芯片级解密YMTC NAND Xtacking 3.0技术

news2024/11/25 10:31:41

长江存储YMTC自从2016年成立以来，一直在吸引外界的关注。作为NAND国产厂商，被寄予厚望。在2018年FMS闪存峰会发布了Xtacking 1.0的NAND架构，凭借该技术荣获了“最具创新初创闪存企业”。

在2019年又发布了Xtacking 2.0的NAND架构。根据官网介绍，Xtacking 2.0进一步提升了闪存吞吐速率和提升系统级存储综合性能。

在2022年8月的FMS闪存峰会上，YMTC发布了基于Xtacking 3.0架构的X3-9070 TLC NAND。

2022年，对于YMTC长江存储也是一个惊心动魄的一年，先是有进入iphone14 NAND颗粒供应的振奋，后又有被M国限制的低落。根据YMTC的官网消息，NAND架构Xtacking 3.0现已上市。第一个使用Xtacking 3.0架构的产品是长江存储的消费级PCIe 4.0 SSD固态硬盘TiPlus 7100 。基于TLC NAND，PCIe Gen4x4，采用DRAM-less无缓存架构。NAND接口速率达到2400 MT/s，与上一代相比速度提高50%，支持HMB机制和SLC缓存。

YMTC NAND Xtacking 3.0被视为2022年最具颠覆性的技术之一。针对第一个使用NAND Xtacking 3.0的产品，TechInsights团队购买了512GB和1TB容量的TiPlus7100 SSD，并进行了详细的芯片分析，我们一起来看看，有没有惊喜的发现？下图是TiPlus7100 1TB包装图片。

针对1TB容量的TiPlus7100 SSD先来个正面照，看起来PCB有4个NAND die槽位，其中两个槽位是空闲的，间隔有两个512GB的NAND Die Package，主控来自联芸科技Maxio-Tech。

NAND Die采用132-pin BGA MCP封装，尺寸大小18.0 mm× 12.0 mm × 0.9 mm。

从颗粒丝印信息看到NAND Die封装日期是22年第37周，也即9月上旬。这个时间正好是在2022 FMS闪存峰会正式发布Xtacking 3.0架构的1个月之后。

每个NAND Die Package封装了8个CDT2A标记的NAND Die。CDT2A NAND Die拥有2x2 Plane的架构。与之前YMTC 128L NAND 1x4 Plane的布局不同。

TechInsights的分析显示，YMTC CDT2A芯片实际上还是YMTC 128L 3D NAND，总门数Gates为141, 而并非官网宣传的Xtacking 3.0架构。

不知道是TechInsights获取到的TiPlus7100 SSD不是正规来源？还是不够幸运？

Xtacking技术到底是什么？有什么样的魅力，我们一起回顾下：

根据YMTC官网的介绍，与传统的单片晶圆CuA(CMOS Under Array)的结构不同，Xtacking技术是两个晶圆独立制造CMOS外围电路和NAND存储阵列，在通过金属互联通道VIAs完成两片晶圆的键合，最终成为一个整体。

从Xtacking 1.0到Xtacking 3.0中包含的主要变化点有哪些？

Xtacking 1.0使用晶圆到晶圆键合，相比传统3DNAND架构，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%。同时利用存储单元和外围电路的独立加工优势，实现了并行的、模块化的产品设计及制造，产品开发时间可缩短三个月，生产周期可缩短20%。此外，这种模块化的方式也为引入NAND外围电路的创新功能以实现NAND闪存的定制化提供了可能。
Xtacking 2.0使用NiSi替代WSi，让CMOS外围电路有更好的器件性能，进一步提升闪存IO吞吐速率、也使得系统级存储的综合性能得到提升。
Xtacking 3.0采用了存储单元晶圆的背面源连接(BSSC，back side source connect), 好处是对工艺进行了简化，最终得到了降低成本的优势。

根据2022年FMS上的介绍，基于Xtacking 3.0架构的NAND芯片X3-9070，采用了2x3的6 Planes架构。每个Plane在中央位置具有独立的X-DEC解码器，可以实现multi-plane独立异步操作，使得Xtacking 3.0的IO速率提升50%。与edge X-DEC相比，Center X-DEC设计将WL电容减少了一半，并降低了RC负载和RC延迟(tRC), 最终性能相较edge X-DEC得到15~20%的提升。