从0起步，中国用3年造出128层闪存芯片，终结美日韩36年垄断
最后更新：2020-04-15 10:42:22 手机定位技术交流文章
芯片分为存储芯片和非存储芯片，其中存储芯片有很多种，根据应用可以分为主存储芯片和辅助存储芯片。前者也称为内存芯片(internal memory chip，内部存储器)，可以直接与中央处理器进行高速、小容量、高价格的数据交换。后者是外部存储器芯片(外部存储器)，指的是除存储器和高速缓存以外的存储器芯片。这种存储芯片即使断电也能存储数据，速度慢，容量大，价格低。
最重要的存储芯片是动态随机存储器(内存)和与非闪存(闪存)。2018年，中国进口芯片3120亿美元(中国进口商品最高值超过石油)，其中存储芯片占集成电路进口总额的39%，达到1236亿美元。在1236亿美元的内存芯片中，97%是动态随机存储器和闪存。
1968年，经过长时间的研究，Denard最终发明了一种基于单个晶体管设计的存储单元，可以存储少量数据。从那时起，存储芯片的垄断已经从美国转移到日本，现在又转移到韩国，三星、美光和海力士占据了全球DRAM芯片市场的96%。
1984年，东芝的冈本藤久首次提出了ULSI的概念，但东芝并没有注意到这一点，而是由英特尔首先开发的。冈田福久并不信服，他于1987年再次提出了“与非”的概念，并与10位具有不同特征的同事一起开发了这一概念。仅仅三年就成功了。
现在闪存技术已经发展了26年，在美国、日本和韩国被三星、东芝、美光、海力士和英特尔垄断。
这些企业掌握了内存和闪存的定价权，任意操纵价格。2010年，三星和其他企业因非法操纵闪存价格而被罚款。
目前主流的闪存技术是3D NADA，3D与非门是一种新的闪存类型，通过将存储单元堆叠在一起，解决了2D或平面与非门闪存带来的局限性。
普通与非门是平房，那么3D与非门是高层建筑，建筑面积突然变得更大，理论上它可以无限堆叠。
层数的增加也意味着对技术和材料的要求将会增加。此外，随着堆叠层数的增加，存储叠层的高度也增加，而每层的厚度减小。
对于每次升级，堆叠厚度将是1.8倍，层厚度将是0.86倍。
在2016年之前，中国在内存芯片市场上是零，所以它极易受到外国的攻击。此时，紫光集团成立长江存储，攻克闪存技术。
从2016年到2017年11月，紫光集团花费了10亿美元，一个1000人的研究团队花了2年时间开发出第一款国产32层3D与非门存储芯片。这标志着中国内存芯片从0开始。
2019年5月，紫光成功开发出64层堆栈闪存芯片，仅比三星的96层堆栈落后一代。众所周知，64层堆栈3D与非门闪存将只在2018年大规模生产。
根据产品规划，三星、东芝等闪存工厂将在2020年大规模生产128层堆栈闪存，而紫光则跳过了96层的研发，直接解决了128层闪存的问题。
2020年4月13日，长江存储科技有限公司宣布其128层QLC 3D与非门闪存(型号:X6070)已成功开发，并通过了多家控制器制造商、领先的三星等企业对固态硬盘等终端存储产品的验证。
长江存储X6070是业内首款128层QLC尺寸的3D与非门闪存，在业内已知型号中具有最高的单位面积存储密度、最高的输入/输出传输速度和最高的单个与非门闪存芯片容量。
同时，还推出了128层512千兆位(3位/单元)闪存芯片(型号:X9060)，单个容量为512千兆位(64GB)，以满足不同应用场景的需求。
根据技术人员的3D闪存路线图和制造商的数据，三星的110层以上(128，136个不同级别)3D闪存核心容量可以达到QLC 1Tb，美光的128层，SK Hynix的128层，英特尔的144层QLC闪存也是1Tb的核心容量，东芝/西方的112层BiCS 5技术闪存堆栈可以达到QLC 1.33Tb的容量，是有史以来最高的。
就容量而言，长江存储的X6070 QLC闪存与东芝/西电的水平相当，比其他国家高出33%。
除了容量，它还取决于性能。X6070的输入输出速度是1600兆位/秒，而三星的128层闪存速度是1200兆位/秒，西数和东芝的是1200兆位/秒。其他国家的io速度没有确切的数据，估计约为1200Mbps。
因此，在IO性能方面，长江存储的X6070闪存也是第一，领先于其他厂商。从技术指标来看，长江存储的X6070闪存是国内第一个进入第一梯队的闪存，同时在容量、密度和性能上都处于领先地位，意义重大。
这也是中国首次在闪存规格上超过三星和其他大型内存工厂，标志着中国打破了美国、日本和韩国在闪存市场的定价权。
此后，在闪存规格方面，紫光可以与其他大型闪存制造商并驾齐驱，因为紫光还开发了Xtacking结构的3D与非门闪存技术，这将为3D与非门闪存带来前所未有的高性能输入/输出、更高的存储密度和更短的产品发布周期。
使用Xtacking，负责数据输入/输出和存储单元操作的外围电路可以在晶片上独立处理。这种处理方法有利于选择合适的高级逻辑处理，使与非门能够获得更高的输入输出接口速度和更多的操作功能。存储单元也将在另一个晶片上独立处理。当两个晶片分别完成时，创新的X-Xtaking技术可以在一个处理步骤中通过数百万金属通路(垂直互连通路)将两个晶片连接到电路，并且仅增加有限的成本。
2019年，长江存储再次升级了X-跟踪技术，发布了X-Xtracking 2.0，这将进一步提高与非门的吞吐率，提高系统级存储的综合性能。
当然，尽管我们已经打破了美国、日本和韩国在芯片市场上的定价权，但紫光仍需要提高产能以实现自给自足。紫光公司生产64层堆叠式3D闪存，容量为256千兆位，并配有TLC芯片。到2020年底，其生产能力将仅为每月6万片。与全球闪存芯片每月约130万片的生产能力相比，今年国内闪存芯片的生产能力仅占3%。
三星、东芝、美光和其他公司今年在生产计划和产能方面仍处于128层3D闪存的领先地位。
目前，紫光要到2021年才能完全赶上其他大型闪存工厂的产能。希望国内企业能够支持我们自己开发的闪存芯片。
此外，紫光还在开发存储芯片。除了紫光，合肥长新也在开发存储芯片。为了减少美国制裁的威胁，合肥长新重新设计了动态随机存取存储器芯片，以最大限度地减少使用源自美国的技术。
随着紫光集团和合肥长新的拳头一起出笼，中国不再需要在记忆芯片领域看西方人的眼睛。在半导体领域，中国将缓慢发展来建设我们的半导体生态。
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