號稱業界之最 長江存儲128層3D NAND問世

作者 : 邵樂峰,EE Times China

中國大陸記憶體業者長江存儲科技(YMTC)宣佈其128層QLC 3D NAND快閃記憶體研發成功。同時發佈的還有128層512Gb TLC (3 bit/cell)規格快閃記憶體晶片,用以滿足不同應用場景的需求。

中國大陸記憶體業者長江存儲科技(YMTC)日前宣佈其128層QLC 3D NAND快閃記憶體(型號:X2-6070)研發成功。同時發佈的還有128層512Gb TLC (3 bit/cell)規格快閃記憶體晶片(型號:X2-9060),用以滿足不同應用場景的需求。目前包括TLC和QLC在內的第一批工程樣品已經在群聯和聯芸SSD平台上通過驗證,測試資料顯示,預裝Win 10作業系統的聯芸QLC SSD系統磁片在開機12~15秒後即進入桌面顯示。

X2-9060記憶體陣列面積的利用效率超過90% (記憶體陣列面積/晶片總面積),陣列的讀寫速度(連續讀寫速度、隨機讀寫速度)和可重複擦寫次數,均面向消費級和企業級的主流市場設計。而QLC是繼TLC (3bit/cell)後3D NAND新的技術形態,具有大容量、高密度等特點,適合於讀取密集型應用。作為號稱業界首款128層QLC規格的3D NAND快閃記憶體,X2-6070擁有業內已知型號產品中的三項之最:最高單位面積儲存密度、最高I/O傳送速率和最高單顆NAND快閃記憶體晶片容量。

每顆X2-6070 QLC快閃記憶體晶片擁有128層3D堆疊,共有超過3,665億個有效的電荷捕獲型(Charge-Trap)記憶體單元,每個記憶體單元可儲存4bit的資料,共提供1.33Tb的儲存容量。打一個形象的比喻,如果將記錄資料的0或1比喻成數位世界中的小「人」,一顆長江存儲128層QLC晶片相當於提供3,665億個房間、每個房間住4「人」,共可容納約1兆4,660億「人」居住,是上一代64層單顆晶片容量的5.33倍。

得益於全新升級的Xtacking2.0架構,X2-6070和X2-9060在1.2V Vccq電壓下實現了1.6Gbps (Gigabits/s十億位元/秒)的資料傳輸速率,I/O讀寫性能更強。而將讀寫速度從533Mbps提升到1.6Gbps,長江存儲只用了大約2年的時間,業界則通常需要5年以上。

同時,由於周邊電路和記憶體單元分別採用獨立的製程,CMOS電路可選用更先進的製程,允許加入對系統更有利的擴展功能,並在此基礎上進行客製化設計。例如這次長江存儲的研發人員就在CMOS晶片內部設計了一些額外功能模組,能夠幫助儲存資料系統提升資料管理的性能,從而實現與控制器系統之間更好的協同。

在發展3D NAND的過程中,相關廠商通常採用兩種不同的記憶體技術:電荷捕獲技術(Charge Trap Flash,CTF)和浮動閘(Floating Gate,FG)技術。長江存儲聯席技術長湯強接受《電子工程專輯》採訪時表示,從FG技術轉向CTF技術目前已經成為業界趨勢,前者所擁有的資料保持性優勢正在被逐步縮小。而且相比之下,CTF技術的可製造性更好、成本更低,越來越多的公司轉向該類技術就說明了這一點,長江存儲也不例外。

由於QLC在資料讀取的延遲時間方面相對HDD更有優勢,所以那些讀取比較多,寫入比較少的應用將會成為QLC NAND重點關注的市場,例如線上會議、線上視訊、線上學習,以及1T以上傳統HDD硬碟等。根據長江存儲市場與銷售高級副總裁龔翊的估計,未來3~5年內,僅HDD市場的替代率就將達到10%。

步子會不會邁得有些大?

作為快閃記憶體行業的新人,長江存儲用短短3年時間實現了從32層到64層再到128層的跨越。這既是數千長存人汗水的凝聚,也是全球產業鏈上下游通力協作的成果。

龔翊在接受本刊專訪時表示,32層NAND產品剛剛開始量產的時候,長江存儲與世界主要競爭對手之間的差距還比較明顯,大約落後4~5年;但到64層量產的時候,考慮到長江存儲64層NAND密度其實相當於競爭對手的96層,所以彼此間真正的差距只有1年。

此次128層3D NAND產品的推出,不但表明長江存儲基本上已經和業界主流處於同一水平線上,而且還在三個維度上做到了業界第一。隨著Xtacking 2.0時代的到來,長江存儲有決心,有實力,有能力開創一個嶄新的商業生態,讓合作夥伴可以充分發揮自身優勢,達到互利共贏。龔翊強調:「未來,公司並不會將市場只侷限在中國,而會是全球快閃記憶體市場。因此在合作夥伴的選擇上,無論來自國內還是海外,長存都秉持開放態度,甚至正在考慮進行Xtacking技術品牌的認證和授權,希望通過這種方式不斷地擴大生態合作夥伴的範圍。」

「從64層到128層,這個跨度確實比較大,肯定是包含一定風險的。但兩個有利的條件,能夠幫助我們在實現跨越的時候將風險降到最低;」湯強說,一是Xtacking架構,能夠對CMOS晶圓和記憶體陣列晶圓進行分開優化、分開生產、分開研發,隨著儲存密度的不斷加大,能夠妥善的解決製程複雜度和周邊電路與記憶體單元之間的整合,最大程度的化解在堆疊過程中遇到的各種問題;二是上游製程機台設備市場在長江存儲進行128層研發的時候已經比較成熟了,設備的可用性更好。

Xtacking架構最初源自武漢新芯的CMOS影像感測器製程技術,經過不斷的經驗累積,被創新性地應用在NAND Flash上,逐漸形成了難度很高的鍵合架構。為了抵禦未來有可能發生的智慧財產權糾紛,提前構建好自己的「護城河」,目前長江存儲已經有超過200項的專利,每年的專利申請數量有大約1,000項,同時也願意與其他廠商進行專利的交叉授權。

根據規劃,長江存儲128層NAND產品的量產時間將在今年年底到2021年上半年之間,隨著產能和良率的逐步提升,預計2021年將實現10萬片/月的產能。湯強表示,出於保密原則,他暫時還不能公佈下一代產品的相關資訊,「在研發上,我們一直秉承開放進取的態度,並不斷努力、加快步伐以縮短與行業領先者差距。我們會在綜合考慮市場需求、競爭對手動向、工藝機台準備程度等多重因素後,隨時進行調整。」

(本文原刊於EE Times China網站)

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