157
2020 年 4 月 13 日，武漢解封后第 6 天，國家存儲器基地支撐單位長江存儲科技有限責任公司宣布其 128 層 QLC 3D NAND 閃存（X2-6070）研發(fā)成功，并已在多家控制器廠商 SSD 等終端存儲產品上通過驗證。?
?
長江存儲 X2-6070 128L QLC 1.33Tb 3D NAND
作為業(yè)內首款 128 層 QLC 規(guī)格的 3D NAND 閃存，長江存儲 X2-6070 擁有業(yè)內已知型號產品中最高單位面積存儲密度，最高 I/O 傳輸速度和最高單顆 NAND 閃存芯片容量。此次同時發(fā)布的還有 128 層 512Gb TLC（3 bit/cell）規(guī)格閃存芯片（X2-9060），以滿足不同應用場景的需求。
這是長江存儲三年發(fā)起的三大戰(zhàn)役的終極戰(zhàn)。2018 年 32 層 3D NAND 閃存成功進入市場，實現(xiàn)中國 3D NAND 產品零的突破；2019 年 9 月 64 層 3D NAND 閃存成功突破，標志著長江存儲實現(xiàn)自主創(chuàng)新，走出了一條高端芯片設計制造之路；2020 年 4 月，128 層 3D NAND 成功發(fā)布，標志著長江存儲朝世界第一梯隊邁進。
長江存儲市場與銷售高級副總裁龔翊（Grace）表示，作為閃存行業(yè)的新人，長江存儲用短短 3 年時間實現(xiàn)了從 32 層到 64 層再到 128 層的跨越。這既是數千長存人汗水的凝聚，也是全球產業(yè)鏈上下游通力協(xié)作的成果。隨著 Xtacking? 2.0 時代的到來，長江存儲有決心，有實力，有能力開創(chuàng)一個嶄新的商業(yè)生態(tài)，讓我們的合作伙伴可以充分發(fā)揮他們自身優(yōu)勢，達到互利共贏。
?
Xtacking 2.0：進一步釋放潛能
在 2018 年 8 月 7 日，長江存儲對外發(fā)布了其突破性 3D NAND 架構 Xtacking。Xtacking 為 3D NAND 閃存帶來前所未有的高性能，更高的存儲密度，以及更短的上市周期。
Xtacking 架構可在一片晶圓上獨立加工負責數據 I/O 及記憶單元操作的外圍電路，有利于選擇合適的先進邏輯工藝，以讓 NAND 獲取更高的 I/O 接口速度及更多的操作功能。存儲單元同樣也將在另一片晶圓上被獨立加工。當兩片晶圓各自完工后，創(chuàng)新的 Xtacking 技術只需一個步驟就可通過數十億根金屬 VIA（Vertical Interconnect Accesses，垂直互聯(lián)通道）將二者鍵合接通電路，而且只增加了有限的成本。
其次，傳統(tǒng)的 3D NAND 架構中，外圍電路約占芯片面積的 20~30%，降低了芯片的存儲密度。隨著 3D NAND 技術堆疊到 128 層甚至更高，外圍電路可能會占到芯片整體面積的 50%以上。而長江存儲的 Xtacking 技術將外圍電路置于存儲單元之上，從而實現(xiàn)比傳統(tǒng) 3D NAND 更高的存儲密度。
第三．Xtacking 技術充分利用存儲單元和外圍電路的獨立加工優(yōu)勢，實現(xiàn)了并行的、模塊化的產品設計及制造，產品開發(fā)時間可縮短三個月，生產周期可縮短 20%，從而大幅縮短 3D NAND 產品的上市時間。此外，這種模塊化的方式也為引入 NAND 外圍電路的創(chuàng)新功能以實現(xiàn) NAND 閃存的定制化提供了可能。
而伴隨著 128 層閃存的發(fā)布，長江存儲已經將 Xtacking 升級到 2.0，進一步釋放 3D NAND 閃存的潛力。
據了解，在 I/O 讀寫性能方面，128 層 QLC 3D NAND（X2-6070）及 128 層 512Gb TLC（X2-9060）均可在 1.2V Vccq 電壓下實現(xiàn) 1.6Gbps（Gigabits/s 千兆位 / 秒）的數據傳輸速率，為當前業(yè)界最高。由于外圍電路和存儲單元分別采用獨立的制造工藝，CMOS 電路可選用更先進的制程，同時在芯片面積沒有增加的前提下 Xtacking?2.0 還為 3D NAND 帶來更佳的擴展性。未來，長江存儲將與合作伙伴攜手，構建定制化 NAND 商業(yè)生態(tài)，共同推動產業(yè)繁榮發(fā)展。
QLC：再攀高峰
?
由于閃存顆粒中存儲密度存在差異，所以閃存又分為 SLC、MLC、TLC 和 QLC。
SLC = Single-Level Cell（單層存儲單元），即 1bit/cell，速度快壽命最長，約 10 萬次讀寫壽命，價格貴。
MLC = Multi-Level Cell（雙層存儲單元），即 2bit/cell，速度一般壽命一般，約 3000-10000 次讀寫壽命，價格一般。
TLC =Trinary-Level Cell（三層存儲單元），即 3bit/cell，速度慢壽命最短，約 1000-3000 次讀寫壽命，價格便宜。
QLC =Quad-Level Cell（四層存儲單元，即 4bits/cell，成本更低，容量更大，但壽命更短，理論可讀寫 1000 次。
如何理解 SLC、MLC、TLC 和 QLC，有存儲專家曾以停車場為例說明。SLC 級停車場一次只能停一輛車，車輛來去方便自如，效率很高，也不容易出現(xiàn)錯誤，但使用效率不高，所以壽命長，成本相對較高；MLC 級停車場一次可以停放兩輛車，就需要調度，速度就會稍慢，但空間使用率提高了，所以壽命也會變短一點；TLC 級停車場可以同時停放三輛車，車輛進出的調度也就更復雜，速度更慢，且容易出現(xiàn)錯誤，壽命更短；而 QLC 級停車場可以同時停放 4 輛車，車輛進出的調度也就更復雜，但成本降下來了，不過壽命也會相應減短。
但不管如何，每 Cell 單元存儲數據越多，單位面積容量就越高，但同時導致不同電壓狀態(tài)越多，越難控制，所以導致顆粒穩(wěn)定性越差，壽命低，所以說 SLC、MLC、TLC 和 QLC 各有利弊。
不過，QLC 是繼 TLC 后 3D NAND 新的技術形態(tài)，具有大容量、高密度等特點，適合于讀取密集型應用。128 層 QLC 3D NAND（X2-6070）閃存芯片擁有 128 層三維堆棧，共有超過 3665 億個有效的電荷俘獲型（Charge-Trap）存儲單元 ，每個存儲單元可存儲 4 字位（bit）的數據。如果將記錄數據的 0 或 1 比喻成人，一顆長江存儲 128 層 QLC 芯片相當于提供 3,665 億個房間，每個房間住 4 人，共可容納約 14,660 億人居住，也就是說可以住下 100 倍的地球人口。換算成字位，可提供 1.33Tb 的存儲容量。
全球 128 層同布發(fā)布
國際五大存儲大廠也相繼發(fā)布了 128 層 3D NAND 的情況。
三星于 2019 年 6 月推出第六代 V-NAND?128 層 TLC 3D NAND，存儲容量 256Gb，8 月實現(xiàn)量產，11 月將存儲容量提高到單顆芯片 512Gb 水平。
SK 海力士于 2019 年 6 月 SK 海力士宣布推出業(yè)內首款 128 層 TLC 4D NAND Flash，具有超過 360 億個 NAND 單元，每個 NAND 單元存儲 3 位元，容量為 1Tb。11 月份向主要客戶交付基于 128 層 1Tb 4D NAND 的工程樣品，包括 1TB UFS 3.1、2TB 客戶端 cSSD、16TB 企業(yè)級 eSSD，2020 下半年都將大規(guī)模量產出貨。
美光于 2019 年 10 月宣布推出第四代 128 層 3D NAND，并實現(xiàn)量產，將在 2020 年第二季度開始出貨， 預估 2021 年 3D NAND 將全面進入 128 層時代。
鎧俠于 2020 年年 1 月 31 日發(fā)布 112 層 TLC 3D NAND，量產時間預計將在 2020 年下半年。
英特爾大連式廠將于 2020 年量產 144 層 QLC 3D NAND 產品。
長江存儲的 128 層 3D NAND 閃存發(fā)布時間基本與國際廠商保持了同步。
長江存儲通過對技術創(chuàng)新的持續(xù)投入，已成功研發(fā) 128 層兩款產品，并確立了在存儲行業(yè)的技術創(chuàng)新領導力。憑借 1.6Gb/s 高速讀寫性能和 1.33Tb 高容量，長江存儲通過 X2-6070 再次向業(yè)界證明了 Xtacking?架構的前瞻性和成熟度，為今后 3D NAND 行業(yè)發(fā)展探索出一條切實可行的路徑。
龔翊（Grace）強調，長江存儲 128 層系列產品將會為合作伙伴帶來更大的價值，具有廣闊的市場應用前景。其中，128 層 QLC 版本將率先應用于消費級 SSD，并逐步進入企業(yè)級服務器、數據中心等領域，以滿足未來 5G、AI 時代多元化數據存儲需求。
