长江存储128层TLC闪存拆解：存储密度高达8.48Gb/mm²远超三星等_长江_芯片

近日，国外威信研究机构Tech Insights对长江存储的128层TLC 3D闪存进行了芯片级的拆解，创造其存储密度达到了目前业界最高的8.48 Gb/mm²，远高于三星、美光、SK海力士等一线NAND芯片大厂。

据先容，Tech Insights拆解的是Asgard（阿斯加特）的PCIe4.0 NVMe1.4 AN4 1TB SSD，其内部采取的正是长江存储的128层TLC 3D NAND 闪存芯片，这也意味着长江存储128层TLC 3D NAND 闪存芯片已量产。
该SSD硬盘的PCB上统共四颗256GB NAND闪存，单个封装内是4颗芯片，也便是说单颗芯片容量为512Gb。
该NAND闪存的型号为YMN09TC1B1HC6C（日期代码：2021 9W）。

△长江存储512 Gb 128层3D TLC NAND 芯片的外不雅观，型号为YMN09TC1B1HC6C

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落。
而随着3D NAND技能堆叠到128层乃至更高，外围电路所霸占的芯片面积或将达到50%以上。
而Xtacking技能则是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。

以是，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC芯片同样也是采取了两个晶圆来集成3D NAND，因此拆解后可以找到两个die，一个用于NAND阵列的die，另一个用于CMOS外围电路的die。

△长江存储512 Gb 128层Xtacking 2.0 3D TLC NAND die标记 （ CDT1B）

△长江存储512 Gb 128层Xtacking 2.0 3D TLC NAND芯片COMS外围的die标记（CDT1A 或 CDT1B）

作为比拟，上一代的64层 Xtacking 1.0架构的TLC NAND die标记为（Y01-08 BCT1B） 和 CMOS外围电路die 标记为（Y01A08 BCT1B）。

根据Tech Insights的实测，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC的die尺寸为60.42mm²，这也意味着其单位密度增加到了8.48 Gb/mm2， 比 256Gb 64层的Xtacking 1.0 die 赶过了92% 。
读取速率达到了7500 MB/s，写入速率也高达5500 MB/s。

△长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND的die平面图

CMOS外围电路die则集成了页缓冲器、列解码器、电荷泵、全局数据通路和电压发生器/选择器。

△长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的CMOS外围电路die平面图

Tech Insights称，长江存储128层Xtacking 2.0单元体系构造由两个通过层接口缓冲层连接的层组成，这与KIOXIA 112L BiCS 3D NAND构造的过程相同。
单元大小、CSL间距和9孔VC布局与以前的64L Xtacking 1.0单元保持相同的设计和尺寸（水平/垂直方向间距）。
门的总数为141（141T），包括用于TLC操作的选择器等。

△垂直方向的长江存储3D NAND单元构造，以及注释为32L（T-CAT带39T）、64L（Xtacking 1.0带73T）和128L（Xtacking 2.0带141T）的门的总数。

Tech Insights表示，长江存储128层Xtacking 2.0上层有72个钨闸门，下层有69个闸门。
包括BEOL Al、NAND die和外围逻辑管芯在内的金属层总数为10，这意味着与64L Xtacking 1.0工艺集成比较，外围逻辑管芯中增加了两个铜金属层。
通道VC孔高度增加一倍，为8.49µm。

△长江存储三代3D NAND的比较：Gen1（32L）、Gen2（64L，Xtacking 1.0）和Gen3（128L，Xtacking 2.0）。

与三星 （V-NAND）、美光 （CTF CuA） 和 SK海力士（4D PUC） 的现有128层512 Gb 3D TLC NAND 芯片的die尺寸比较，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的die尺寸更小，单位密度最高。

长江存储128层TLC NAND die平面支配图和两层阵列构造与美光和SK海力士相同，但长江存储的每个字符串的选择器和虚拟WL数为13，小于美光和SK 海力士（两者均为147T）。
由于长江存储所采取的Xtacking稠浊键合方法，使得其利用的金属层数量远高于其他产品。

△128层512 Gb 3D TLC NAND产品的比较，包括刚刚发布的YMTC 128L Xtacking 2.0 3D NAND。

从上面的比拟数据来看，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的单位存储密度达到了8.48b/mm²，远高于三星的6.91Gb/mm²、美光的7.76Gb/mm2、SK海力士的8.13Gb/mm²，达到了目前业界最高单位存储密度。

目前长江存储Xtacking 2.0架构的512Gb 128层TLC NAND芯片已量产。
虽然三星、SK海力士、美光等厂商也在致力于开拓176层3D NAND闪存芯片，但是他们目前最前辈的量产产品还是128层。

作为一家成立仅数年的国产NAND Flash闪存芯片厂商，长江存储在国外巨子已领跑数十年的存储技能领域，能够在如此短的韶光内追遇上来，并且取得技能上的领先，实属不易。

编辑：芯智讯-浪客剑 资料来源：Tech Insights