长江存储科技控股有限责任公司

一. 企业简介

长江存储科技有限责任公司成立于2016年7月，总部位于“江城”武汉，是一家专注于3D NAND闪存设计制造一体化的IDM集成电路企业，同时也提供完整的存储器解决方案。长江存储为全球合作伙伴供应3D NAND闪存晶圆及颗粒，嵌入式存储芯片以及消费级、企业级固态硬盘等产品和解决方案，广泛应用于移动通信、消费数码、计算机、服务器及数据中心等领域。

2017年10月，长江存储通过自主研发和国际合作相结合的方式，成功设计制造了中国首款3D NAND闪存。2019年9月，搭载长江存储自主创新Xtacking®架构的64层TLC3D NAND闪存正式量产。截至目前长江存储已在武汉、上海、北京等地设有研发中心，全球共有员工4000余人，其中研发工程师约2000人。通过不懈努力和技术创新，长江存储致力于成为全球领先的NAND闪存解决方案提供商。

二. 行业介绍

１、 储存器

存储器：存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器，而诸如硬盘、SSD等都为辅助存储器。

现如今主要包含两大类技术：HDD（HardDisc Drive）和NAND Flash，关于HDD在这里就不做过多介绍。NAND Flash全名为Flash Memory，属于非易失性存储设备(Non-volatile Memory Device)，Flash的内部存储是MOSFET，里面有个悬浮门(Floating Gate)，是真正存储数据的单元。数据在Flash内存单元中是以电荷(electrical charge) 形式存储的。存储电荷的多少，取决于图中的外部门（external gate）所被施加的电压，其控制了是向存储单元中冲入电荷还是使其释放电荷。而数据的表示，以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值Vth来表示。

对于数据的表示，单个存储单元中内部所存储电荷的电压，和某个特定的阈值电压Vth，相比，如果大于此Vth值，就是表示1，反之，小于Vth，就表示0；对于nand Flash的数据的写入1，就是控制External Gate去充电，使得存储的电荷够多，超过阈值Vth，就表示1了。而对于写入0，就是将其放电，电荷减少到小于Vth，就表示0了。

２、 SLC、MLC、TLC NAND的区别

对于基于NAND存储技术的设备而言，无论是U盘还是SSD，甚至是SD卡，都会涉及到一个问题成本，于是产品设计从SLC转变到MLC，再到TLC，甚至QLC也将在后续问世，那么SLC、MLC、TLC究竟对用户有什么影响呢？

技术升级以及NAN FLASH价格下跌刺激消费级SSD替代机械硬盘HDD市场，扩大了NANDFLASH的出货规模，而随着5G商用化进程提速，大容量智能手机比例将会出现大规模提升，极大程度的提高了为 eMMC、eMCP、UFS 等嵌入式产品的需求量。

SLC–SLC英文全称(Single Level Cell——SLC)即单层式储存

SLC技术特点是在浮置闸极与源极之中的氧化薄膜更薄，在写入数据时通过对浮置闸极的电荷加电压，然后透过源极，即可将所储存的电荷消除，通过这样的方式，便可储存1个信息单元，这种技术能提供快速的程序编程与读取，不过此技术受限于Siliconefficiency的问题，必须要由较先进的流程强化技术(Process enhancements)，才能向上提升SLC制程技术。

MLC–MLC英文全称（Multi Level Cell——MLC)即多层式储存

英特尔（Intel）在1997年9月最先开发成功MLC，其作用是将两个单位的信息存入一个Floating Gate（闪存存储单元中存放电荷的部分），然后利用不同电位（Level）的电荷，通过内存储存的电压控制精准读写。MLC通过使用大量的电压等级，每个单元储存两位数据，数据密度比较大。SLC架构是0和1两个值，而MLC架构可以一次储存4个以上的值，因此，MLC架构可以有比较好的储存密度。

TLC–TLC英文全称（Trinary-Level Cell）即三层式储存

TLC即3bit per cell，每个单元可以存放比MLC多1/2的数据，共八个充电值，所需访问时间更长，因此传输速度更慢。TLC优势价格便宜，每百万字节生产成本是最低的，但是寿命短，只有约1000次擦写寿命。

正如上面的介绍，从SLC到MLC再到TLC，cell对于电压的精确控制更高，这直接导致TLC的寿命下降到只有1000次PE，而对应的SLC和MLC分别为10000+和3000，相对来说TLC的耐久度显著下降。TLC的另外一个劣势就是数据的读写效率，在SLC时代，1个cell一次只需要读取/写入1个bit，到MLC时代每次需要读取/写入2bit，而到TLC时代则上升到3bit，很显然其性能受到电压控制的程序复杂度会变慢，当然由于工艺和主控的不断升级，目前TLC已经可以追平MLC产品。不过TLC耐久的硬伤短时间内并无法得到有效解决，当然TLC的耐久可以通过存储设备的容量加大而均衡磨损，变相延长了产品的使用寿命。

３、 3D NAND Flash

小存储单元尺寸 (Cell Size)、高性能 (Performance) 以及低功耗 (Power Consumption) 一直是存储器业者持续追求的目标。越来越小的尺寸让每片晶圆可以生产更多的 die，高性能才能符合高速运算的需求，低耗电才能改善行动装置电池充电频率及数据中心系统散热的问题。而芯片工艺的每一次提升 (24nm → 14nm → 10nm…) ，带来的不仅仅是元件尺寸的缩小，同时也带来性能的增强和功耗的降低。

有个词称为 ”闪存的缩放限制”(Flash Memory Scaling Limit)，指出无论芯片上的元件能缩小多少，闪存都无法跟上步伐。这个限制过去十多年ㄧ直都没实现，然而，14nm 以下，半导体工艺迁移到 Fin-FET (Fin Field-EffectTransistor，鳍式场效应晶体管) 结构，一种新的晶体管，让这个 ”闪存缩放限制” 问题正式浮出水面，因为这技术无法直接套用在既有的闪存元件上。嵌入式 NOR Flash 在这方面目前似乎无解，幸好过去几年，ㄧ些新的存储器元件技术已被开发出来，嵌入式 NOR Flash 被取代应该只是时间早晚的问题，相反的，NAND Flash 业者却早已找到ㄧ些因应之道。

为了打破 ”闪存的缩放限制” 枷锁，确保能持续提供高容量、低成本的 NAND Flash，相关业者多年前就开始研发解决之道。主要的方向为3D NANDFlash 技术，把存储单元立体化。

3D NAND指的是 NAND 闪存的存储单元是 3D 的。我们之前使用的闪存多属于平面闪存 (Planar NAND)，而 3D NAND，顾名思义，就是它是立体的。Intel 用高楼大厦为例演释 3D NAND，如果平面闪存是平房，那 3D NAND 就是高楼大厦。把存储单元立体化，这意味着每个存储单元的单位面积可以大幅下降。下图为 Samsung Planar NAND 发展至 3D NAND (V-NAND) 的示意图。

近几年来许多大厂纷纷投入 3D NAND 的研发，首先有 Samsung、Toshiba/SanDisk/WD、SK Hynix、Micron/Intel 四组公司能够量产。各家的 3D NAND 存储单元及技术都不相同，每家公司都已有能力量产 96 层 3D NAND，但目前量产的大多为 64 到 72 层的 3D NAND。

三星：

2019年6月，三星和SK海力士率先公开发布128层3DNAND，其中三星基于第六代（1xx层）256Gb TLCV-NAND已批量生产250GB SATA SSD。

SK海力士：

SK海力士宣布11月份向主要客户交付基于128层1Tb 4D NAND的工程样品，并比预期提前量产。

东芝：

2020年2月，西数公司今天正式宣布了新一代闪存技术BiCS5，这是西数与铠侠（原来的东芝存储）联合开发的，在原有96层堆栈BiCS4基础上做到了112层堆栈，有TLC及QLC闪存两种类型，最高核心密度1.33Tb，是目前存储密度最高的产品。

三、市场概况

受2019年上半年NAND FLASH价格下跌影响，导致2019年NAND FLASH销售额整体有所下降。2019年NAND FLASH总销售额约461亿美元，同比下滑28%，预计2020年市场将回暖，销售额将达550亿左右。

产品供给方面，三星、海力士、东芝/西部数据、英特尔均已在2018年下半年实现了96层NANDFLASH的量产，但2019年由于产品价格下跌，上述厂商均明显减缓了96层产品的扩产节奏，导致目前市场流通产品仍以64层/72层为主。

NAND FLASH下游应用众多，从分布领域看，移动终端占比最大，主要是智能手机和平板电脑中的eMMC、UFS等，随着大容量智能手机比例的不断攀升，2019年手机端和SSD需求均已达到1.2亿TB左右，其次是平板电脑，大约为前两者1/10，在1200万TB左右。2020年受5G商业化刺激，换机潮以及服务中心的增长，预计手机闪存和SSD容量需求得到进一步提升，而平板电脑受智能手机的挤压以及自身竞争力较弱的影响，市场吸引力将出现下降，NAND FLASH在平板电脑领域的需求增速预计出现放缓趋势。

存储芯片领域竞争格局非常集中，根据IHS和DRAMeXchange的数据，2019年1-3季度，NAND FLASH领域Top5集中度为97.7%。其中三星和KIOXIA占比高达34.4%和28.2%，合计超过60%。

四、历史沿革

长江存储，前身为武汉新芯。

武汉新芯是武汉的集成电路制造企业，成立于2006年。这家企业成立还是政府背景，是湖北省和武汉市下决心进军集成电路制造领域的产物，但是湖北省和武汉市政府并没有管理集成电路制造工厂的经验和技术，所以最开始采取的对策是交给中芯国际来管理，但是中芯国际在当时，本身也处在艰难发展之中，尤其是技术上被台积电诉讼侵权，实际上无暇顾及武汉新芯的发展。

武汉新芯成立之初本来是想做DRAM，但是成立之初就遇到了DRAM的价格低谷周期，不得不放弃DRAM的生产。2008年9月开始为美国Spansion（飞索半导体）生产NAND Flash 闪存。

2011年，在武汉政府安排下，中芯国际最终作为武汉新芯的合资对象，中芯国际投资10亿美元，把新芯变成中芯国际的控股子公司。，但是中芯国际2011年的营收只有13.2亿美元，比上一年大幅下滑15.14%，净利润为大幅亏损2.47亿美元，比上一年大幅下滑19.8倍。

2016年3月武汉新芯宣布，将投资240亿美元在武汉打造一个世界级的半导体存储企业，集中精力研究生产NANDFLASH和DRAM。

2016年7月，在国家大基金的推动下，紫光集团参与进来，共同在武汉新芯公司的基础上成立了长江存储公司，武汉新芯成为长江存储的全资子公司，长江存储由紫光集团控股子公司紫光国器，国家集成电路产业投资基金股份有限公司、湖北国芯产业投资基金合伙企业和湖北省科技投资集团有限公司共同出资。其中紫光国器出资197亿元人民币，占51.04%，从而对长江存储形成控股。

2017年1月，紫光集团进一步宣布投资300亿美元(约2000亿人民币)，在江苏南京投资建设半导体存储基地，一期投资100亿美元，建成月产能10万片，主要生产3D NAND FLASH(闪存)、DRAM存储芯片。

五、主要产品

2019年9月2日，中国武汉，紫光集团旗下长江存储科技有限责任公司（以下简称“长江存储”） 在IC China 2019前夕宣布，公司已开始量产基于Xtacking架构的64层256 GbTLC 3D NAND闪存，以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。

2020年1月16日消息 根据国科微官方的消息，国科微搭载长江存储3D NAND闪存的固态硬盘产品已完成批量测试。

据介绍，自长江存储宣布研发3D NAND闪存以来，国科微便积极与其开展深入合作，致力于为客户提供更加可靠、更加出色的存储解决方案。目前，国科微搭载长江存储3D NAND闪存的固态硬盘产品已完成批量测试，更加严格的可靠性测试正在进行中。同时，这一SSD产品已向多家客户送样，开始早期使用计划。

国科微还表示，从测试结果来看，长江存储3D NAND闪存在顺序读写、随机读写以及编程时延等方面的表现令人十分满意，搭载长江存储3D NAND闪存的国科微SSD产品性能达到国际领先水平。

2018年4月11日，紫光集团全球执行副总裁暨长江存储执行董事长高启全表示，长江存储已经获得第一笔订单，总计10776颗芯片，将用于8GB USD存储卡产品。

据Digitimes报道，长江存储最新的技术路线图是，跳过96层闪存，直接在2020年左右上马量产128层堆叠产品。按照国家存储器基地项目规划，长江存储的主要产品为3D NAND，将以芯片制造环节为突破口，集存储器产品设计、技术研发、晶圆生产与测试、销售于一体，预计到2020年形成月产能30万片的生产规模，到2030年建成每月100万片的产能。