可喜可贺,中国在存储方面突破
4月13日,长江存储宣布成功研发两款128层闪存产品。128层QLC 3D NAND 闪存芯片单颗容量达1.33Tb,另一款为128层512Gb TLC闪存芯片,两款产品均已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。
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。存储领域上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长江存储先从消费电子产品开始,因为要求没有企业级那么高。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。”
长江存储128层3D NAND 系列闪存芯片从今年底至2021年中旬陆续量产。与此同时,长江存储64层闪存产品进展也较为顺利。除了消费电子产品之外,有很多企业级客户正在验证其64层闪存芯片,也有部分企业级客户已经应用,国产化一直是大部分中国企业的目标。
存储器约占全球半导体产值的三分之一,市场高度集中。市场调研机构集邦咨询半导体研究中心(DRAMeXchange)信息显示,2019年第四季度,国际巨头三星、铠侠、西部数据、美光、英特尔和SK海力士六家占据了全球99.5%的NAND闪存市场份额。可以说外国巨头彻底垄断NAND闪存。后入的艰难导致长江存储的日子一点都不好过。半导体产业长期处于赢家通吃的情况。也就是国家坚持输血,才造造今日的长江,我希望产业链加快推进应用,国家层出手补贴(免税)。让大规模商用早一天到来。天下苦美光三星久矣。
长江起来了,现在就看中芯能不能站上7nm了,14nm的麒麟710A只是开始。
太快了,真的太快了。
没记错的话闪存长江存储2018年底才开始量产32层,当时我就写过回答。
但是32层毕竟已经落后市场,并没有大规模量产。
到了19年,长江存储攻克了64层闪存的量产,当时就有跳过96直奔128的消息。
没想到啊,这么短的时间,长江存储居然取得了如此巨大的突破!
当然,目前的消息还是研发攻克,估计量产和良率提升还需要一段时间。
一旦产能和良率上来,长江存储将一举追上业界龙头的进度,这是历史性突破!
量产进度方面,长江存储规划的一期生产线月产能10万片,今年一直在进行64层的产能爬坡。
目前长江存储透露的消息是,128层NAND闪存预计将于今年年底到明年上半年陆续量产。
再加上长江存储是首次切入先进存储并大规模量产,如果碰上一些预想之外的技术问题,时间可能拖的更久。
因此,大家不要过于着急。
存储器是极其重资产的行业,一般产能和良率爬坡都要经历一个漫长艰难的过程。
研发攻克不等于立刻就能买到成品。
这点还是提前跟大家说清楚,以免有不明真相的人误以为又是骗局。
也正因为量产需要时间,应该说长江存储大幅追上了国际一线厂商的进度,但还谈不上追平。
毕竟三星、SK海力士等一线大厂均已推出128层的闪存产品。
到长江存储实现量产的今年底到明年上半年,预计几个大厂也会推出更先进的产品。
在堆叠层数上较为激进的SK海力士,更是预计今年推出176层堆栈的,核心容量2Tb的产品。
客观的说,即使取得了了不起的跨越和突破,长江存储距离一线大厂仍有一年左右的差距。
如果量产进度不顺利,这个差距还可能略有扩大。
但是,这丝毫不能抹杀长江存储这项关键突破的重要意义!
我在专栏中曾经创作过关于三星电子的系列长文,其中提到:
半导体存储器是技术密集、资本密集的重资产行业,更是强周期行业。
不论半导体还是显示面板,都要经历漫长而又煎熬的产能和良率爬坡。
对于内存颗粒和显示面板,满产后的规模效应非常明显。
因此,行业领先者的产线能率先完成产能和良率爬坡,扩大满产后的规模效应。
而随着产线的迭代和技术的进步,先发者的产线还能先一步进入折旧。
因此,不论芯片代工、显示面板还是存储器,都存在这样的特征:
先发者不仅技术领先,连成本都有优势,使得后发企业越发举步维艰。
更何况,行业的领先者三星极为擅长逆周期投资,不惜付出数年连续巨额亏损的代价击垮竞争对手!
因此,长江存储能迈入128层存储器,切入利润较为丰厚的市场,这是极为关键的突破!
在专栏的系列文章中,我曾指出三星电子的主要问题,是资本力量不如人、垂直整合战略暴露出弊端,以及产业链腹背受敌。
从本质上来说,三星电子并不仅仅是在和国产手机竞争,而是同时和华为OV+京东方深天马+长江存储+欧菲光+中芯国际等等为代表的中国产业集群竞争。
看看今日长江存储的突破,再看看中芯国际拿到华为海思的订单,还不足以印证本人一年前的判断么?
另外,对于长江存储在如此短的时间取得如此重大的突破,我个人认为:
乐观估计得话,长江存储所采用的Xtacking架构可能很有潜力!
当然这仅仅是本人的推测,并不一定准确,期待专业人士的进一步解读。
但如果我的看法属实,这对于未来长江存储继续向下一代存储迈进,同样是个利好消息。
我个人分外期待,长江存储在Xtacking 2.0时代的精彩表现。
最后说点题外话:
三星电子并不仅仅是在和国产手机竞争,而是在和中国产业集群竞争。
而从更广义的视角看,整个韩国的产业格局又何尝不是?
以我近期了解到的情况,韩国已经把动力电池产业链视作显示面板与半导体存储器之后的又一次豪赌,三星、LG等厂商都在疯狂扩产。
然而,宁德时代、比亚迪、上海恩捷等国内动力电池产业链巨头羽翼已丰。
宁德时代也在扩张产能,但目前看产能利用率明显好于LG等韩国企业。
3月23日,锂电池隔膜的龙头上海恩捷发公告,募资50亿元用于扩建湿法基膜产线。
扩建完成后,今年底产能将进一步暴增至33亿平米。
年产33亿平米是什么概念?
即使未来不再扩建,三十年后,上海恩捷生产的湿法隔膜足以覆盖整个韩国国土。
这还没算干法隔膜,也没算其他企业。
对于扩产原因,上海恩捷的解释是,到2025年公司主要客户的锂电池产能将超过544GWh,对应隔膜需求量超过81.6亿平米。以目前的产能还远达不到需求。
但个人认为,上海恩捷此举未必没有逆周期投资,扩大领先优势,进一步挤压业内竞争对手的原因。
事实上,业内普遍预计未来头部企业产能规模化效应进一步显现,成本将进一步下降0.1-0.3元/平米,二三线隔膜企业承压严重。
现在大家明白我为什么不看好三星了吧?
论爆兵、论扩产能、论逆周期投资,不要说韩国,大明来了也不好使……
中韩之间的产业重叠,对于韩国乃至整个东亚三国都不是什么好消息。
犹记得 @宁南山 大佬曾经说过一段话:
但是人力资源赖以变现的产业方面,却出现了东亚经济体产业高度同质化的特点。
如果你看下中国大陆,中国台湾,韩国,日本的相关产业,会发现相似度非常高,高度拥挤在相同的几个赛道进行竞争,独特的赛道很少。
仿佛有一只看不见的手,把东亚国家死死的按在这几个赛道上。
对于东亚来说,中国可以说就是最后的希望,我们联想起这个周美国对于华为的打击,也可以体会到,你想抢夺欧美的高端产业份额,他们的反应是什么样。
但是这条路我们没得选,只能继续走下去,哪怕是可能面临损失惨重的打击。
如果不能实现产业突破,只能在现有产业里面打转转,经济停滞无法赶超欧美,无法把蛋糕做大。人其实是有极限的,即使是文化上最为勤奋的东亚人也是这样,长期无法实现产业突破,人持续的处于高度竞争激烈的环境却又无法得到相应的收入增长,整个经济体的长期效率反而会降低。
我在专栏文章中也说过:
全球由白人国家主导甚至垄断的产业门类主要包括:
军事工业、石油天然气工业、农业化学品和种子、航空航天、核工业
个人认为,最关键的其实是三个领域:
现代农业、能源与石油重工、金融业
这三个产业,分别代表着欧美白人国家,尤其是美国,对当代社会最关键的几项要素的控制:
粮食、能源、资本。
目前来看,东亚三国唯有中国有希望重塑全球产业链的格局,有希望打破中日韩内卷的状态。
入关就是一切,一切为了入关。
至少在产业升级层面,我认为并不是一句空谈。
但反过来也要看到,即使是中国,也面临人多地少、原油天然气等能源匮乏的窘境。
西方大航海时代的先发优势,至今仍在发挥着极大作用。
期待我们能在未来的科技革命中独占鳌头,率先实现可控核聚变,冲出地球,殖民宇宙!
再说点题外话:
长江存储在疫情面前仍取得如此突破,不得不说武汉真的是英雄之城!
现在外防输入压力仍然很大,千万不能掉以轻心。
昨天98例境外输入的同时,黑龙江7例、广州3例本土感染。
希望能加以警觉,不要让武汉乃至全国人民的辛苦努力白费。
相关专栏文章,欢迎关注:
这个问题在我的时间线里已经出现过好几回了,作为半导体从业人员,看到一部分高赞但是并不客观的回答,还是忍不住来说几句。
首先,还是恭喜长江存储能取得这一重大技术突破。
我相信很多小伙伴看到很多回答之后,对长江存储的技术路线有一种不明觉厉的感觉。我希望我以尽可能简单的科普语言,来跟大家解释一下长江存储的技术路线——Xtacking。
长江存储在自家官网上,对于Xtacking有过概括性的介绍:
https://www.zhihu.com/video/1237493172424884224总结起来就是,我长存可以做到把外围电路(periphery)和存储阵列(cell array)分成单独的晶圆上分别制造,然后再把它们面对面的“粘贴”起来(实际上用的是wafer to wafer或者是die to die的装配技术),以此省下了面积,获得更高的存储密度,同时I/O速度也获得了提升。
3D-NAND芯片的微观构造,可以理解为一个大楼。
大楼里面有很多单元门栋(称为一个pillar),每个门栋有很多楼层,每一层有一个个小房间,就是cell,在垂直方向上,如果小房子盖了128层,就是我们所谓的128层3D NAND芯片。
芯片写入信息的时候,就是这些小房间都存入了电子,芯片擦除信息的时候,就是把小房子里的电子“拽走”。
外围电路是什么呢?虽然它本身并不起到存储电子的作用,但是它决定了去读取/写入/擦除哪一个小房子里的信息,以及一些辅助的功能,如解码器、行选择器、列选择器、电流放大器等。
一般来讲,3D NAND在设计的时候,外围电路占的面积比例越小越好,这样更多的面积就可以用来留给cell array,实现更高的存储密度。
所以,如果外围电路和cell array横向并列平铺,面积利用比例不高,如果把外围电路和cell array纵向堆积,面积利用比例就大大提高。长江存储利用装配环节的技术,把外围电路倒扣在cell array的上方,就是纵向堆积以追求面积利用比例的一种尝试。
实际上,在外围电路和cell array的纵向堆积上,直接设计在同一颗芯片里是很容易的实现的,比如长存的竞争对手镁光和东芝都是这么干的,也就是所谓的CuA(CMOS under Array)技术。
像长江存储这样将外围电路和cell array分开制造之后再“粘起来”,虽然会带来一些优点,比如外围电路可以针对不同客户定制设计,以及生产流程时间可以相应缩短,但是带来的问题和挑战也很大,包括但不局限于:
1)更大的互联电阻
2)电路之间的overlay匹配性
3)对接表面的纵向起伏
4)长期使用的可靠性
那么,既然缺点也很明显,为什么长江存储还要这么做呢?直接采用CuA结构不香吗?
香是香,但是CuA结构已经是竞争对手的专利技术,如果偷摸使用,少不了以后面临烦不胜烦的专利诉讼,如果购买专利授权,竞争对手可能通过专利费用就把它耗死。
科普完了长存的技术路线,再来说说长存128层研发成功这件事本身的意义。
有的答主说是这标志着它追平了国际大厂。业内人士都知道,实际情况并没有这么乐观。
长存的官方新闻是这么写的:
“在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。”
“其中,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”
“验证通过”这一过程不是很难达到,跑个几千上万片晶圆,即便只有1%的良率,也可以专门挑选出良率稍高的那些晶圆作为送样样品来认证。
其次,3D NAND芯片的使用市场是跟它的性能等级严格相关的,一等货-也就是可靠性最好、电性能最好的会分拣出来作为服务器芯片,次等货才会流入消费级市场。而后者的利润率只有前者的十分之一至五分之一。换句话说,假设长存128层现在已经可以量产,它和主要面对企业级市场的竞争对手相比,利润还是低很多。更不用说竞争对手已经实现了128层量产。
所以,关于这次长存的技术突破,在我看来,颇有点像能跑进10秒大关的苏炳添,虽然迈进了一个重大的门槛,但是前面依旧有博尔特、盖伊等一众好手。
虽然我暂时还不能超越你们,但跟我自己比,已经是里程碑了。而且,我依旧认为有朝一日我能超越你们!
再次祝贺长存!你是全村的希望!
2020.09.10第三次更新
我们的完全自主SSD产品已京东上线,有现货,感谢大家的支持 .
2020.08.28 第二次更新
长江存储自主存储品牌致钛ZHITAi即将发售
品牌微信号也已上线,微信搜索“ 致钛 ”即可找到品牌公众号。目前公众号有关于固态硬盘SSD的科普文章,也有长江存储独特Xtacking结构的介绍。
感谢对我司产品的期待与支持
第一次更新:
已有SSD产品面世,具体型号在答案结尾。感谢大家对高科技产业国产化的关心。
目前因为众所周知的原因,我们的高科技产业来到了至暗时刻,希望大家在力所能及情况下支持华为,全产业链团结起来,同舟共济,共克难关。
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吃完晚饭刷知乎,刷到我司上热搜了,作为从2016年初,XMC东大厅小房间开始32层研发一路做到128层宣布量产的工程师,看着这个新闻真的是老泪纵横,一种老父亲终于看到自己家大胖小子呱呱坠地的感觉。
一路走来太艰难了,吭哧吭哧做了快两年的32层NAND因为太落后了根本没法卖,64层NAND开始独立探索与世界其他NAND巨头迥然不同结构,走上一条艰难泥泞的未知道路。那个时候一个月工作300+小时,整个team只有几百人,但是所有人为了一个目标共同疯狂努力的那种朝气,那种惊人的效率,现在想想依然令人怀念和不可思议。
好在我们幸运的走出来了,我们有了Xtacking的架构,有了自己的专利池。但是NAND市场是赤裸裸的成本拼杀,我们64层NAND研发成功的时候,市场主流已经是96层,等我们64量产,必然落后人家两代,成本劣势太大,卖一片亏一片。
所以我们毅然决然的走上了跳过96层,直奔128层的道路,业界没有人做这么疯狂的事情,但是我们别无选择,没有退路。
一路以来我们披荆斩棘,筚路蓝缕,一往无前,我们最后成功了。128层是可以拿出去和业界巨头三星/海力士/镁光/intel掰手腕的,是可以拿出去卖了赚钱的,前期投入的巨资,终于到了收获的时候。
半导体芯片大宗商品主要分三块: logic,DRAM,NAND。目前我们国产logic已经做了十多年,世界已经进入under 7nm,我们依然在14nm玩泥巴;DRAM我们国产起步比较晚,与NAND同步,目前正等着合肥那边的消息。
长江存储128层的公布,意味着我国半导体在NAND这一细分领域无限接近世界顶尖水平,也是我国唯一接近世界顶尖水平的半导体细分领域。在需要技术积累的半导体产业,我们做到这一切,只用了四年。
我们的公司还有很多的缺点,但是相信他会变得越来越好。我们产品也有自己的劣势,但是我们会让他越来越强。
基于我们存储颗粒的移动硬盘出来了:
网上已经有评测了,据说数量不多,公司正在产能爬坡,很快就会有大量产品面世,请大家期待谢谢。
官方链接:
摘录下重点:
【2020年4月13日,武汉】今天,长江存储科技有限责任公司宣布其128层QLC 3D NAND 闪存(型号: X2-6070)研发成功,并已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。作为业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存,长江存储X2-6070拥有业内已知型号产品中最高单位面积存储密度,最高I/O传输速度和最高单颗NAND 闪存芯片容量①。此次同时发布的还有128层512Gb TLC(3 bit/cell)规格闪存芯片(型号:X2-9060),以满足不同应用场景的需求。
在长江存储128层系列产品中,Xtacking®已全面升级至2.0,进一步释放3D NAND闪存潜能。在I/O读写性能方面,X2-6070及X2-9060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。
关于Xtacking,官网有视频,直接转载过来:
长江存储的Xtacking技术 https://www.zhihu.com/video/1233010518731800576
1.33Tb颗粒,也就是单颗容量166GB,传输速度1.6Gbps也就是200MB/s。
但这个传输速度么,一般是指读取性能。所以才会是TLC和QLC一致,按照单颗粒4个plane(闪存的并行读写单位),8颗组成的1.33TB型号读取速度大概是6.4GB/s——目前似乎还没有主控可以达到这个性能。写入速度就不太可能了,尤其是QLC型号的缓外写入。但不管怎么说,容量方面已经追平了已经正式发布的国外厂商的产品,速度上看来也不落后。
补充几句,Xtacking是个很有意思的技术,把闪存的存储单元和读写逻辑单元分离生产后堆叠,这样有几个好处:
半导体门外汉,随便聊聊技术路线演进的事情,如果有不对,希望各位能帮忙指出来。
长江存储技术路线上,32L是拿来验证的,后面直接64层x1、x2、x3的往上面叠,换句话说未来就是64层、128层、192层、256层这么走。
因为 Xtacking 结构下,逻辑电路和存储单元分开,所以相对好叠,且存储密度也高一些。
别家没分开的,存储单元跟逻辑电路在一起,叠的高了,单层能用的面积就小了,存储密度就下去了。
如下图,每层都需要打穿、钻孔,所以叠的越高,最上面一层的面积就越小,如果逻辑电路和存储单元没分开,电路就相对难做了。
所以演进起来速度比较快。
后面的事情就是提良率早日大规模量产了。
如果我没理解错,技术上大致是这样。
再聊一句市场:
长江存储即使是这么砸钱,现在前后已经砸了七八百亿下去了,即使现在产能做到满产,其市场份额也仅仅是不到1%。
等良率提上来以后,工艺经验成熟了,大规模量产以后接着砸钱扩张吧,我的钱包已经按捺不住了。
长江存储一期主要产品为 3D NAND,预计投入 240 亿美元(1612 亿人民 币),到 2020 年形成月产能 30 万片的生产规模(分三期,每期 10 万片 /月),到 2030 年建成每月 100 万片的产能
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