一颗芝麻大小的芯片,竟能塞进超过3665亿个存储单元,提供1.33Tb的惊人容量,这背后是一场存储技术的“立体革命”。

全球首款128层QLC 3D NAND闪存芯片X2-6070的问世,标志着存储技术从“平面停车场”迈向了“立体车库”的新时代-5。这颗芯片的存储容量达到上一代64层芯片的5.33倍,开创了存储密度和传输速度的新纪录-10

从技术角度看,128层3D NAND不再是简单的平面堆叠,而是真正的立体结构,每个存储单元可存储4bit数据,将存储密度推向了新的高度-6


01 技术跨越

从平面到立体的飞跃真不是盖的,这事儿说起来挺有意思的。你知道不,以前那种平面存储芯片,就像一个地面停车场,再大也就只能停那么多车。

128层3D NAND就不一样了,它直接搞成个“立体停车场”,同样的占地面积,能装的数据量那是翻了不知道多少倍-5

这技术进步的速度,我自己都觉得惊讶。长江存储那帮工程师真是拼了,从64层到128层,听说只用了短短7个月时间-6。就这速度,在半导体行业绝对算得上是“冲刺跑”了。

而且疫情期间他们也没停下研发脚步,这种劲头挺让人佩服的-5。以前我总觉得存储技术升级就是简单加几层,现在才明白背后有多复杂。

02 性能优势

说实话,第一次听到1.6Gbps的数据传输速率时,我还真有点懵。这速度意味着什么呢?简单说吧,就是在1.2V的低电压下,数据能像高速列车一样在芯片里飞驰-2

这可不是简单的数字游戏,是实实在在的体验提升。我自己也用SSD,那种文件秒传的感觉,嘿,真是谁用谁知道。

这个128层3D NAND的厉害之处还在于它的稳定性。官方资料说它能实现50MB/s的写入吞吐量,并且擦写寿命达到3000次,这已经足够应付大多数日常应用了-1

要是用在数据中心和企业级SSD上,通过特殊优化,寿命更能延长到35000次,写入速度也能保持在36MB/s-1

03 结构创新

你知道吗,这128层3D NAND里的Xtacking架构有点意思。这玩意儿可以把存储单元阵列和外设电路分开制造,然后再通过垂直互联把它们“粘”在一起-3

这么做有什么好处呢?首先,生产效率提高了,两边的工艺可以同时进行;性能也上去了,I/O速度明显提升-3

三星用的是COP技术,SK海力士搞的是PUC架构,美光则有CuA方案。各家有各家的高招,但目标都一样——在有限的空间里塞进更多数据-7

技术细节说起来可能有点枯燥,但你想啊,这就像是在微观世界里盖摩天大楼,每一层都得精准对齐,不能有半点差错。三星在这方面挺有一套,他们在128层单堆栈产品中实现了业内最小的单元间距-7

04 市场格局

聊到市场这事儿,现在的存储芯片市场可热闹了。根据中金的报告,从2025年第一季度开始,NAND合约价格已经翻倍上涨-4。需求端,AI训练和推理对企业级SSD提出了更高要求。

特别是大型语言模型的快速加载、KVCache和RAG这些技术,都可能成为SSD大规模应用的场景-4。供应方面呢,各大厂商对产能扩张都挺谨慎的,主要以提高密度和容量的技术转型为主-4

目前全球NAND闪存市场前五名的厂商合计占据超过90%的份额,行业集中度相当高-4。不过长江存储的扩张和它的Xtacking架构优势,可能会对国内供应格局产生不小影响-4

05 应用前景

想想看,这么大的容量和这么快的速度,能用在哪儿呢?专家说,128层QLC版本会率先用在消费级SSD上,然后慢慢进入企业级服务器和数据中心-6

在5G和AI时代,数据存储需求越来越多样化,这种大容量、高性能的存储芯片正好派上用场-6。QLC SSD和传统硬盘相比,性能优势明显。

在企业级领域,它们能为服务器和数据中心带来更低的读取延迟,特别适合AI计算、机器学习、实时分析和大数据中的读取密集型应用-6。消费级领域,QLC技术会先在大容量U盘、闪存卡和SSD中普及-6


存储市场现在正处于一个供不应求的超级景气周期,行业分析师预测这种供需紧张的状态至少会持续到2026年底-8。随着技术从128层向更高层数演进,位密度成为衡量技术先进性的关键指标-3

与平面NAND相比,128层3D NAND的优势明显:单元耦合小、自然阈值电压分布窄、写入吞吐量高且功耗低-1

当长江存储128层产品的位密度达到15.03Gb/mm²,而三星的232层测试芯片预计为14.5Gb/mm²时,一场关于存储密度极限的竞赛已经开始-3

这场存储技术竞赛,早已不再是单纯的堆叠比赛,而是创新架构与精密制造的全面较量。

以下是网友可能提出的问题及回答:

提问一:QLC闪存的寿命是不是比TLC短很多?用在固态硬盘里靠谱吗?

你这个问题问得特别好,很多人都有类似的担忧!确实,从原理上讲,QLC每个单元存储4比特数据,比TLC的3比特多了1比特,所以理论上单元的磨损会更快一些。不过实际使用中,情况没你想的那么糟糕。

目前128层QLC 3D NAND已经实现了相当不错的耐用性。根据技术资料,它能达到3000次编程/擦除循环,对于大多数普通用户来说,这个寿命完全够用了-1

如果你每天写入100GB数据(这已经是相当重的使用了),一块1TB的QLC SSD也能用上好几年。而且现在的固态硬盘控制器都有很智能的磨损均衡算法,能把写入操作均匀分布到所有存储单元上,避免某些单元过早失效。

对于数据中心和企业级应用,厂商还有进一步优化的方案,可以将耐久度提升到35000次-1

QLC的优势也很明显——容量大、成本低。同样尺寸的芯片,QLC能比TLC多存储33%的数据,这意味着同样容量的固态硬盘可以用更少的芯片,成本自然就下来了-5

所以啊,QLC闪存用在固态硬盘里是完全靠谱的,特别是对于存储大量不常修改的数据(比如电影、音乐、文档备份)来说,它是性价比很高的选择。

提问二:现在市面上有哪些128层3D NAND产品?它们的性能差别大吗?

哈,这个问题挺专业的!目前市面上确实有几家厂商推出了128层3D NAND产品,技术路线和性能特点各有千秋

先说说咱们中国的长江存储吧,他们2020年就发布了全球首款128层QLC 3D NAND,型号是X2-6070-2。这款产品采用了他们自研的Xtacking 2.0架构,特点是将存储阵列和外围电路分开制造后再键合在一起。

它的I/O速度能达到1.6Gbps,单颗芯片容量高达1.33Tb-2。三星的128层产品走的是另一条路,他们采用单堆栈技术,而不是多deck集成。

这样做的好处是能在深宽比和deck对齐问题上做到最大优化,实现了业内最小的单元间距-7。三星在128层节点上凭借其超高纵横比孔蚀刻实现的单层工艺,在很长时间内都处于领先地位-3

不同厂商的产品在性能上确实有差异,主要体现在写入速度、功耗和耐久度这些指标上-1。比如有的产品适合消费级应用,写入速度约50MB/s,耐久度3000次;有的则针对数据中心优化,写入速度36MB/s,但耐久度能到35000次-1

选购时得看你的具体需求。普通用户可能感受不到太大差别,但企业用户就需要仔细比较这些技术参数了。

提问三:未来3D NAND技术会往哪个方向发展?会不会很快就被其他存储技术取代?

哎呀,这个问题问到点子上了!我得说,3D NAND在可预见的未来依然会是主流存储技术,没那么容易被取代。它有几个发展方向特别值得关注:

层数肯定会继续增加,现在已经有了232层甚至更高层数的产品-3。但单纯堆层数也有极限,因为随着层数增加,蚀刻高深宽比的通道孔会越来越难,所以架构创新变得更重要

比如三星从176层开始采用COP架构,美光有CuA,SK海力士则搞了所谓的“4D NAND”-3。长江存储的Xtacking架构允许将外围电路放在存储阵列下面,有效减小了芯片尺寸-3

另一个重要趋势是提高存储密度。长江存储的232层产品位密度达到了15.03Gb/mm²,而三星类似产品的目标大约是14.5Gb/mm²-3

更高密度的产品意味着在同样大小的晶圆上能生产出更多芯片,降低成本。短期内,3D NAND还没有真正的竞争对手。

那些所谓的新型存储技术,像相变存储器、阻变存储器、磁存储器等,要么成本太高,要么技术还不成熟,难以大规模替代3D NAND。所以啊,未来几年我们还会看到3D NAND继续演进,层数更多,密度更高,性能更好,但基本原理不会有太大变化。

这场存储技术的“立体竞赛”,才刚刚进入精彩的中局阶段呢!