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长江存储为破局而生?64层3D NADA闪存量产后,越阶直上128层究竟是好是坏?

来源: 芯扒客 2019/9/9 浏览量:3324 关键词: 长江存储 64层3D NADA 越阶

今天,长江存储正式对外界宣布:公司已开始量产基于Xtacking架构的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存,以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。

 

作为中国首款64层3D NAND闪存,该产品将亮相IC China 2019紫光集团展台。未来将推出集成64层3D NAND闪存的固态硬盘、UFS等产品,以满足数据中心,以及企业级服务器、个人电脑和移动设备制造商的需求。

 

长江存储64层3D NAND闪存晶圆

 

这意味着中国打破了多年由美企(英特尔等)、韩企(三星、SK海力士、美光等)主导的存储芯片市场。

 

长江存储的Xtacking架构还在2018年的世界闪存峰会上获得“Most Innovative Flash Memory Starup”奖,翻译成中文的意思就是:最具创新闪存创始公司。

 

创新在于Xtacking架构实现了比传统3D NADA更高的存储密度。传统的3D NADA架构中,外围电路约占芯片面积的20-30%,随着3D NADA技术堆叠的越高,外围电路占芯片整体面积的比例就越大,而Xtacking能够将外围电路置于存储单元之上,大幅提升产品的存储密度。

 

当两片晶圆各自完工后,创新的Xtacking®技术只需一个处理步骤就可通过数十亿根垂直互联通道(VIA)将两片晶圆键合。带来了更快的I/O传输速度、更高的存储密度和更短的产品上市周期。其核心容量已经提升到256Gb,达到世界主流水平,可轻松制造512GB到1TB容量的固态硬盘。
Xtacking®技术的研发成功和64层3D NAND闪存的批量生产也标志长江存储成功走出了一条高端芯片设计制造的创新之路。
 
 
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3年砸下780亿美元,长江存储为破局而生

 

根据集邦咨询半导体研究中心(DRAMeXchange)调查,2019年第二季NAND Flash(闪存)市场,三星电子继续保持龙头地位,其第二季营收达37.66亿美元,市场占比34.9%;东芝存储、西部数据、美光、SK海力士、英特尔分别以18.1%、14%、13.5%、10.3%、8.7%的市场占比位列二至六位。以上六家巨头垄断了全球的NAND FLASH市场供应,其他所有公司的市场份额仅占0.5%。
图源:集邦咨询

 

观察六大供应商发展状况,目前主流出货多在64/72层产品,并已量产92/96层的产品。今年8月6日,三星电子宣布,已开始生产业内首批 100 层 V-NAND 闪存。

 

图源:中国内存市场

 

根据长江存储发展规划,在推出64层产品后,相较于其他供应商先发展9x层的步调,但长江存储的目标是直攻128层以缩减与其他供应商的差距。

 

 

从图中可看出长江存储就像一只刚猛的黑马,势如破竹。与其他供应商的技术差距直接缩短2年左右。长江存储64层 3D NAND闪存量产,标志着中国制造的闪存芯片打破垄断,与六大供应商展开面对面的正面竞争。

 

2014年11月,中国成立国家集成电路大基金,这个基金推动中国先进集成电路产业发展。

 

2016年3月,在集成电路产业基金的支持下,武汉新芯宣布投资240亿美元在武汉打造一个世界级的半导体存储企业,集中精力研究生产NANDFLASH和DRAM。

 

项目分三个阶段部署,第一家工厂专注NAND闪存生产,第二家工厂专注DRAM芯片生产,第三个阶段的设施将专为供应商服务。请注意,第一家工厂是做NAND FLASH的,长江存储优先量产的是NAND FLASH产品。

长江存储核心厂区近况

 

2016年7月,紫光集团参与进来,各方在武汉新芯公司的基础上成立了长江存储公司并控股武汉新芯。长江存储由紫光集团子公司紫光国芯,集成电路基金、湖北国芯产业投资基金合伙企业和省科投共同出资。其中,紫光国芯出资197亿元人民币,占51.04%。

 

2017年1月,紫光集团进一步宣布投资300亿美元,在江苏南京投资建设半导体存储基地,一期投资100亿美元,建成月产能10万片,主要是生产3D NAND FLASH(闪存)、DRAM存储芯片。

 

2018年6月,紫光集团宣布投资240亿美元,在西川成都建3D闪存工厂,2018年10月中旬动工,预计2020年12月主体完工,第一期建成之后,将月产10万片,三期都完成后将拥有月产30万片的一个生产能力。

 

2019年9月,长江存储宣布量产的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存。

 

武汉工厂240亿美元+南京工厂300亿美元+成都工厂240亿美元,长江存储项目中国砸了780亿美元,NAND Flash便是长江存储最先发力的方向。

 

长江存储越阶挑战,未来将直面各大老牌供应商。但笔者认为,凡事应该求精,国产技术赶超是好事,如果在保障质量的前提下价格贵点相信很多厂商都会接纳。但如果只是技术进步,扔到市场上不被消费者接纳,将是一个大问题。
 
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闪存技术52年发展史
起源于60年代末,80年代初提出的概念。
 
1967年。贝尔实验室江大原(Dawon Kahng,韩裔)和施敏博士(Simon Sze)共同发明了浮栅MOSFET,即所有闪存,EEPROM和EPROM的基础。

 

1970年。Dove Frohman发明了第一款成功的浮栅型器件——EPROM,通过照射紫外线光擦除,在存储软件中广受欢迎,对英特尔成功推出微处理器非常重要。
 
1979-81年。Eli Harari,美国闪存存储开发商SanDisk(闪迪)创始人,当时受聘于英特尔,发明了世界上首个电可编程和可擦除存储器——EEPROM,并展望了浮栅的未来愿景——取代磁盘,但提案被当时的英特尔CEO Andy grove否决。
 
1984年。闪存之父Fujio Masuoka博士在东芝时,提交了一份关于浮栅新用途的行业白皮书,整个芯片的内容都可以在相机的闪光(flash)的瞬间被擦除。之后Masuoka博士在圣何塞举行的IEEE 1984综合电子设备大会上正式介绍了闪存(Flash Memory)。
 
1986年,英特尔推出了闪存卡概念,并且成立了专注于SSD的部门。
 
1987年,Masuoka博士又再接再厉发明了NAND闪存即2D NAND。
 
1988年。英特尔看到了闪存的巨大潜力,推出了首款商用闪存芯片,成功取代了EPROM产品,主要用于存储计算机软件。同年3月1日,Eli创立Sundisk(后更名为SanDisk闪迪),致力于让闪存更像一块磁盘用来存储数据。
 
1989年。SunDisk提交了系统闪存专利。M-Systems成立,不久推出闪存磁盘概念,这是闪存SSD的先驱。同年,英特尔发售了512K和1MB NOR Flash。Psion推出了基于闪存的PC。微软与英特尔合作推出了闪存文件系统。西部数据则与SunDisk完全模拟传统的旋转ATA硬盘,推出了基于NOR Flash的SSD。随后三星和东芝各自推出NAND闪存,擦写时间更快,密度更高,比NOR Flash成本更低,并且拥有高于十倍的耐用性。但其的I/O接口只允许顺序访问数据,适用于诸如PC卡和各种存储卡类的大容量存储设备。
 
90年代初,闪存行业以前所未有的速度迅速扩张,1991年营收达到1.7亿美元,1992年达到2.95亿美元,1993年升至5.05亿美元,1994年达到8.64亿美元,1995年直接达到了18亿美元。
 
1991年。SunDisk推出首款基于闪存的ATA SSD,容量为20MB。当时10000台IBM ThinkPad掌上笔记本电脑提供SSD取代磁盘的服务支持。东芝发布全球首个4 MB NAND闪存。柯达以13000美元的价格发售了第一台专业数码相机DSC100。Zenith Poqet和惠普在计算机展销会上展示了使用闪存卡的掌上笔记本电脑。
1992年。AMD和富士通推出了首款NOR产品。英特尔推出包括第二代FFS 2,8MB闪存芯片,4MB-20MB线性闪存卡和用于BIOS应用的1MB Boot Block NOR Flash,首次采用内部写状态机管理闪存写算法。SunDisk则推出了PCMCIA闪存卡。自1992年开始,PC开始采用闪存进行BIOS存储。
 
1993年。英特尔推出了16MB和32MB NOR Flash。英特尔和康纳联合开发了5MB/10MB ATA闪存盘。苹果在他们的Newton PDA中开始使用NOR Flash。
 
1994年。SunDisk针对SSD应用推出Compact Flash卡和18MB串行NOR Flash芯片。
 
1995年。SunDisk更名为SanDisk(闪迪)推出了34MB 串行NOR Flash,这是首款面向SSD应用的MLC闪存芯片。
1996年。东芝推出了SmartMedia存储卡,也称为固态软盘卡。三星开始发售NAND闪存。SanDisk推出了采用MLC串行NOR技术的第一张闪存卡。1997年。第一部手机开始配置闪存,消费级闪存市场就此打开。
 
1999年。NOR Flash营收超过40亿美元。东芝和SanDisk合作创建了闪存制造合资企业。美光宣布超过10亿个闪存芯片已发售。
 
2001年。东芝与SanDisk宣布推出1GB MLC NAND。SanDisk自己推出了首款NAND系统闪存产品。日立推出了AG-AND。三星开始批量生产512MB闪存设备。

 

2004年。NAND的价格首次基于同等密度降至DRAM之下,成本效应将闪存代入计算领域。
 
2005年。苹果公司推出两款基于闪存的iPod——iPod shuffle和iPod nano。微软发布混合硬盘概念。MMCA(多媒体卡协会)推出MMCmicro卡。三星率先采用70nm制程量产NAND闪存。美光也推出了NAND产品。同年超过30亿闪存芯片发售被发货。NAND总发售容量超过DRAM。
 
2006年。闪存营收超过200亿美元。英特尔推出Robson Cache Memory,现在称为Turbo Memory(迅盘)。微软推出ReadyBoost。今年对SanDisk而言是重要的一年。公司宣布推出单元存储4比特的NAND技术和microSDHC卡。与此同时,SanDisk还收购了Martix Semiconductor和M-Systems两家公司。三星和希捷展示了首款混合硬盘。美光和英特尔正式合作组建IMFT,用于制造NAND闪存。Spansion推出ORNAND闪存,并宣布开始采用65nm制程工艺生产300mm晶圆。
 
2007年。闪存营收突破220亿美元(NAND 营收145亿美元)。东芝推出eMMC NAND以及首款基于MLC SATA的固态硬盘。IMFT开始发售50nm NAND闪存。Apple正式推出了初代配置4GB或8GB闪存的iPhone。Fusion-io宣布推出基于 MLC NAND的640 GB ioDrive。BitMicro面向军事应用推出3.5英寸SSD,容量为1.6TB。Spansion收购了Saifun。戴尔对自身笔记本电脑配置加入了SSD选项,售价低于200美元的上网本加入了闪存存储。希捷推出了第一款混合硬盘——Momentus PSD。
 
2008年。SanDisk推出ABL以实现加速MLC,TLC和X4 NAND。英特尔和美光宣布推出34nm MLC NAND。东芝首次推出了512GB的MLC SATA SSD。IBM首次展示了“百万IOPS”的闪存阵列。EMC宣布将基于闪存的SSD用于企业SAN应用。苹果推出了两代MacBook Air,分别配备64GB和128GB SSD,没有硬盘选项。美光,三星和Sun Microsystems宣布推出高耐用性闪存。Violin首次推出基于全闪存的存储设备。三星宣布推出150GB 2.5英寸MLC SSD。美光推出首款串行NAND闪存。东芝开发了3D NAND结构BICS。
 
2009年。英特尔和美光推出34nm TLC NAND。三星推出首款配置64GB SSD的全高清摄录一体机。希捷进入SSD市场。SandForce推出了第一款基于数据压缩的SSD控制器。Virident和Schooner针对数据中心推出了第一款基于闪存的应用设备。Plaint推出了首款SAS SSD。SanDisk发售每单元存储4比特的SDHC和Memory Stick Pro卡。西部数据收购了SiliconSystems进入SSD市场。SanDisk推出了号称数据可保存100年的闪存存储库。
 
2010年。东芝推出基于16核堆栈的128GB SD卡。英特尔和美光公司推出25nm TLC和MLC NAND。同年,Numonyx被美光收购、SST被Microchip收购。三星开始生产64 GB MLC NAND。希捷宣布推出首款自管理混合硬盘——Momentus XT。
 
2011年。是一个收购年。LSI收购SandForce;SanDisk收购IMFT,苹果收购Anobit,Fusion-io收购IO Turbine。希捷推出了第二代Momentus XT混合硬盘,拥有8GB NAND闪存和750GB HDD存储容量。
2012年。三星创造了3D NAND,推出第一代3D NAND闪存芯片,也是第一款32层 SLC V-NAND SSD——850 PRO。SanDisk和东芝宣布推出支持128GB芯片的19nm闪存。希捷推出了结合闪存和HDD的SSHD。Elpida推出ReRAM。美光和英特尔推出20nm的128Gb NAND芯片。SK电信收购海力士半导体的控股权,SK海力士成立。Spansion推出了8Gb NOR芯片。SanDisk收购了FlashSoft。OCZ收购了Sanrad。三星收购了NVELO。英特尔收购了Nevex并推出CacheWorks。LSI推出了配置MegaRAID CacheCade缓存软件的Nytro闪存。美光推出了2.5英寸企业级PCIe SSD。

 

2013年。三星宣布推出24层3D V-NAND,并在2013年美国闪存峰会(FMS)上展示了1TB SSD。Diablo Technologies宣布推出内存通道存储技术。SMART Storage Systems将Diablo的设计纳入ULtraDIMM。西部数据和SanDisk采用iSSSD+HDD推出了SSHD。东芝推出了一系列SSHD。Everspin宣布发售STT MRAM。M.2 PCIe接口正式发布NVMe标准,以加速与闪存存储的通信。西部数据先后收购了sTec,Virident和Velobit。SanDisk收购SMART Storage Systems。美光收购了破产的日本芯片制造商尔必达。英特尔推出了英特尔缓存加速软件。
 
2014年。三星,SanDisk和东芝宣布推出3D NAND生产设备。SanDisk推出了4TB企业级SSD,还发布了128GB microSD卡。IBM宣布其eXFlash DIMM采用了SanDisk ULLtraDIMM以及Diablo的内存通道存储技术。三星还开始发售32层 MLC 3D V-NAND——850 EVO。
 
2015年。SanDisk推出InfinitiFlash存储系统。赛普拉斯半导体收购Spansion。东芝和SanDisk宣布推出48层3D NAND。英特尔和美光宣布推出384GB 3D NAND。三星推出首款NVMe m.2固态硬盘和48层 V-NAND。SanDisk推出 200GB microSDXC UHS-I卡。赛普拉斯推出4MB串行FRAM。英特尔和美光宣布推出3D XPoint Memory。英特尔还基于XPoint技术推出了Optane DIMM和SSD。
 
2016年。东芝发售了用于iPhone 7的48层TLC NAND。同年,SK海力士基于36层堆叠技术发售了用于LG V20的UFS系列产品。武汉新芯集成电路制造有限公司(XMC)在中国开设第一家NAND闪存工厂。美光展示了768GB 3D NAND。西部数据以190亿美元的价格收购SanDisk。Everspin在年底前宣布推出256MB MRAM芯片和1 GB芯片。IBM发布TLC PCM存储芯片。英特尔着手向企业级市场发售3D NAND产品,而美光则改道消费级市场发售SSD。
 
2017年,SK海力士发售72层3D NAND。东芝。英特尔发售Optane SSD。HPE(新华三)收购Nimble和Simplivity。三星与东芝/西部数据发售96层3D NAND。美光发售字符串堆栈3D NAND。Everspin发布1GB STT-MRAM芯片样品。同年,2005年成立的闪存阵列老牌厂商Violin Memory破产后被私有化,目前已重回存储舞台。
 
2018年,贝恩资本财团完成对东芝闪存业务的180亿美元收购案。英特尔发布Optane DC(数据中心)持久性内存。三星发布告诉Z-SSD。国家集成电路产业投资基金一期针对国内半导体行业投资1387亿元,共公开投资了23家国内半导体企业。紫光集团旗下长江存储研发32层3D NAND芯片并在年底量产,更计划在2020年跳过96层3D NAND,直接进入128层堆叠。同年,混合闪存初创公司Tintri申请破产,其资产被HPC存储供应商DDN以6000万美元购得。
 
2019年。英特尔与美光正式结束在NAND Flash技术方面长达14年的合作关系,有业内人士认为英特尔可能会考虑与NAND供应商合作开发芯片与/或SSD,SK海力士赫然在列。同年,全球公有云巨头AWS宣布收购基于NVMe over fabric(NVMe-oF)技术做全闪存阵列的存储公司E8,不断变化与发展的闪存市场还在前行中,无论如何,对闪存未来,我们无比期待。

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