我國3D NAND閃存邁入國際先進行列

陳炳欣

4月13日，長江存儲正式發布兩款128層3D NAND閃存。其中，型號X2-6070產品作為業內首款128層QLC（每個存儲單元可存儲4bit數據），可提供1.33Tb的單顆存儲容量，具有當前全球已知型號產品中最高存儲密度、最高Il。傳輸速度和最高單顆NAND閃存芯片容量;另一款型號為X2-9060的128層TLC（每個存儲單元可存儲3bir數據），亦擁有512Gb存儲容量，存儲陣列面積利用效率超過90%（存儲陣列面積/芯片總面積），I/O傳輸速度實現16Gb/s高性能。

長江存儲市場與銷售高級副總裁龔翊在接受《中國電子報》記者采訪時指出，此次產品發布表明，長江存儲在3D NAND閃存領域已經基本追平國際先進水平，在某些領域甚至有所領先。

量產基本與國際廠商保持同步

2013年全球首款24層MLC（每個存儲單元可存儲2bit數據）投產，NAND閃存進人3D時代，依靠die堆疊可以使每顆芯片的儲存容量顯著增加，而不必增加芯片面積或者縮小單元，同時實現更大的結構和單元間隙，有利于增加產品的耐用性，以及降低成本。因為相對直觀，在一般消費者眼中，3D堆疊的層數在一定意義上也代表著3D NAND產品的技術先進性。

根據國際幾家存儲龍頭大廠的技術路線圖，三星于2019年6月推出128層TLC 3D NAND，存儲容量256Gb，8月實現量產，11月將存儲容量提高到單顆芯片512Gb水平。SK海力士2019年6月發布128層TLC 3D NAND，預計2020年進入投產階段。美光2019年10月宣布128層3D NAND流片出樣。鎧俠今年1月31日發布112層TLC 3D NAND，量產時間預計將在2020年下半年。

可以看出，國際存儲廠商發布與量產128層3D NAND量產的時間基本落在2019-2020年。長江存儲自2016年投資建廠后，于2018年投產32層3D NAND閃存，2019年9月開始生產基于Xtacking架構的64層3D NAND閃存，現在再次發布128屢3D NAND閃存，基本與國際廠商保持了同步。在QLC、I/O速度等方面甚至走在了國際廠商的前面。

對此，龔翊表示：“32層開始量產的時候，長江存儲與國際主要廠商之間還是存在一定的差距，大概落后了4-5年。64層產品推出時差距已經縮小到2年，而且因為我們的64層產品密度更高，接近于96層產品的水平，所以真正的差距只有1年。隨著此次128層產品的發布，基本上已經和業界主流廠商站在同一個水平線上。128層QLC3D NAND作為全球首發的產品，應該說還領先于業界主要對手。”長江存儲聯席首席技術官湯強也表示：“我們在短期內就能把128層的TLC和QLC驗證成功，證明我們和合作伙伴已經具備國際領先的研發實力。”

在談到量產計劃時，龔翊表示：“128層產品的量產時間大約是在今年年底到明年上半年，公司會根據量產進程的展開逐步提升良率。”此前披露的信息是，長江存儲目前擁有一座12英寸晶圓廠，規劃滿載產能為10萬片/月，業內預計2020年年底之前達到5萬片/月，后續將會根據市場情況進一步擴大。因此，本次發布的128層產品大量的上市時間預計將在2021年。

由于此次長江存儲跳過了96層，直接進行128層的研發生產。未來長江存儲是否還將跳過下一代產品比如144層，直接挑戰2xx級別？湯強表示，目前還不便透露下一代產品的規劃，要依據市場情況而定，進行策略上的調整。但是湯強也表示：“在研發上，我們一直秉承開放進取的態度，并不斷努力，加快步伐以縮短與行業領先者的差距。”

逐步確立在存儲行業的技術創新力

長江存儲此次發布的128層3D NAND閃存性能表現也十分亮眼。據悉，這兩款產品的工程樣品已經面世，井分別在國內、國際兩家控制器大廠聯蕓和群聯中進行了產品驗證，其中QLC產品在SSD系統盤上進行測試驗證，做到了開機速度12秒-15秒。這是一個非常好的成績。

之所以能夠取得這樣的成績，與Xtacking架構對3D NAND控制電路和存儲單元的優化組合密不可分，2019年長江存儲推出64層TLC產品，在存儲密度、I/O性能及可靠性上就有著不俗的表現，上市之后廣受好評。當時，聯蕓科技副總經理李國陽在接受記者采訪時便表示：“經過大規模持續壓力測試，長江存儲64層3DNAND閃存可靠性、穩定性、性能均可與國際同類產品相媲美，證明了其技術水平及產品成熟度，完全達到國際主流NAND廠商水平。”

相比傳統3D NAND閃存架構，Xtacking可帶來更快的I/O傳輸速度、更高的存儲密度和更短的產品上市周期。此次128層系列產品中采用的Xtacking已升級到2.0版本，進一步釋放了3D NAND閃存的潛能。

湯強表示：“在這兩款芯片中，我們充分利用了Xracking帶來的優勢。在I/O讀寫性能方面，X2-6070與X2-9060均可以在12V VCCQ電壓下實現1.6Gbps的數據傳輸速度，為當前業界最高。由于外圍電路和存儲單元采用獨立的制造工藝，CMOS電路可選用更先進的制程，在芯片面積沒有增加的前提下，為3D NAND帶來更佳的擴展性。我們還在這款芯片的CMOS電路內部設計了一些額外功能模塊，能夠幫助存儲數據系統提升數據管理的性能，這樣就可以跟控制器系統之間實現更好的協同。”

長江存儲通過對技術創新研發的持續投入，已逐步確立了在存儲行業的技術創新領導力，此次通過128層QLC產品，再次向業界證明了Xtacking架構的前瞻性和成熟度，為今后3D NAND行業發展探索出了一條切實可行的路徑。

有信心在128層這代產品上實現盈利

根據長江存儲的市場規劃，新推出的兩款產品將率先應用在消費級SSD固態硬盤上，并逐步進入企業級服務器、數據中心數據存儲市場，滿足SG、AI時代多元化數據存儲需求。

“從全球的半導體市場結構來看，計算機領域的市場份額占全球市場的1/3左右，消耗了全球45%左右的存儲器。”賽迪顧問分析師呂艽浩表示。2020年，SG等先進技術將首次應用于數據中心，而機器學習及其他AI技術的應用也將創造新的學習和工作方式。這意味著，數據中心供應商將有更多的機會發展和增強其現有業務。長江存儲的產品面向消費級市場、企業級服務器以及數據中心正是抓住了最大以及最具增長潛力的市場空間。

龔翊指出：“我們認為128層相對原來的64層和32層的產品，更具成本競爭力，我們也很期待產品發布以后，會有更好的市場表現，而且我們有信心在128層這代產品上實現盈利。”

在談到市場是否會對OLC產品有所疑慮，未來或將面臨推廣阻力時，龔翊表示，隨著市場需求的多元化，不同的產品將面對不同的市場需求。QLC剛剛推出時，它的性能特別是在寫入性能和擦寫次數方面與TLC相比確有一定差距。

另外，當時3D NAND的堆疊層數還沒有現在這么高，基本為64層或96層，因而成本優勢也沒有表現出來。但是，長江存儲128層QLC有兩點突破：一是存儲密度更高。未來，我們的QLC產品會與同世代TLC在成本上進一步拉開距離，價格優勢將會表現出來。此外，我們對QLC的性能進行了改善，特別是在讀取能力方面，讀取速度更快，延遲時間更短。目前的在線應用如在線會議、在線視頻、在線教育等，更多表現為對存儲器讀取能力的需求上，一次性寫入之后更多是從數據庫進行數據的讀取，而非頻繁寫入。因此，在這方面OLC存儲囂是有其應用優勢的。

此外，長江存儲QLC產品對于傳統硬盤也具有替代潛力。目前，iTb以下的硬盤正在逐漸被TLC所取代，但是1T以上的產品，傳統硬盤還具有一定的價格優勢。而隨著長江存儲把QLC型SSD的成本進一步壓低，未來有望逐步取代傳統硬盤的這一市場空間。