIA)将两片晶圆键合，合二为一。该技术架构在2018年美国FMS（闪存峰会）上获得大奖。
2019年9月，长江存储宣布，公司已开始量产64层256Gb TLC 3D NAND闪存，以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。
与3D NAND国际大厂并肩
回顾长江存储加入全球3 D NAND 竞争局势，是以 32 层技术切入，当时与主要竞争对手的技术落差高达 4 —— 5 年; 在 64 层技术问世后，与竞争对手间的差距缩短至2年。
龚翊指出，长江存储的 64 层密度其实相当于竞争对手的 96 层，因此彼此真正差距只有1年，而今天宣布研发成功128层，已经与业界主流在同一个水平线上，尤其这是业界第一颗 128 层 QLC 芯片。
龚翊进一步分析，这颗 128 层 QLC 的产品，在三个维度上做到了业界第一，包括面积最高密度、单颗最高容量达到 1.33Tb，以及业界最快速度 1.6G/s 的 I/O 。
汤强解释，QLC 产品较看重“读的性能”，同时“写的性能”也不能太弱，因此在布局上就增加了阵列读写的运行，可以有比较好的连续读写速度作为基础，通过进一步的优化，芯片能在 QLC 上能有更好表现，目前 I/O 速度到了 1.6Gb/S，是业界最好的。
汤强进一步指出，一般业界需要花上五年以上的时间，才能把 533M 做到现在的 1.6G，但长江存储的研发团队只用了两年就做到，是很值得骄傲的成绩。
长江存储指出，128 层 3D NAND 芯片上，包括 QLC 和 TLC 两颗产品在 I/O 读写均可在 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。
长江存储的 128 层 QLC 闪存芯片共有超过 3,665 亿个有效的 Charge-Trap 存储单元 ，每个存储单元可存储 4 bit 的数据，共提供 1.33Tb 的存储容量。
打个比方，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，容量是上一代 64 层单颗芯片的 5.33 倍。
龚翊表示，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。
调研机构 Forward Insights 创始人兼首席分析师 Gregory Wong 认为，QLC 形态的 NAND 更适合作为大容量存储介质，伴随主流消费类SSD 迈入 512GB 及以上，QLC SSD 未来市场增量将非常可观。
在企业级应用领域，QLC SSD 比传统 HDD 相比更具性能优势，可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。
上周，长江存储表示，此次疫情对研发进度短期会有所波及，目前长江存储已实现全员复工，各项进度正在抓紧追赶，中长期来看并不会影响总体进度，128层会按计划在2020年推出，目前已达到当前产能100%利用率。目前长江存储有一座12英寸晶圆厂，规划满产的产能为10万片/月，今年年底前产能在5万片/月以上，预计2021年完成10万片/月的目标。
疫情影响NAND产品买气
长江存储位处的武汉才在 4 月 8 日这一天解禁封城，公司也宣布全员复工且产能利用率达到1 00%，但因为疫情仍在全球蔓延，对于后续市场买气和需求是否会产生影响？
龚翊指出，过去几个月市场需求相当低迷，初期是国内的消费市场受疫情影响，现在而是海外市场的需求受阻。
对长江存储而言，目前 12 寸晶圆厂的 64 层芯片产能还是属于爬升期，公司处于 64 层 eMMC、UFS、SSD 产品最后的研发阶段，真正大量产出是下半年，届时需求回暖，产品问世可以赶上时程。
对于两款产品测试结果，长江存储也表示，将装有长江存储QLC 3D NAND的SATA固态硬盘作为系统盘装进win 10系统进行开机测试，开机速度做到了12-15s，这在工程样品阶段是不错的成绩。
长江存储128层NAND闪存将于最晚明年上半年开始量产，未来将在满产时配合10万片月产能，将在平衡全球供应上发挥关键作用。
