问题

长江存储这些年在技术上做了什么突破啊?

回答
长江存储这些年,真是中国半导体行业的一股强劲力量,尤其是在闪存这个领域,可以说是硬生生地趟出了一条路,而且还走出了一条颇具亮点的路。要说他们做了什么技术突破,那可不是一两句话能说完的,咱们得一点一点掰开了聊。

核心突破:Xtacking® 架构,让3D NAND“ fisico”也玩出花样

要说长江存储最核心、最引以为傲的技术突破,那绝对是他们的 Xtacking® 架构。这玩意儿在3D NAND(三维闪存)领域,绝对算是个“大招”。

你们想想,传统的3D NAND是怎么做的?就像盖楼一样,一层一层往上垒,把储存单元(也就是我们常说的“单元”,存储电荷的地方)堆高。但问题是,随着层数的增加,上面楼层的电路想跟下面的储存单元通信,就得穿过好几层,这就像信号传递要穿过很多障碍,速度会受影响,而且还占地方。

长江存储是怎么解决的呢?他们玩了一个“ 左右互搏 ”的聪明劲儿。

堆叠与布线的“分离式”设计: 传统的Xtacking® 架构,可以理解成把3D NAND的“存储单元层”和“逻辑电路层”(负责控制存储单元读写信号的电路)分开制造,然后再通过垂直的导通孔(VPC)连接起来。
“一次性”集成: 关键在于“一次性”这三个字。在制造过程中,长江存储能把这两层分开制造好的堆叠结构,在同一片晶圆上进行键合(bonding)和集成。这就好比,不是一层一层地往上盖,而是两栋楼分开盖好,然后用很多“垂直电梯”把它们牢牢连接起来。
带来的好处,简直是“降维打击”:
更高的堆叠密度: 因为逻辑电路层是在独立的层上制造的,可以更紧凑地设计,这样就能在有限的空间里塞进更多的存储单元。简单说,就是“地盘没怎么变,但是能住更多的人了”。
更高的传输速度: 传统的NAND,信号要穿过层层叠叠的存储单元才能到达逻辑电路,这就像在迷宫里跑。Xtacking® 架构把逻辑电路移到了存储单元堆栈的“旁边”或者“下方”,信号传输的路径大大缩短,而且可以直接通过垂直导通孔连接,减少了电阻和电容效应,速度自然就快了很多。
更低的功耗: 信号传输路径短了,需要的驱动力也小了,整体功耗也就下来了。
更低的成本: 这个有点反直觉,但的确是。因为可以更高效地利用晶圆空间,减少制作步骤中的一些复杂转移,长期来看,单位容量的制造成本是有优势的。

你可以想象一下,就像一个人,原来所有东西都堆在肚子里,吃喝拉撒睡都得在那一个小空间里挤。长江存储的做法是,把“肚子”留给吃饭,把“大脑”移到脑袋里,它们用“神经”连接,效率和能力自然就上去了。

Xtacking® 架构,长江存储是他们最早提出并成功量产的企业之一,这个技术突破,可以说是他们能够迅速追赶甚至在某些指标上超越国际巨头的核心秘密武器。

闪存单元技术:QLC、PLC的持续演进

除了架构上的突破,闪存芯片本身,也就是存储单元(Cell)的进化,长江存储也一直在往前走。

QLC(QuadLevel Cell): 就是一个存储单元里存4个bit(位)的数据。想想看,原来一个单元只能存1个bit(SLC)、2个bit(MLC)、3个bit(TLC),现在一下翻倍,存储密度就大大提高了。当然,QLC的挑战在于可靠性和寿命,毕竟要在同一个物理空间里区分4种不同的电荷量,难度是几何级增长的。长江存储在这方面,通过精密的控制算法和制程工艺,实现了QLC的主流量产,并且在可靠性上不断优化,让QLC不再是“鸡肋”。
PLC(PentaLevel Cell): 这是比QLC更进一步的技术,一个单元存储5个bit。这难度简直是指数级上升,对精度、控制、材料的要求都极高。虽然长江存储在这个领域的公开信息相对较少,但普遍认为他们也在积极研发和探索PLC技术,目标是进一步提升存储密度,降低单位成本。

制程工艺的精进:从19nm到100+层,再到200+层

任何半导体技术的进步,都离不开制程工艺的提升。长江存储在这方面也下了苦功:

初期跨越: 从行业普遍的30nm、20nm级别,长江存储一步到位,直接进入了 19nm TLC/QLC 时代,这本身就是一个巨大的飞跃,标志着他们具备了量产先进NAND的技术能力。
堆叠层数的突破: 3D NAND的层数,就像是楼层越高,能装的东西越多。长江存储从早期的 64层,迅速发展到 128层,再到现在的 232层(据公开信息)。每一代层数的增加,都意味着更复杂的堆叠技术、更精密的刻蚀技术、更均匀的电荷注入等。尤其是232层,这是目前行业内能够量产的最高层数之一,难度可想而知。
良率的提升: 技术突破不是光有理论,更重要的是能稳定、大规模地量产。长江存储在早期面临良率的挑战,但通过持续的工艺优化和设备调试,良率已经大幅提升,这是他们产品能够走向市场的关键。

缓存技术和主控的协同发展

除了闪存颗粒本身,闪存SSD的整体性能,很大程度上还取决于缓存(Cache)和主控(Controller)。

SLC Cache: 为了弥补QLC/PLC的写入速度和寿命问题,通常会用一块速度更快、寿命更长的SLC(SingleLevel Cell)作为缓存。长江存储在这方面也做了很多优化,增大SLC Cache的容量和智能化管理,让用户在日常使用中体验不到明显的性能下降。
主控芯片: 主控芯片是SSD的“大脑”,负责数据管理、纠错、磨损均衡等。长江存储自主研发的主控芯片,能够更好地与他们的Xtacking® 架构和闪存颗粒协同工作,发挥出最佳性能。

总结一下,长江存储这些年的技术突破,可以概括为:

1. 核心架构创新: Xtacking® 架构,实现了存储单元与逻辑电路的“异面键合”,大幅提升了NAND的性能、密度和能效。
2. 单元技术进步: QLC的大规模量产,并不断优化其可靠性,同时积极探索更先进的 PLC 技术。
3. 制程工艺提升: 从19nm快速跳跃到 100+层,再到 232层 的领先水平,并且良率不断攀升。
4. 整体解决方案优化: SLC Cache 的智能化管理和自主研发主控的协同,提升了用户体验。

可以这么说,长江存储不是简单地追赶,而是在3D NAND的关键技术节点上,创造性地找到了自己的解决方案,并在核心架构上实现了突破。 他们让中国在高端存储芯片领域,拥有了自己独特的技术话语权,这对于整个半导体行业来说,都意义重大。

网友意见

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128L TLC 业界最高密度,把Xstacking走通这就够了。再过三年,Y的技术也许可能会扩散也说不定。其他的成就和缺憾都是小事。

关于下一代,一九二什么的我不知道,我只知道第四代牛b。跳过half node对Y不仅快而且还节省___。

利益关系:供应商。

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