2020年春季，對每一個武漢的製造企業來說，疫情讓它們的研發、生產變得無比艱難。
就是在這樣的情況下，位於武漢的長江存儲，這個國家存儲器芯片的絕對主力，卻完成了一項重大技術突破。
2020年4月10日，長江存儲在其官網發佈：
128層QLC 3D NAND 閃存（型號： X2-6070）研發成功，並已在多家控制器廠商SSD等終端存儲產品上通過驗證。作為業內首款128層QLC規格的3D NAND閃存，長江存儲X2-6070擁有業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
長江存儲發佈的128層QLC 3D NAND 閃存
相信很多小夥伴對長江存儲的技術路線有一種不明覺厲的感覺。我希望以儘可能簡單的科普語言，來跟大家解釋一下長江存儲的技術路線——Xtacking。
長江存儲在自家官網上，對於Xtacking有過概括性的介紹，總結起來就是，長存可以做到把外圍電路（periphery）和存儲陣列（cell array）在單獨的晶圓上分別製造，然後再把它們面對面的“粘貼”起來（實際上用的是wafer to wafer或者是die to die的裝配技術），以此省下了面積，獲得更高的存儲密度，同時I/O速度也獲得了提升。
外圍電路和存儲單元是個啥？
3D-NAND芯片的微觀構造，可以理解為一個大樓。
大樓裡面有很多單元門棟（稱為一個pillar），每個門棟有很多樓層，每一層有一個個小房間，就是cell，在垂直方向上，如果小房子蓋了128層，就是我們所謂的128層3D NAND芯片。
3D NAND芯片 cell array區域橫截面電鏡圖，圖片來源：https://www.semiconductor-digest.com
芯片寫入信息的時候，就是這些小房間都存入了電子，芯片擦除信息的時候，就是把小房子裡的電子“拽走”。
cell pillar與cell的結構示意圖，圖片來源：https://www.semiconductor-digest.com
外圍電路是什麼呢？雖然它本身並不起到存儲電子的作用，但是它決定了去讀取/寫入/擦除哪一個小房子裡的信息，以及一些輔助的功能，如解碼器、行選擇器、列選擇器、電流放大器等。
一般來講，3D NAND在設計的時候，外圍電路佔的面積比例越小越好，這樣更多的面積就可以用來留給cell array，實現更高的存儲密度。
所以，如果外圍電路和cell array橫向並列平鋪，面積利用比例不高，如果把外圍電路和cell array縱向堆積，面積利用比例就大大提高。長江存儲利用裝配環節的技術，把外圍電路倒扣在cell array的上方，就是縱向堆積以追求面積利用比例的一種嘗試。
“富貴險中求”的Xtacking技術
實際上，在外圍電路和cell array的縱向堆積上，直接設計在同一顆芯片裡是很容易的實現的，比如長存的競爭對手鎂光和東芝都是這麼幹的，也就是所謂的CuA（CMOS under Array）技術。
CuA NAND芯片示意圖，外圍電路設計在cell array的下面，圖片來源：Imec Technology Forum US
像長江存儲這樣將外圍電路和cell array分開製造之後再“粘起來”，雖然會帶來一些優點，比如外圍電路可以針對不同客戶定製設計，以及生產流程時間可以相應縮短，但是帶來的問題和挑戰也很大，包括但不侷限於：
1）更大的互聯電阻。
2）電路之間的overlay匹配性
3）對接表面的縱向起伏
4）長期使用的可靠性
Xtacking的架構
那麼，既然缺點也很明顯，為什麼長江存儲還要這麼做呢？直接採用CuA結構不香嗎？
香是香，但是CuA結構已經是競爭對手的專利技術，如果偷摸使用，少不了以後面臨煩不勝煩的專利訴訟，如果購買專利授權，競爭對手可能通過專利費用就把它耗死。
科普完了長存的技術路線，再來說說長存128層研發成功這件事本身的意義。
這標誌著它追平了國際大廠嗎？
業內人士都知道，實際情況並沒有這麼樂觀。
長存的官方新聞是這麼寫的:
“在多家控制器廠商SSD等終端存儲產品上通過驗證。”
“其中，128層QLC 版本將率先應用於消費級SSD，並逐步進入企業級服務器、數據中心等領域。”
“驗證通過”這一過程不是很難達到，跑個幾千上萬片晶圓，即便只有1%的良率，也可以專門挑選出良率稍高的那些晶圓作為送樣樣品來認證。
其次，3D NAND芯片的使用市場是跟它的性能等級嚴格相關的，一等貨-也就是可靠性最好、電性能最好的會分揀出來作為服務器芯片，次等貨才會流入消費級市場。而後者的利潤率只有前者的十分之一至五分之一。換句話說，假設長存128層現在已經可以量產，它和主要面對企業級市場的競爭對手相比，利潤還是低很多。更不用說競爭對手已經實現了128層量產。
所以，關於這次長存的技術突破，在我看來，頗有點像能跑進10秒大關的蘇炳添，雖然邁進了一個重大的門檻，但是前面依舊有博爾特、蓋伊等一眾好手。
雖然我暫時還不能超越你們，但跟我自己比，已經是里程碑了。而且，我依舊認為有朝一日我能超越你們！
再次祝賀長存！你是全村的希望！
