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    致态TiPlus7100成功的奥义:长江存储晶栈Xtacking架构解析

      [  中关村在线 原创  ]   作者:柏景福

    今年秋季,Intel和AMD最新平台发售,固态硬盘也全面开启PCIe Gen4时代。11月 日国内存储品牌致态发布了重量级的PCIe Gen4新品致态TiPlus7100,该产品最大的亮点就是采用YMTC长江存储最新的晶栈®Xtacking®3.0架构NAND,最高连续读写性能达到了7000MB/s和6000MB/s,堪称是DRAMLess产品的绝地反击。

    为何晶栈®Xtacking3.0®架构有如此亮眼的表现?在讨论Xtacking之前,我们先简单了解一下固态硬盘核心组件——NAND FLASH的内部结构。

    01 从2D NAND到3D NAND

    NAND的容量大小取决于晶圆上存储阵列Array中可存放最小存储单元Cell的数量。对于早期的Planar NAND平面NAND(也叫2D NAND)来说,为了进一步提升存储容量和降低成本,就需要更先进的制程工艺,但制程工艺越高,晶圆的氧化层越薄,性能和可靠性都会出现下降,因此3D NAND开始成为主流。

    致态TiPlus7100成功的奥义:长江存储晶栈Xtacking架构解析

    所谓3D NAND就是相对于Planar NAND而言的,在晶圆上采用多层堆叠设计,如果把Planar NAND比喻成平房,那么3D NAND就是高楼大厦,提升NAND的容量只需堆叠更多层数的Array,使得容量、性能和可靠性都得到了保证。目前的3D TLC NAND已经到达100层以上,单颗NAND更是实现了1TB的容量。

    02 NAND的架构

    虽然3D NAND的概念比较容易理解,但落实到生产层面就不是单纯的叠层这么简单,这就涉及到NAND架构的问题。从全球主流的全球主流存储厂商出品的NAND横截面图可知,三星、铠侠和西部数据采用常规的并列式架构,将控制数据读取、写入的外围CMOS线路放在Array下方,只是技术层面有所不同。

    例如三星V-NAND系列NAND,采用一次性加工、内存孔(Memory Hole)HARC蚀刻技术,铠侠/西部数据BiCS NAND则采用两个48层堆叠。并列式架构的优势是加工难度相对较低,但对于晶圆蚀刻设备和技术有着较高的要求。

    致态TiPlus7100成功的奥义:长江存储晶栈Xtacking架构解析

    Intel/Micron以及SK海力士则另辟蹊径采用了CuA(CMOS under Array)架构,这是一种将CMOS线路放置在Array以下的加工方式,从而增大了Array的面积。CuA架构的优势是能扩大单个芯片的存储密度,但同样存在制造工艺难度较高的问题。

    而YMTC长江存储采用的是独家的®Xtacking®3.0架构,将CMOS线路用一种不同于存储核心Array的晶圆制造而成,分别通过Bonding工艺进行贴合,在指甲盖大小的面积的晶圆上通过数十亿根金属通道,将CMOS和Array进行连接,合二为一。

    03 长江存储Xtacking?架构解析

    从原理看,YMTC长江存储的晶栈®Xtacking®架构是两片独立的晶圆上,分别加工外围电路和存储单元,在逻辑工艺上有着更多的自主选择性,从而让NAND获取更多的I/O通道、更高的接口速度,例如最新的晶栈®Xtacking®3.0架构NAND具备四闪存通道和高达2400MT/s的接口带宽,这也是致态TiPlus7100即使采用DRAMLess方案,也能实现7000MB/s和6000MB/s的核心要义。

    致态TiPlus7100成功的奥义:长江存储晶栈Xtacking架构解析

    3D NAND颗粒最重要的发展方向是存储密度的优化。在传统3D NAND架构中,外围CMOS电路约占芯片面积20~30%,而Xtacking®技术创新的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,芯片面积可减少约25%,同等面积基础上,Xtacking®架构能够提供更多的存储单元,成为长江存储旗下致态品牌固态硬盘足容量的保证。

    致态TiPlus7100成功的奥义:长江存储晶栈Xtacking架构解析

    致态TiPlus7100成功的奥义:长江存储晶栈Xtacking架构解析

    除了容量、性能和成本,NAND颗粒的良品率和出货量也是市场竞争的重要一环。自Xtacking®2.0技术诞生以来,长江存储NAND的良品率大幅度跃升,充分满足长江存储自有存储产品和客户供货的需求。除此之外,Xtacking®工艺存储单元和外围CMOS线路独立加工的特性,可以实现并行和模组化的灵活生产,较于传统结构产品研发周期可缩短三个月,生产周期可缩短20%,使得长江存储NAND的出货量也得到大幅提升。

    作为长江存储核心技术品牌,晶栈Xtacking®代表着长江存储在3D NAND存储技术领域的创新进取和卓越贡献。经过9年技术积累和4年技术验证,晶栈Xtacking®架构NAND不仅性能和可靠性均达到了国际水准,更拥有较高的存储密度和更灵活的开发周期,这也是致态品牌SSD产品成功的奥义所在。

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