Techinsights逆向分析长江存储128层NAND：快赶上三巨头了
长江存储(YMTC) NAND Flash的128层工艺在容量、位密度和I/O速度方面实现了行业领先的新标准，也引起了国外著名逆向分析机构Techinsights的注意。日前，Techinsights拆解了来自Asgard Memory的PCIe4.0 NVMe1.4 AN4 1TB SSD，发现这款产品搭载长江存储的128层Xtacking 2.0 TLC NAND Flash。这类闪存芯片的封装标识，往往因SSD产品不同而不同，例如YMN09TC1B1HC6C（日期代码：2021 9W）或POWEV PYT02TV4IA1-X4PWA（日期代码：2021 31W）。
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图1. YMTC 128L Xtacking 2.0 封装丝印1TB的SSD中由四个256 GB NAND和两个512MB DDR4 (Nanya) ，其中四颗 NAND 封装在一个Die中，这意味着它是一个 512 Gb 芯片。
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图2. YMTC 128L Xtacking 2.0 512Gb NAND die https://www.eet-china.com/d/file/news/2021-09-29/18cfb5a842f855695246483aade611aa.jpg
图3. YMTC 128L Xtacking 2.0 外围 CMOS 芯片作为参考，YMTC 64L Xtacking 1.0 TLC 芯片，与NAND 芯片 (Y01-08 BCT1B) 、 CMOS 外围芯片 (Y01A08 BCT1B) 的芯片标记略有不同。
YMTC 128L Xtacking 裸片
三星176L V-NAND和SK海力士176L 4D PUC NAND SSD尚未在商用市场上出现，这就有意思了。YMTC 512Gb 128L Xtacking 2.0 TLC 芯片尺寸为 60.42 mm 2。位密度增加到 8.48 Gb/mm 2，比 Xtacking 1.0 芯片 (256Gb) 高 92%。由于长江存储Xtacking混合键合技术使用两片晶圆来集成3D NAND器件，因此我们可以找到两个die，一个用于NAND阵列芯片，另一个用于CMOS外围芯片。
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图 4. YMTC 128L Xtacking 2.0 NAND Die 平面图https://www.eet-china.com/d/file/news/2021-09-29/4554aee125ce690afe7000a88e84fc8b.jpg
图 5. YMTC 128L Xtacking 2.0 Peripheral CMOS Die Floorplan图4显示了长江存储128L Xtacking 2.0芯片的NAND芯片布局图，图5显示了CMOS外围芯片布局图。Xtacking 架构旨在让长江存储在最大化其内存阵列密度的同时获得超快 I/O，例如 SSD 的读取速度为 7500 MB/s，写入速度为 5500 MB/s。该芯片采用四平面设计，所有 CMOS 外围电路（例如页面缓冲器、列解码器、电荷泵、全局数据路径和电压发生器/选择器）都放置在 3D NAND 单元阵列芯片下方的逻辑芯片上。
YMTC 128L Xtacking 2.0 规格和单元结构
YMTC 128L Xtacking 2.0单元结构由两个层板组成，通过层板接口缓冲层连接，与KIOXIA 112L BiCS 3D NAND结构的工艺相同。单元尺寸、CSL间距和9孔VC布局与以前的64L Xtacking 1.0单元保持相同的设计和尺寸（水平/垂直WL和BL间距）。门的总数为141（141T），包括选择器和用于TLC操作的虚拟WLs。
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图6. YMTC 3D NAND 单元结构从 32L 到 128L（WL 方向的 x 截面 SEM 图像）图 6 显示了 YMTC 3D NAND 单元在 WL 方向的结构，以及注释为 32L（T-CAT 与 39T）、64L（Xtacking 1.0 与 73T）和 128L（Xtacking 2.0 与 141T）的门总数。
上层有72个tungsten gates，而下层由69个门组成。包括BEOL Al、NAND裸片和外围逻辑芯片在内的金属层总数为10，这意味着与64L Xtacking 1.0工艺集成相比，外围逻辑芯片中增加了两个铜金属层。通道VC孔的高度增加了一倍，为8.49微米。
表1是长江存储3D NAND器件的对比；Gen1 (32L)、Gen2（64L，Xtacking 1.0）和 Gen3（128L，Xtacking 2.0）。
DeviceYMTC 3D NAND Gen1 (32L)YMTC 3D NAND Gen2 (64L)YMTC 3D NAND Gen3 (128L)Parent Product Example32GB Secure USBGloway YCT512GS3-S7
Pro SSD 512GBAsgard PCIe4.0 NVMe1.4
AN4 1TB SSDPackage MarkingsYMEC6A1MA3A2C1YMN08TB1B1HUB1BYMN09TC1B1H6CDie Markings98081ABCT1BCDT1BMLC OperationMLCTLCTLCArchitectureT-CATXtackingXtackingNumber of Dice/Device444Memory (/die)64 Gb256 Gb512 GbDie Size76.30 mm257.96 mm260.42 mm2Memory Density0.84 mm24.42 mm28.48 mm2Planes124Number of Decks112Number of Total Gates39T73T141T
(69 + 72)Number of Metals3810Channel Hole Height2.74 µm24.14 µm28.49 µm2与三星 (V-NAND)、美光 (CTF CuA) 和 SK 海力士 (4D PUC) 现有的 128L 512 Gb 3D TLC NAND 产品相比，长江存储芯片尺寸更小，这使其比特密度最高。四板芯片平面图和双层阵列结构与美光和SK海力士相同，但每串选择器和虚拟WL的数量为13个，比美光和SK海力士小（两者均为147T）。由于其 Xtacking 混合键合方法，使用的金属层数远高于其他产品。
表2显示了包括刚刚发布的YMTC 128L Xtacking 2.0 3D NAND在内的128L 512 Gb 3D TLC NAND产品的比较。
DeviceYMTC 128L XtackingSamsung 128L V-NANDMicron 128L CuA CTFSK hynix 128L 4D PUCParent Product (Example)Asgard PCIe4.0 NVMe1.4
AN4 1TB SSDSamsung EVO 870 1TBMicron Crucial BX500
2.5 SSD 480GBSK hynix Gold P31
SSD 1TBPackage MarkingsYMN09TC1B1H6CK9DVGY8J5B-DCK0OYD2D NW987H25T2TB88EDie MarkingsCDT1BK9AHGD8J0BB37RH25TFB0MLC OperationTLCTLCTLCTLCArchitectureXtackingV-NANDCTF CuA4D PUCNumber of Dice/Device41628Memory (/die)512 Gb512 Gb512 Gb512 GbDie Size60.42 mm274.09 mm266.02 mm263.00 mm2Memory Density8.48 mm26.91 mm27.76 mm28.13 mm2Planes4444Number of Decks2122Number of Total Gates141T
(69 + 72)136T147T
(73 + 74)147T
(77 + 70)Number of Metals10465Channel Hole Height8.49 µm26.23 µm28.42 µm27.53 µm2报告的作者Jeongdong Choe 博士认为， 从 3D NAND 发展的整体角度来看，长江存储的产品看起来已经足以与其他厂商产品竞争，正在快步赶上其他领跑者。 条， 我以为是开盖逆向flash
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