说起来你可能不信,咱们手机和电脑里那块小小的存储芯片,背后的技术竞争激烈程度堪比一场没有硝烟的“世界大战”。这战场的主角,就是3D NAND。从平面到立体,技术每一次向上堆叠,都离不开密密麻麻的专利布局在底下当“地基”。今天咱就唠唠,这专利墙里头,都藏着哪些决定行业命门的故事。
早年的NAND闪存是平面的,就像在一块地上拼命盖平房,房间(存储单元)越做越小,但很快就要撞上物理极限——隔壁房间干扰太大,墙都快薄得没法住了-1。这时候,三星在2015年率先把“平房”改成了“摩天大楼”,量产了32层的3D V-NAND,从此行业正式进入了拼“盖楼”层数的时代-10。但你可别以为这只是简单地把层数摞上去,每多盖一层,工艺复杂度都是指数级上升,这里面每一个突破性的制造步骤,都被巨头们用专利严严实实地保护了起来。

盖这么高的“楼”,最大的技术痛点是什么?答案是:怎么让住在高楼里的人和楼下的管理员(外围电路)高效、可靠地沟通。传统的做法是,在盖存储单元这座“楼”的同时,就把电路通道(比如沟道)在楼体里一起做出来-3。但层数越来越高,超过400层后,信号延迟、串扰和发热问题就变得非常棘手-7。
这时候,一个中国人非常熟悉的玩家,带来了一种颠覆性的思路:长江存储的 “晶栈”(Xtacking) 技术-2。这个技术的核心,可以理解为“先分开盖楼和修路,最后再完美对接”。他们把存储单元阵列和负责输入输出控制的外围电路,分别在两片独立的晶圆上优化制造,然后用先进的混合键合技术,像搭乐高一样把它们精准、高效地键合在一起-2-9。这样做的好处太大了,外围电路可以用更先进的逻辑工艺来制作,从而大幅提升I/O速度、降低功耗,最关键的是,“楼”(存储堆叠层)可以专心往高了盖,而不用担心底下的“路”成为瓶颈。这项技术,已经成为长江存储最核心的专利资产之一-7。

有意思的是,这个由中国企业开创的路线,如今正被全球巨头所追随。铠侠(Kioxia)和西部数据(WD)合作的第九代、第十代3D NAND,就采用了类似的CBA(CMOS直接键合至阵列)技术-6。更让业界震动的是,连行业老大三星,为了攻克其第十代超过420层V-NAND的可靠性难题,也不得不选择与长江存储签署混合键合技术的专利许可协议-7。这个案例再生动不过地表明,在攀登3D NAND这座技术高峰时,专利不再只是攻击对手的矛,更是保障自己前进道路通畅、避免绕远路甚至“坠崖”风险的安全绳。强大的专利布局,让后来者也有机会定义赛道的部分规则。
当然,巨头的专利城墙高筑。有分析指出,早在2018年,SanDisk/WD、三星和东芝(现铠侠)这三大阵营,就掌握了全球超过65%的3D NAND核心专利-10。他们的竞争同样白热化,比如三星最近获得的一项专利,就专注于优化三维存储器中不同区域(如存储区和连接区)的垂直结构,通过引入独特的绝缘结构和数据存储图案,来提升整体的数据存储效率和器件可靠性-8。另一项专利则探索在存储单元中引入铁电层等新材料,旨在进一步提升性能-4。每一层堆叠、每一个新材料、每一种新结构的创新,都被迅速转化为专利,巩固着自己的地盘。
展望未来,3D NAND的竞争远未结束。层数奔向500甚至更高,以及与CXL、存算一体等新架构的结合,将是下一个战场-9。而在这场持久的耐力赛中,专利的积累与交叉授权,将是平衡竞争与合作、推动整个行业持续向前跑的关键齿轮。对于我们而言,能看到的是手机容量越来越大、数据中心速度越来越快;看不到的,正是这数以万计的专利,在深水下构筑的产业脊梁。
针对大家可能感兴趣的问题,这里也稍作延伸:
1. 网友“科技老饕”问:长江存储的Xtacking专利被三星认可,是不是意味着国产存储技术已经实现“弯道超车”了?
这是个非常棒的观察点。客观地说,将其定义为在“关键赛点上实现并跑甚至局部领跑”更为准确。“弯道超车”是超越一个完整体系,而存储是一个资本、技术、生态壁垒都极高的长周期产业。三星的认可,确实证明长江存储在混合键合这一特定的核心技术上,拥有了全球顶尖的、甚至是被行业领导者所依赖的专利能力-7。这是一个里程碑式的突破,意味着中国企业在全球存储技术的顶层对话中,拥有了不可或缺的“筹码”和话语权。
但这不等于全面超越。巨头们如三星、SK海力士在整体堆叠层数、大规模量产良率、品牌生态和全产品线覆盖上,依然有深厚的积累。未来的竞争,将是专利交叉授权、技术路线竞争和市场应用角逐的混合立体战。Xtacking的突破,就像我们掌握了一种建造超高层建筑的核心“连接技术”,但要在“城市综合建设”(完整的存储产业链)上达到世界顶尖水平,还需要时间持续投入和迭代。
2. 网友“投资小白”问:3D NAND专利战这么激烈,对我们普通消费者买SSD或手机有影响吗?
直接影响不大,但间接受益非常明显。 您很少会看到三星、铠侠、长江存储之间爆发全面的“专利断供”战争,更多是通过交叉授权达成动态平衡-10。这种既竞争又合作的格局,对消费者其实是好事。
激烈的专利和技术竞争,直接驱动了产品性能的快速提升和价格的持续走低。你想啊,如果没有从2D到3D的专利创新,我们可能还在用着128GB就喊贵的手机;而没有层数竞赛和Xtacking、CBA这类提升效率的专利技术,也不会有现在这么高速、大容量的平价固态硬盘-6-9。专利战背后是技术军备竞赛,最终成果会转化为市场上容量更大、速度更快、性价比更高的产品。作为消费者,我们只需享受这个“鹬蚌相争”带来的红利即可。
3. 网友“未来猜想家”问:听说有比3D NAND更牛的技术比如存算一体,那现在的这些专利是不是很快要过时了?
完全不必担心,3D NAND的专利体系不仅不会过时,反而可能是通向未来的“桥梁”。 存算一体、RRAM(阻变存储器)等新型技术确实是前沿方向-2,但它们距离全面取代3D NAND在大容量数据存储领域的地位,还有非常长的路要走,目前甚至在可靠性和成本上还无法完全取代传统的NOR Flash-2。
在可预见的十年甚至更长时间内,3D NAND仍是数据存储的绝对主力。其专利演进的两个方向本身就很有未来感:一是纵向继续堆叠,与更先进的键合技术(如混合键合)结合,向500层以上迈进;二是横向融合,即利用3D NAND的高密度优势,与CXL等新型接口协议结合,或探索在存储芯片内实现更初步的计算功能-9。今天在堆叠工艺、键合技术、新材料应用上积累的深厚专利,恰恰是构建未来“存储-计算”融合底座不可或缺的基石。技术进化是连续的,明天的颠覆性产品,往往就建立在今天这些看似“传统”的专利围墙之内。