目前,美國Xperi、長江存儲和臺積電掌握了大多數(shù)混合鍵合相關專利,成為這一技術領域的核心玩家。
先分享一下晶圓鍵合技術,長江存儲的晶圓鍵合技術(非堆棧方式),是把一片晶圓上加工負責數(shù)據(jù)I/O及記憶單元操作的外圍電路,另一片晶圓上加工存儲單元,最終通過數(shù)百萬根金屬VIA(垂直互聯(lián)通道)將二者鍵合接通電路。
其優(yōu)勢在于:提高性能:由于減少了信號路徑中的金屬接觸點,電子傳輸路徑更短,降低了延遲并提升了數(shù)據(jù)吞吐率。
改善散熱:減少電流通過焊點的損耗,使得芯片的熱管理更高效,有助于延長使用壽命。
提高生產效率:相比傳統(tǒng)的TSV(硅通孔)技術,W2W混合鍵合減少了多個工藝步驟,提高了制造良率并降低了整體成本。
目前,長江存儲在NAND封裝技術方面建立了自主創(chuàng)新體系,“Xtacking”技術已演進到第四代,即Xtacking 4.x版本,雖然層數(shù)目前還沒追上前三,但也憑借這項技術在全球NAND市場上具備了更強的競爭力。
此外,三星與長江存儲的合作,標志著全球存儲市場對混合鍵合技術的認可。與此同時,另一家存儲巨頭SK海力士也在積極布局。SK海力士副社長金春煥曾在2024年2月的“Semicon Korea 2024”大會上表示:“我們正在開發(fā)一種新平臺,在400層級NAND產品中通過混合鍵合技術提高經濟性和量產性?!?這表明,隨著NAND層數(shù)的不斷攀升,混合鍵合正成為存儲芯片制程提升的重要推動力。SK海力士后續(xù)也會用混合鍵合技術。
其實,NAND市場的大佬會采用晶圓鍵合技術這事兒是有跡可循的,可以給大家捋一捋時間線:
2018年8月,長江存儲在閃存峰會上發(fā)布了晶棧?Xtacking? 架構, 并一舉斬獲大會最高榮譽“Best of Show“——“最具創(chuàng)新初創(chuàng)閃存企業(yè)”獎項。
2020年,長江存儲的128層系列產品中采用的Xtacking架構升級到了2.0版本。
2022年5月,西部數(shù)據(jù)曝出的最新閃存技術路線圖上也出現(xiàn)了晶圓鍵合技術,大意是——200層+閃存是面向高容量和高性能的數(shù)據(jù)中心工作負載設計,采用了類似字符串堆疊的技術,即多重鍵合(multi-bonding)和PLC(5bits/cell)技術。
2023年3月底,鎧俠與西部數(shù)據(jù)聯(lián)合推出最新的218層3D NAND技術——采用1 Tb TLC和QLC,有四個平面,據(jù)說是采用了先進的橫向縮放和晶圓鍵合技術,能將比特位密度提高50%以上,適用于以數(shù)據(jù)為中心的應用,如智能機、物聯(lián)網設備和數(shù)據(jù)中心。兩家公司推出的突破性創(chuàng)新之一是CMOS直接鍵合陣列 (CBA) 技術。只是218層里沒提加PLC技術。
2024年12月,2025年電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)國際固態(tài)電路會議的議程(PDF文件)披露,目前三星已經推出了擁有286層的第九代3D NAND,同時正在研發(fā)400層技術。那個演講的標題是《一款密度為28Gb的4XX層1Tb TLC晶圓鍵合3D NAND閃存,引腳數(shù)據(jù)速率達5.6Gb/s》。
三星的第九代芯片采用雙層堆疊(字符串堆疊),有2×143即286層,有TLC和QLC兩種格式。數(shù)據(jù)速度最高為3.2Gbps,而新的400多層技術每個引腳支持的數(shù)據(jù)速度為5.6Gbps,快了75%。這一速度既適用于PCIe 5,也適用于速度翻倍的PCIe 6互連技術。
2025年的今天,三星電子傳出與長存的合作。
目前NAND層數(shù)最高的是SK 海力士,是321層,其次是三星,286 層,美光是276層。西部數(shù)據(jù)和鎧俠的BiCS工藝是218層,正在開發(fā)300多層的BiCS 9代。SK海力士的子公司Solidigm則是192 層QLC技術。長江存儲是要推出一款300層的芯片。
未來,更多存儲廠商會采用混合鍵合技術毋庸置疑,圍繞專利授權、技術合作的博弈之后的站位是否有變化,我們拭目以待。