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国产存储两大主力首次同台：长江存储与长鑫存储进展如何？

百家作者：芯智讯 2019-05-15 15:11:19

5月15日，GSA Memory+论坛在上海召开，全球存储行业巨头三星、国产3D NAND厂商长江存储、国产DRAM厂商合肥长鑫存储均到场，并发表了演讲。特别值得一提的是，这是长鑫存储首次公开在国际性论坛上亮相。

三星：未来10年内3D NAND堆叠层数可达1000层

随着5G及物联网技术的发展，数据正呈现出爆炸式的增长，由此对于存储的需求也是越来越大。各大存储厂商也是在不断的研发更大容量的3D NAND。

目前全球主要的3D NAND Flash 大厂，包括三星、SK 海力士、东芝、美光等，都已经量产了64层堆叠的3D NAND Flash，不少已经开始更高的72层、96层甚至128层堆叠的3D NAND Flash上取得了进展。

自去年以来，三星除了扩大64层3D NAND生产比重，还在2018年抢先量产了着采用96层堆叠的三星第五代V-NAND闪存芯片，并于三星韩国华城、平泽厂大规模量产。大幅领先竞争对手。与此同时，三星128层3D NAND研发也在加速。

而为了进一步巩固其领先的优势，三星正在加速提高3D NAND的产能，并加码更高容量的3D NAND的研发。据韩国产业链的消息人士透露，三星去年投资在NAND Flash闪存上的资本支出预计是64亿美元，2019年更是会提高到90亿美元。而这些投入首先是用于提高3D闪存的产能，包括位于平泽市和中国西安市的工厂，其次便是更先进的3D NAND技术的研发。

在目前摩尔定律即将发展到极限的情况下，3D堆叠技术成为了NAND Flash在保持成本有限增长的情况下大幅提升存储容量的关键。那么随着3D堆叠的层数越高，技术难度也将会越高，未来是否会遇到大的瓶颈？

对此，三星在GSA MEMERY＋论坛上表示乐观。三星透露将有望在今年量产128层3D NAND，并且预测在未来5年内，3D NAND堆叠层数将达到500层，10年内将可达到1000层。

1000层堆叠的3D NAND是什么概念？目前东芝、西数及三星的64层堆叠的3D NAND最高已经可以做到512Gbit核心容量（64GB）。另据业内专家高速芯智讯，128层堆叠的3D NAND，最高可以做到2Tbits的核心容量，也就是256GB容量。如果堆叠层数突破1000层，则意味着单die的核心容量甚至有可能达到2TB。这确实有点吓人！

要知道目前SSD硬盘上通常是由4颗NAND芯片组成的，而一旦500层甚至1000层堆叠的3D NAND的推出，则意味着SSD将会被彻底革命。

长鑫存储：技术来源合规，已有16000项专利申请

在今天的论坛上，长鑫存储的董事长兼CEO朱一明先生发表了《中国存储技术发展与解决方案》主题演讲，阐述新时代下中国存储器市场的巨大需求和发展机遇。同时在去年福建晋华因与美光专利纠纷被禁运的影响下，朱一明在论坛上特别强调了合肥长鑫重视知识产权，具有完善的合规的技术来源。

▲长鑫存储董事长兼CEO朱一明先生

朱一明先生首先回顾了中国在DRAM领域的发展历程（以下内容为芯智讯整理，并不仅限于朱一明演讲内容）：

早在1975年，北京大学物理系半导体研究小组，由王阳元等人，设计出我国第一批三种类型的（硅栅NMOS、硅栅PMOS、铝栅NMOS）1K DRAM动态随机存储器，它比美国英特尔公司研制的C1103要晚五年，但是比韩国、台湾要早四五年。那时韩国、台湾甚至还没有电子工业科研基础。

随后，在20世纪80年代，无锡742厂通过引进东芝3英寸生产线，量产64K DAM。也许这是无锡后来的半导体情节的由来。此后，908工程落户无锡华晶，建设首条6英寸生产线，从AT&T引进制程技术。但是，由于多方面的原因，建设周期过长导致技术落后失去了竞争力。

1991年NEC和首钢合资成立首钢NEC并在1994年量产4M DRAM，为中国培养了第一批半导体制造人才。随后在1997年，NEC又在上海设立合资公司华虹NEC，建设了中国第一条8英寸生产线并成功量产。而随着NEC设立尔必达后退出DRAM领域，华虹转型做起了代工。

2005年兆易创新成立，而作为国产存储芯片设计公司，兆易创新受益于中芯国际制造平台的发展机会，并于2011年成功抓住了Serial Flash替代Parallel Flash的发展机遇，积极推出适用于手机、机顶盒、DVD等消费电子的NOR Flash产品，为自身赢得了发展空间。2012年，兆易创新成为中国大陆最大的Serial NOR Flash芯片设计企业，同时也是最大的代码型闪存芯片本土设计企业。目前兆易创新在该领域排名第三。朱一鸣表示，这证明了即使是小众的市场，中国厂商也可以生产合乎客户要求的产品。

2017年9月，国家大基金宣布入股兆易创新取得约11%股权，成为了其第二大股东。随后，兆易创新宣布与合肥市产业投资控股集团签署合作协议，研发19纳米制程的12吋晶圆DRAM，预算为人民币180亿元，兆易创新出资20%。而该项目依托的就是合肥睿力集成（由长鑫集成控股，而长集成则是长鑫存储的母公司）。

相对兆易创新而言，成立于2016年的长鑫存储还只是一家初创公司。但是，长鑫存储并不是从0开始，而是站在巨人的肩膀上前行。

长鑫存储的DRAM技术主要来自于已破产的德系DRAM厂商奇梦达，当然，另一部则应该是来自于前日本DRAM厂商尔必达公司的前员工。

尔必达于2012年倒闭并由美光并购后，尔必达原社长坂本幸雄与尔必达研发团队一些成员，另起炉灶新成立兆基科技(Sino King)，除了网罗台湾的力晶科技等DRAM部分人马加入。2016年之时就传出与合肥市政府达成合作。

在此次论坛上，朱一明也强调长鑫存储通过与奇梦达的合作，将一千多万份有关DRAM的技术文件及2.8TB数据收归囊中，这也是公司最初的技术来源之一。长鑫存储在所接收技术和国际合作的基础上，利用专用研发线，展开世界速度的快速迭代研发，已持续投入晶圆超过15000片。建立了严谨合规的研发体系并结合当前先进设备完成了大幅度的工艺改进，开发出独有的技术体系，拉近了与世界先进水平的技术差距。

此外，长鑫存储还与ASML、KLA-Tencor、Lam Research、TEL、Applied Material和TechInsight等众多的半导体及设备、测试仪器厂商达成了紧密的合作。

在晶圆厂建设方面，2017年5月，长鑫存储就宣布投资72亿美元，兴建12吋晶圆厂以发展DRAM产品，项目建设三期工程，目前建设的是一期工程12英寸晶圆厂，建成后月产能为12.5万片晶圆。

据朱一明介绍，长鑫存储花了14个月的时间就完成了晶圆厂建设，一共花费25亿美金用在研发和资本支出。

另外去年福建晋华由于与美光的专利纠纷，最终导致晋华被禁运，彻底停摆。而这也对长鑫存储造成了一定的影响。因此，长鑫存储也格外的低调，格外的重视研发的合规和IP策略。朱一明表示，目前长鑫存储已经拥有16000项专利申请。

对于长鑫存储的DRAM芯片进展，去年7月就有消息显示其8Gb LPDDR4规格的DRAM芯片已经投片。而根据芯智讯了解到的信息显示，长鑫存储将于今年四季度正式量产。

长江存储：

在GSA Memory+论坛的下半场，长江存储联席首席技术官汤强做了题为《三维闪存技术发展的展望》的主题演讲，并透露将在今年8月正式推出Xtacking 2.0技术。

正如前面所提到的，现在我们正处于一个数据大爆炸的时代，数据增长速度和存储能力的增长是严重不对等的。汤强表示，预计到2022年，NAND的容量需求将会接近2015年的10倍，并将持续增长下去。但是实际上，存储容量的增长是远远落后于需求的增长的。

下面这张PPT展示的是实际所需求的数据吞吐量和存储对数据的吞吐量之间的差距正在越来越大。

目前为了追求更高的存储容量，存储技术正从MLC向TLC向QLC等发展，但是这会带来越来越多的系统成本。

另外，对于越来越多、越来越复杂的各种应用场景的需求，实际上是需要越来越多的定制化的存储方案来与之对应。但是一项新的存储解决方案的开发往往需要12-18个月的周期。

对应以上三大挑战所带来的问题的根源，汤强将其归结为存储的I/O接口速度、容量密度和上市周期。

对此，去年长江存储推出了Xtacking技术，不仅提高了I/O接口速度，而且还保证了3D NAND多层堆叠可达到更高容量以及减少上市周期。

Xtacking是可以在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路。存储单元同样也将在另一片晶圆上被独立加工。当两片晶圆各自完工后，Xtacking技术只需一个处理步骤就可通过数百万根金属VIA(Vertical Interconnect Accesses，垂直互联通道)将二者键合接通电路，而且只增加了有限的成本。

根据长江存储此前公布的数据显示，在传统3D NAND架构中，外围电路约占芯片面积的20~30%，这也使得芯片的存储密度大幅降低。而随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围电路所占据的芯片面积或将达到50%以上。而Xtacking技术则可将外围电路置于存储单元之上，从而实现比传统3D NAND更高的存储密度。

据了解，目前长江存储即将于今年年底量产的64层Xtacking 3D NAND的存储密度仅比竞品96层的3D NAND低10~20%。而下一代，长江存储将直接跳过96层堆叠，直接进入128层堆叠的研发。

另外，据芯智讯了解，长江存储的128层3D NAND规划的最大存储容量可以达到1.33Tbits（大约166GB）。相比之下，三星去年量产的第五代V-NAND采用96层堆叠设计，单模容量仅为256Gb。

在I/O速度方面，目前NAND闪存主要有两种I/O接口标准，分别是Intel/索尼/SK海力士/群联/西数/美光主推的ONFi，目前ONFi 4.1标准的I/O接口速度最大为1.2Gbps。第二种标准是三星/东芝主推的Toggle DDR，I/O速度最高1.4Gbps。不过，大多数NAND厂商只能提供1.0 Gbps或更低的I/O速度。而长江存储的Xtacking技术可以将I/O接口的速度大幅提升到3Gbps，实现与DRAM DDR4的I/O速度相当。

另外，Xtacking技术还可使得产品开发时间缩短三个月，生产周期可缩短20%，从而大幅缩短3D NAND产品的从开发到上市周期。