去年4月，国产存储芯片厂商长江存储（YMTC）宣布其128层3DNAND闪存研发成功。包括拥有业界最高单位面积存储密度，最高I/O传输速度和最高单颗NAND闪存芯片容量的1.33Tb128层QLC3DNAND闪存，以及512Gb128层TLC闪存。
近日，国外权威研究机构TechInsights对长江存储的128层TLC3D闪存进行了芯片级的拆解，发现其存储密度达到了目前业界最高的8.48Gb/mm²，远高于三星、美光、SK海力士等一线NAND芯片大厂。
据介绍，TechInsights拆解的是Asgard（阿斯加特）的，其内部采用的正是长江存储的128层TLC3DNAND闪存芯片，这也意味着长江存储128层TLC3DNAND闪存芯片已量产。该SSD硬盘的PCB上总共四颗256GBNAND闪存，单个封装内是4颗芯片，也就是说单颗芯片容量为512Gb。该NAND闪存的型号为YMN09TC1B1HC6C（日期代码：20219W）。
△长江存储512Gb128层3DTLCNAND芯片的外观，型号为YMN09TC1B1HC6C
根据长江存储此前公布的数据显示，在传统3DNAND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3DNAND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技术则是将外围电路置于存储单元之上，从而实现比传统3DNAND更高的存储密度。
所以，长江存储512Gb128层芯片同样也是采用了两个晶圆来集成3DNAND，因此拆解后可以找到两个die，一个用于NAND阵列的die，另一个用于CMOS外围电路的die。
△长江存储512Gb128层标记（CDT1B）
△长江存储512Gb128层芯片COMS外围的die标记（CDT1A或CDT1B）
作为对比，上一代的64层架构的TLCNANDdie标记为（Y01-08BCT1B）和CMOS外围电路die标记为（Y01A08BCT1B）。
根据TechInsights的实测，长江存储512Gb128层的die尺寸为60.42mm²，这也意味着其单位密度增加到了8.48Gb/mm2，比256Gb64层的高出了92%。读取速度达到了7500MB/s，写入速度也高达5500MB/s。
△长江存储512Gb128层的die平面图
CMOS外围电路die则集成了页缓冲器、列解码器、电荷泵、全局数据通路和电压发生器/选择器。
△长江存储512Gb128层芯片的CMOS外围电路die平面图
TechInsights称，长江存储128层单元体系结构由两个通过层接口缓冲层连接的层组成，这与KIOXIA112LBiCS3DNAND结构的过程相同。单元大小、CSL间距和9孔VC布局与以前的64单元保持相同的设计和尺寸（水平/垂直方向间距）。门的总数为141（141T），包括用于TLC操作的选择器等。
△垂直方向的长江存储3DNAND单元结构，以及注释为32L（T-CAT带39T）、64L（带73T）和128L（带141T）的门的总数。
TechInsights表示，长江存储128层上层有72个钨闸门，下层有69个闸门。包括BEOLAl、NANDdie和外围逻辑管芯在内的金属层总数为10，这意味着与64工艺集成相比，外围逻辑管芯中增加了两个铜金属层。通道VC孔高度增加一倍，为8.49µm。
△长江存储三代3DNAND的比较：Gen1（32L）、Gen2（64L，）和Gen3（128L，）。
与三星（V-NAND）、美光（CTFCuA）和SK海力士（4DPUC）的现有128层512Gb3DTLCNAND芯片的die尺寸相比，长江存储512Gb128层芯片的die尺寸更小，单位密度最高。
长江存储128层TLCNANDdie平面布置图和两层阵列结构与美光和SK海力士相同，但长江存储的每个字符串的选择器和虚拟WL数为13，小于美光和SK海力士（两者均为147T）。由于长江存储所采用的Xtacking混合键合方法，使得其使用的金属层数量远高于其他产品。
△128层512Gb3DTLCNAND产品的比较，包括刚刚发布的。
从上面的对比数据来看，长江存储512Gb128层芯片的单位存储密度达到了8.48b/mm²，远高于三星的6.91Gb/mm²、美光的7.76Gb/mm2、SK海力士的8.13Gb/mm²，达到了目前业界最高单位存储密度。
目前长江存储架构的512Gb128层TLCNAND芯片已量产。虽然三星、SK海力士、美光等厂商也在致力于开发176层3DNAND闪存芯片，但是他们目前最先进的量产产品还是128层。
作为一家成立仅数年的国产NANDFlash闪存芯片厂商，长江存储在国外巨头已领跑数十年的存储技术领域，能够在如此短的时间内追赶上来，并且取得技术上的领先，实属不易。
