最重要的內存芯片是DRAM(內存)和NAND flash(閃存)。2018年,中國進口芯片312億美元(中國進口額最高超過石油),其中存儲芯片占集成電路進口總值的39%,達到1230.6億美元。在6543.8+0230.6億美元的存儲芯片中,高達97%是DRAM和FLASH。
1968年,Dennard經過長時間的研究,終於發明了壹種基於單晶體管設計的存儲單元,可以存儲壹點數據。此後,存儲芯片的壟斷從美國到日本,再到現在的韓國。三星、美光、海力士已經占據了全球DRAM芯片96%的市場份額。
1984年,東芝的Fujio首先提出了ULSI的概念,但東芝並沒有重視,英特爾先開發了。Fujio大無畏,在1987年提出了NAND的概念,並和10的同事壹起開發,各有特色。僅僅三年就成功了。
現在閃存技術已經發展了26年,被美國、日本、韓國的三星、東芝、美光、海力士、英特爾壟斷。
這些企業掌握了內存和閃存的定價權,隨意操縱價格。2010三星等企業非法操縱閃存價格,在歐美被罰高價。
目前主流的閃存技術是3D NADA,3D NAND是壹種新型的閃存。通過將存儲單元堆疊在壹起,解決了2D或平面NAND閃存帶來的限制。
普通NAND是平房,所以3D NAND是高層,建築面積突然變大了。理論上可以無限堆疊。
層數的增加意味著對工藝和材料的要求會提高。此外,當堆疊層數增加時,存儲疊層的高度也增加,但是每層的厚度在減小。
每升級壹次,堆疊厚度會變成1.8倍,層厚會變成0.86倍。
2016之前,中國的存儲芯片市場為零,所以很容易被國外封殺。此時,紫光集團成立長江存儲,攻克閃存技術。
2016年至201117年,紫光集團斥資10億美元,1000人的R&D團隊用兩年時間研制成功國內首款32層3D NAND存儲芯片。這標誌著中國存儲芯片實現了0的起步。
2019年5月,紫光成功研發64層堆棧閃存芯片,僅落後三星96層堆棧1代。要知道,64層堆棧3D NAND閃存是2018年量產的。
根據產品規劃,三星、東芝等閃存廠商將在2020年量產128層堆疊式閃存,但紫光跳過了96層的研發,直接攻關128層閃存。
2020年4月13日,長江存儲科技股份有限公司宣布,旗下128層QLC 3D NAND閃存(型號:X2-6070)研發成功,已在多家控制器廠商的SSD等終端存儲產品中通過驗證,領先三星等企業。
長江存儲X2-6070是業界首款128層QLC 3D NAND閃存,擁有業界最高的單位面積存儲密度、最高的I/O傳輸速度和最高的單個NAND閃存芯片容量。
同時發布了單個容量為512Gb(64GB)的128層512Gb TLC(3 bit/cell)閃存芯片(型號:X2-9060),滿足不同應用場景的需求。
根據Techinsihts的3D flash路線圖和廠商數據,三星的110+層(有128和136不同級別)3D flash核心容量可以達到QLC 1Tb。美光的128層,SK海力士的128層,英特爾的144層QLC閃存也是1Tb核心容量。東芝/西部數據的112層BiCS 5技術閃存堆棧可以實現QLC 1.33Tb容量。
在容量方面,長江存儲的X2-6070 QLC閃存與東芝/西部數據處於同壹水平,比其他廠商高出33%。
除了容量,還要看性能。X2-6070的IO速度是1600Mbps,三星的128層閃存是1200Mbps,西部數據和東芝也是1200Mbps。其他公司的IO速度沒有確切數據,估計是1200Mbps。
所以在IO性能上,長江存儲的X2-6070閃存也是第壹,領先於其他廠商。從技術指標上看,長江存儲的X2-6070閃存是國產閃存首次進入第壹梯隊,同時在容量、密度、性能上領先,意義重大。
這也是中國在閃存規格上首次超越三星等內存廠商,標誌著中國在閃存市場上打破了美日韓的定價權。
紫光之所以能在閃存規格上與其他閃存廠商處於同壹梯隊,是因為紫光還開發了Xtacking結構的3D NAND閃存技術,這將為3D NAND閃存帶來前所未有的I/O高性能、更高的存儲密度和更短的產品上市周期。
Xtacking可用於獨立處理負責數據I/O和晶圓上存儲單元操作的外圍電路。這種處理方法有利於選擇合適的先進邏輯技術,使NAND獲得更高的I/O接口速度和更多的操作功能。存儲單元也將在另壹個晶片上獨立處理。當兩個晶片分別完成時,創新的Xtacking技術可以在壹個處理步驟中通過數百萬個金屬過孔(垂直互連通路)將它們鍵合在壹起,並且只會增加有限的成本。
2019年,長江存儲再次升級Xtacking技術,發布Xtacking2.0,將進壹步提升n and的吞吐量,提升系統級存儲的綜合性能。
當然,雖然我們在芯片市場上打破了美日韓的定價權,但是紫光還是需要增加產能來實現自給自足。紫光已量產64層堆疊式3D閃存,容量為256Gb。到2020年底,產能只有每月6萬片。相比全球閃存芯片月產能約654.38+0.3萬片,今年國內閃存產能占比僅為3%。
三星、東芝、美光等公司今年在128級別3D閃存上的生產進度和產能依然領先。
目前紫光在2021年將完全趕上其他閃存廠商的產能。希望到時候國內企業能支持我們自己的閃存芯片。
此外,紫光也在攻關內存芯片。除了紫光,合肥長信也在攻關內存芯片。為了減少美國制裁的威脅,合肥長信重新設計了DRAM芯片,盡量減少使用美國制造的技術。
隨著紫光集團和合肥長信的雙拳出鞘,中國現在在存儲芯片領域不用看西方的眼色了。在半導體領域,中國會慢慢發展,從而構建我們自己的半導體生態。