长江存储Xtacking 2.0技术曝光

2019年05月15日

5月15日，在GSA Memory 论坛的下半场，长江存储联席首席技术官汤强做了题为《三维闪存技术发展的展望》的主题演讲，并透露将在今年8月正式推出Xtacking 2.0技术。

正如前面所提到的，现在我们正处于一个数据大爆炸的时代，数据增长速度和存储能力的增长是严重不对等的。汤强表示，预计到2022年，NAND的容量需求将会接近2015年的10倍，并将持续增长下去。但是实际上，存储容量的增长是远远落后于需求的增长的。

下面这张PPT展示的是实际所需求的数据吞吐量和存储对数据的吞吐量之间的差距正在越来越大。

目前为了追求更高的存储容量，存储技术正从MLC向TLC向QLC等发展，但是这会带来越来越多的系统成本。

另外，对于越来越多、越来越复杂的各种应用场景的需求，实际上是需要越来越多的定制化的存储方案来与之对应。但是一项新的存储解决方案的开发往往需要12-18个月的周期。

对应以上三大挑战所带来的问题的根源，汤强将其归结为存储的I/O接口速度、容量密度和上市周期。

对此，去年长江存储推出了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。

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。

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低。而随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围电路所占据的芯片面积或将达到50%以上。而Xtacking技术则可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。

据了解，目前长江存储即将于今年年底量产的64层 Xtacking 3D NAND的存储密度仅比竞品96层的3D NAND低10~20%。而下一代，长江存储将直接跳过96层堆叠，直接进入128层堆叠的研发。

另外，据芯智讯了解，长江存储的128层3D NAND规划的最大存储容量可以达到1.33Tbits（大约166GB）。相比之下，三星去年量产的第五代V-NAND采用96层堆叠设计，单模容量仅为256Gb。

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Toggle DDR，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。