2020年4月13日,长江存储科技有限责任公司(以下简称;长江存储)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。

长江存储突破128层QLC闪存:单颗容量1.33Tb、最快年底量产
长江存储X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND

据介绍,长江存储X2-6070是业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存,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。

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),单颗容量512Gb(64GB),以满足不同应用场景的需求。

长江存储市场与销售高级副总裁龚翊(Grace)表示:;作为闪存行业的新人,长江存储用短短3年时间实现了从32层到64层再到128层的跨越。这既是数千长存人汗水的凝聚,也是全球产业链上下游通力协作的成果。随着Xtacking? 2.0时代的到来,长江存储有决心,有实力,有能力开创一个崭新的商业生态,让我们的合作伙伴可以充分发挥他们自身优势,达到互利共赢。

Xtacking 2.0加持,性能再度提升

作为存储行业的新入局者,早在2020年,长江存储就推出了自研的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。

据介绍,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。

长江存储突破128层QLC闪存:单颗容量1.33Tb、最快年底量产

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ToggleDDR,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。

得益于Xtacking架构对3D NAND控制电路和存储单元的优化,长江存储64层TLC产品在存储密度、I/O性能及可靠性上都有不俗表现,去年上市之后广受好评。

而在长江存储此次发布的128层系列产品中,已全面升级到Xtacking 2.0,进一步提升NAND吞吐速率、提升系统级存储的综合性能,进一步释放3D NAND闪存潜能。

首先,在I/O读写性能方面,此次发布的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。

其次,在单dIE容量方面,3D QLC单颗容量高达1.33Tb,是上一代64层的5.33倍。

另外,由于外围电路和存储单元分别采用独立的制造工艺,CMOS电路可选用更先进的制程,同时在芯片面积没有增加的前提下Xtacking 2.0还为3D NAND带来更佳的扩展性。

长江存储表示,通过对技术创新的持续投入,已成功研发128层两款产品,并确立了在存储行业的技术创新领导力。凭借1.6Gb/s高速读写性能和1.33Tb高容量,长江存储通过X2-6070再次向业界证明了Xtacking架构的前瞻性和成熟度,为今后3D NAND行业发展探索出一条切实可行的路径。未来,长江存储将与合作伙伴携手,构建定制化NAND商业生态,共同推动产业繁荣发展。

龚翊(Grace)强调:;我们相信,长江存储128层系列产品将会为合作伙伴带来更大的价值,具有广阔的市场应用前景。其中,128层QLC 版本将率先应用于消费级SSD,并逐步进入企业服务器、数据中心等领域,以满足未来5G、AI时代多元化数据存储需求。

最快今年年底量产

今年1月16日,长江存储召开市场合作伙伴年会,在会上,长江存储就曾宣布将跳过96层堆叠闪存技术,直接投入128层闪存的研发和量产工作。

随后在上周,长江存储CEO杨士宁在接受采访时最新表示,受新冠疫情影响,128层闪存的研发进度在短期确实会有所波及,但长江存储已实现全员复工,各项进度正在抓紧追赶,从中长期来看,这次疫情并不会影响总体进度。

杨士宁还特别强调,128层闪存技术会按计划在2020年推出。也就是说此次发布的的128层QLC 3D NAND有望年底量产。

龚翊今天在接受媒体采访时也表示:;长江存储128层产品的量产时间大约是在今年年底到明年上半年,公司会根据量产进程的展开逐步提升良率。

虽然在最初32层3D NAND量产时,长江存储的产品与国际大厂相比落后了4-5年,但是随着去年64层3D NAND的量产,差距已经进一步缩小到了2年左右,并且得益于自研的Xtacking技术,使得长江存储的64层产品的密度进一步提升,接近于国际厂商96层产品的水平。

而现在,由于直接跳过了96层,这也使得长江存储的128层产品已经与国际厂商开始处于同一水平线上。并且,这次全球首发的128层QLC 3D NAND产品,还领先于业界主要对手。

长江存储联席首席技术官汤强也表示:;我们在短期内就能把128层的TLC和QLC验证成功,证明我们和合作伙伴已经具备国际领先的研发实力。

资料显示,三星于2019年6月推出128层TLC 3D NAND,存储容量256Gb,8月实现量产,11月将存储容量提高到单颗芯片512Gb水平。SK海力士2019年6月发布128层TLC 3D NAND,预计2020年进入投产阶段。美光2019年10月宣布128层3D NAND流片出样。铠侠今年1月31日发布112层TLC 3D NAND,量产时间预计将在2020 年下半年。

可以看出,国际存储厂商发布与量产128层3D NAND量产的时间基本落在2019-2020年,但是在QLC、I/O速度等方面,长江存储确实走在了国际厂商的前面。

QLC将成赢利点

QLC是继TLC(3 bit/cell)后3D NAND新的技术形态,具有大容量、高密度等特点,适合于读取密集型应用。每颗X2-6070 QLC闪存芯片拥有128层三维堆栈,共有超过3,665亿个有效的电荷俘获型(ChARge-Trap)存储单元 ,每个存储单元可存储4字位(bit)的数据,共提供1.33Tb的存储容量。

如果将记录数据的0或1比喻成数字世界的小;人,一颗长江存储128层QLC芯片相当于提供3,665亿个房间,每个房间住4;人,共可容纳约14,660亿;人居住,是上一代64层单颗芯片容量的5.33倍。

虽然QLC在写入性能和擦写次数方面与TLC相比确实有一定差距,但是可以通过技术手段在一定程度上进行弥补和优化,同时,QLC所带来的存储密度和成本优势更加的突出的。

据长江存储介绍,其对QLC的性能上进行了改善,特别是在读取能力方面,读取速度更快,延迟时间更短。目前的在线应用如在线会议、在线视频、在线教育等,更多表现为对存储器读取能力的需求上,一次性写入之后更多是从数据库进行数据的读取,而非频繁写入。因此,在这方面QLC存储器是有其应用优势的。

此外,在成本方面,QLC产品会与同世代TLC也会进一步拉开距离,价格优势将会表现出来。

闪存和SSD领域知名市场研究公司Forward Insights创始人兼首席分析师Gregory Wong认为:;QLC降低了NAND闪存单位字节(Byte)的成本,更适合作为大容量存储介质。随着主流消费类SSD容量迈入512GB及以上,QLC SSD未来市场增量将非常可观。

Gregory同时表示:;与传统HDD相比,QLC SSD更具性能优势。在企业级领域, QLC SSD将为服务器和数据中心带来更低的读延迟,使其更适用于AI计算,机器学习,实时分析和大数据中的读取密集型应用。在消费类领域,QLC将率先在大容量U盘,闪存卡和SSD中普及。

龚翊也指出:;我们认为128层相对原来的64层和32层的产品,更具成本竞争力,我们也很期待产品发布以后,会有更好的市场表现。而且我们有信心在128层这代产品上可以实现盈利。