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　　解析长江存储闪存新品特点，国产存储器打响替代战

　　.第三代半导体商用提速，抢滩8英寸碳化硅，在“新基建”领域有何作为？

　　.上车即爆发，高压快充助力，碳化硅或迎来市场大爆发

　　今日，国产闪存供应商在2022年闪存峰会（FMS）上宣布，公司正式推出了基于晶栈®3.0（Xtacking®3.0）技术的第四代TLC三维闪存X3-9070。据长江存储介绍，与上一代产品，新的X3-9070拥有更高的存储密度，更快的IO速度，并采用6-plane设计。

　　首先在性能方面，据介绍，X3-9070实现高达2400MTs的IO传输速率，符合ONFI5.0规范，这相较于长江存储上一代产品实现了50%的性能提升；再看密度方面，得益于晶栈®3.0的架构创新，X3-9070成为了长江存储历史上密度的闪存颗粒产品，能够在更小的单颗芯片中实现1Tb的存储容量；，得益于创新的 6-plane设计，X3-9070相比传统4-plane，性能提升50%以上，同时功耗降低25%，能效比显著提升，可为终端用户带来更具吸引力的总体拥有成本（TCO）。

　　按照长江存储执行副总裁陈轶所说，X3-9070闪存颗粒是长江存储近年来在三维闪存领域的匠心之作，它拥有出色的性能表现和极高的存储密度，能够快速高效地应用于主流商用场景之中。

　　“面对蓬勃发展的5G、云计算、物联网、自动驾驶、人工智能等新技术带来的全新需求和挑战，长江存储将始终以晶栈®为基点，不断开发更多高品质闪存产品，协同上下游存储合作伙伴，用晶栈®为存储产业赋能，践行‘成为存储技术的者，全球半导体产业的核心价值贡献者’的使命和责任。”陈轶强调。

　　缩小和国际的技术差距

　　作为一家成立刚满六年的公司，长江存储的发展称得上“神速”，公司也在这短短几年间，缩短了公司和国际的差距，这从长江存储上述的介绍中可见端倪。

　　先看“6-plane设计”。在上文谈到的“232层闪存”的文章中，我们有简单披露了这个设计给闪存带来的好处。但其实在美光和长江存储跨入这个设计之前，行业的主流是使用“4-plane设计”。

　　按照anadtech报道，将 NAND 闪存die分为四个平面允许die并行处理更多操作，但不会使其表现得非常像四个独立的die，这样做也使其并行执行的操作存在限制：例如，同时写入仍然必须转到每个平面（plane）内的同一字线。但随着闪存die中平面数量的增加，制造商一直在努力放松其中的一些限制。从几年前开始，制造商已经引入了独立的multi-plane读取，这意味着不同平面中的同时读取对每个平面内正在读取的位置没有任何限制——这是随机读取吞吐量的一大胜利。

　　anadtech的报道进一步指出，现在，对multi-plane操作的另一个限制正在放宽：不同平面的读取操作的时序不需要排队。这使得一个平面可以从 SLC 页面（ pages）执行多个读取，而另一个平面正在从 TLC 或 QLC 页面执行单个较慢的读取。此功能称为异步独立（多）平面读取（ Asynchronous Independent (Multi-)Plane Read）。

　　这样做的实际效果是，对于读取操作，一个大型 4 平面die现在可以匹配四个较小的 1 平面die的性能。这减轻了更高的每裸片容量给每个通道只有一个或两个裸片的 SSD 带来的许多性能劣势。

　　从这个关于plane的介绍中我们可以看到，长江存储这个增加plane的意义。

　　再看ONFI（Open NAND Flash Interface的缩写）标准。据了解，这是由英特尔，美光，海力士，台湾群联电子，SanDisk， 索尼，飞索半导体为首宣布统一制定的连接NAND闪存和控制芯片的接口标准，当初制定ONFI标准的主要目的是统一当时混乱的闪存标准。ONFI 方面也表示，其存在是致力于通过标准化 NAND 闪存接口来解决主机系统必须适应供应商设备等问题，减少供应商和代际不兼容并加速新 NAND 产品的采用，ONFI 5.0则是该标准的版本。

　　资料显示，ONFI 5.0于 2021 年 5 月发布，能将 NV-DDR3 IO 速度扩展至 2400MTs。引入了速度高达 2400MTs 的新型 NV-LPDDR4 低功耗接口。使用 NV-LPDDR4 接口，则定义了可选的数据总线反转 (DBI) 功能。此外，新标准还添加了新的更小尺寸 BGA-178b、BGA-154b 和 BGA-146b 封装规范。

　　通过上述介绍以及对比早前DigiTimes“传长江存储将跳过原定192层技术，直接挑战232层NAND”的报道，我们可以初步认为长江存储的新一代闪存是232层的设计。从当前的时间节点看来，长江存储的这次发布仅落后于美光，成为全球第二家跨入200层的闪存企业，缩短了与国际的差距。

　　虽然取得了进步，但是我们也必须承认，我们和国际还存在明显的差距。例如长江存储在介绍中表示，公司可以再单颗芯片中实现1Tb的存储容量。对比美光的描述，他们能够在单颗芯片中实现2Tb的存储容量。此外，按照长江存储的说法，公司目前只是发布了产品，在笔者看来，这大概率是处于送样阶段。但按照美光的说法，他们已经应该量产了，这中间的差距也是显而易见的。

　　存储芯片需求攀升

　　半导体存储器从易失性角度分为随机存储器RAM和只读存储器 ROM 两种。目前市场主流的半导体存储器以 DRAM（动态随机存储）、NAND Flash和NOR Flash。

　　DRAM集成度高、功耗低、存取速度慢。从存储能力来说，DRAM所能提供的存储容量更大，访问时间较长。NAND 容量大、单位容量成本低，NOR 读取速度快、可靠性高、擦除速度快。多应用于嵌入式系统采用的DOC及闪盘。

　　根据IC Insights数据，2021年，全球存储器IC市场超过1550亿美元，其中56%预计将来自于DRAM产品，约41%由NAND存储器的销售产生。

　　伴随云计算、人工智能和物联网等重要趋势推动数据大爆炸时代的来临，并助推了未来几年存储需求的强劲增长。与集成电路其他产品相比，存储芯片的收入近年内将经历*快速的增长，预计2020年至2025年的复合年增长率将超过9%。

　　Yole数据显示，作为全球存储重要市场，中国存储芯片市场规模由2014年的1274亿元增长至2019的2697亿元，年均复合增长率达到16.18%。

　　国产存储亟需一场革命

　　不同存储器拥有各自的职责：SRAM速度够快，通常作为中央处理器缓存使用；DRAM价格低廉、容量大，通常用作内存；NOR Flash通常用于代码存储；NAND Flash则用于大数据量存储。

　　SRAM拥有独特的结构，至今仍未有新产品能够撼动其在缓存领域的应用。但SRAM价格昂贵，全球市场占比始终较小。2021年北京君正并购了北京矽成，补充了SRAM这一产品路径。

　　国内DRAM芯片起步较晚，必然会在专利上受到限制。合肥长鑫经历整整20年时间才攒出一支可用之师，其DRAM技术主要来自于已破产的德系DRAM厂商奇梦达。但DRAM未来市场广阔，特别在芯片缺乏的基调下，是国产继续扩张的好机会。

　　NOR Flash具备随机存储、可靠性高、读取速度快、可执行代码等特性，EEPROM体积小、接口简单、数据保存可靠、可在线改写、功耗低。但EEPROM与NOR Flash拥有一定重合度，在闪存成本下降压力下，EEPROM正在面临退出历史舞台的命运。

　　NAND Flash属于数据型闪存芯片，是海量数据的核心，可以实现大容量存储、高写入和擦除速度，多应用于大容量数据存储。三星电子、铠侠、西部数据、美光科技、英特尔和SK海力士六家企业在全球NAND Flash市场合计份额达98%以上。而国内仅存长江存储一家企业能与国际厂商同台竞技。据TechInsights分析，长江存储的128层堆叠工艺无论在容量、位密度还是IO速度方面都足以与其他厂商的产品竞争，技术方面已赶上业内领跑者。

　　国产在既有的存储器已经很难打出差异化优势，并且还要面临专利高墙，因此在新型存储器的研发和商业化的研究上格外努力。目前，新型存储器主要有4种：阻变存储器（ReRAMRRAM），相变存储器（PCM），铁电存储器（FeRAMFRAM），磁性存储器（MRAM，第二代为STT-RAM）。

　　RRAM是*有希望取代DRAM的存储技术。PCM利用材料晶体和非晶体之间电阻率的差别实现数据存储，具有专项的用途。MRAM可以用于替代DRAM或者SRAM，使其在断电情况下也能保存数据。FRAM属于仍在萌芽状态的技术，已经成为瞩目的研究方向。

　　在存储芯片各领域，都仅有一两家能够与国外制衡的国产公司，大部分玩家只能在国际“玩剩下”的领域发展，国产突围重点是新型存储器。在国家“十四五”规划纲要中，“先进存储技术升级”被列入“科技前沿领域攻关”重点领域，期待存储芯片在受到重视后，能早日获得更多市场

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