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摘要

文章分析中国存储产业在4F² DRAM和Xtacking等下一代架构上的进展,认为长鑫、长江存储已从追赶者转变为新架构的积极参与者,但在HBM、先进封装和高端客户认证上仍与韩国厂商存在差距。

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缓存时间: 2026/08/08 21:09

中国存储,已经不能再用“落后几代”来概括

过去聊中国存储,话题总绕不开一个问题:长鑫和长江存储,与三星、SK海力士、铠侠相比,到底还差几代?

这个问法流行了很多年,也确实有过它的道理。存储是一个极其残酷的规模产业。制程落后一代,单颗成本就可能高一截;良率差几个百分点,一座投入上百亿美元的工厂就可能从印钞机变成吞金兽。用制程、层数、容量和量产规模排座次,简单,也直观。

但到了今天,这把尺子已经有些量不准了。

存储行业正在经历一次不那么喧闹、却相当深刻的变化。过去大家比的是谁能把线宽缩得更小、把NAND堆得更高;现在,单纯微缩越来越吃力,厂商开始重新安排晶体管、存储阵列和外围电路的位置。平面的东西被立起来,原本挤在一片晶圆上的东西被拆到两片晶圆上分别制造,再重新键合到一起。

换句话说,竞争正在从“谁沿旧路线跑得更快”,转向“谁能先找到一条新路线,并把它做成稳定产品”。恰恰是在这个转折点上,中国存储的位置发生了变化。

这并不是说中国已经全面超过日韩。至少在今天最赚钱的HBM市场,韩国仍然站在最前面。三星已经宣布HBM4量产并向客户出货,SK海力士在HBM、先进DRAM、封装和GPU客户协同上的积累也远比中国厂商深。中国在HBM良率、先进封装和国际高端客户认证上还有很长的路要走。

可另一句说了很多年的话,也该扔掉了:中国存储只能跟在日韩后面追赶。

因为在下一代存储架构上,中国已经不只是跟跑者。

长鑫做出的,不只是又一颗DRAM

长鑫现在已经能够量产DDR5和LPDDR5X。根据公司披露,8533Mbps和9600Mbps的LPDDR5X在2025年5月进入量产,10667Mbps产品进入客户送样。这些产品当然重要,它们意味着中国DRAM正在从“有无问题”走向性能、成本和客户认证的正面竞争。

不过,真正让我觉得行业位置开始变化的,并不是这些追赶型产品,而是一篇发表于IEEE IMW 2023的论文。

长鑫存储与北京超弦在这篇论文中展示了一颗8Gb全阵列垂直沟道晶体管DRAM,公开密度达到198Mbit/mm²。这里最值得注意的不是某个漂亮参数,而是“8Gb全阵列硅验证”这几个字。它不是在实验室里单独做出一根会开关的晶体管,而是把大量单元组织成阵列,并让整套结构在硅片上工作起来。

这项技术指向的是4F² DRAM。

今天常见的DRAM单元大多占用约6F²面积。F可以理解为工艺中的最小特征尺寸。如果单元面积从6F²压缩到4F²,理想情况下,单元占用面积减少三分之一,同样大小的阵列可以多放约50%的存储单元。考虑到外围电路、走线和冗余,整颗芯片的密度不会机械地提高50%,但这仍足以改写DRAM未来的成本曲线。

4F²真正难的地方,也不是在版图上少画两格。传统晶体管在平面上已经越来越挤,要进一步缩小单元,就需要把沟道或栅极转向垂直方向,再重新处理位线、接触、电容和漏电问题。埋置位线怎么做,接触孔如何自对准,氧化物沟道能否兼顾导通电流与保持时间,每一项都可能卡住量产。

也正因为如此,长鑫拿出的8Gb全阵列硅验证才有分量。

再看看日韩厂商的公开进度。SK海力士在2025年公布未来DRAM路线时,表示考虑从10纳米级及以下技术转向4F²垂直栅极平台;到了2026年,公司仍在强化专门的VG研发团队。日本的铠侠与南亚则在IEDM 2024展示了4F² OCTRAM原型,器件表现相当不错,但铠侠在2026年投资者日上仍把它描述为正在评估市场可行性和量产准备度的研究项目。

所以,长鑫的领先该怎样理解?不是说它已经把4F² DRAM铺满市场,也不是说三星和SK海力士做不出来,而是在目前公开可验证的资料中,中国已经较早跨过了全阵列硅验证这道门槛。

从单管到阵列,从阵列到量产,中间还有很长的路。可至少在出发位置上,中国这一次没有落在后面。

长江存储走得更远,因为它已经量产过一次新架构

如果说4F²证明中国在下一代DRAM研究上坐到了前排,那么Xtacking的意义更加直接:它证明中国企业不仅能提出新架构,还能把新架构推进生产线。

3D NAND大体由两部分组成。一部分是存储数据的阵列,另一部分是负责读写和控制的外围CMOS电路。传统做法是把两部分安排在同一片晶圆上制造,但它们偏偏有不同的脾气。存储阵列需要高层数和高温工艺,外围电路则希望使用更适合高速、低功耗的逻辑工艺。两部分绑在一起,设计和制造都要互相迁就。

长江存储的Xtacking把它们拆开了。

存储阵列在一片晶圆上做,外围CMOS在另一片晶圆上做,两边各自选择合适的工艺,完成后再通过晶圆级混合键合和海量金属互连合成一颗芯片。外围电路不再占据阵列旁边的面积,逻辑与存储也可以并行开发。长江存储称,这种方式能把产品研发时间至少缩短三个月,并将制造周期缩短约20%。这是企业公布的口径,但其背后的工程价值很容易理解:两支队伍不必挤在一条工艺线上互相等候。

更关键的是时间。Xtacking在2018年正式发布,采用这套架构的第二代3D NAND在2019年开始量产。随后它继续演进到3.0、4.0。长江存储的官方时间线显示,第五代TLC产品在2024年量产,第五代QLC产品在2025年量产。

当然,分离制造阵列和CMOS并不是长江存储凭空发明的孤立概念。东芝存储,也就是后来的铠侠,相关键合专利的优先权可以追溯至2014年。铠侠后来把自己的技术称为CBA,并将它用于BiCS8量产。

这反而让Xtacking的价值变得更清楚:铠侠的相关基础专利更早,长江存储的规模量产更早。按照公开时间线,从长江存储2019年量产Xtacking产品,到铠侠在2024年量产采用CBA的BiCS8,中间相差大约五年。

半导体产业最终不是按谁最早说出一个概念计分,而是按谁能把概念变成产品、把产品做出良率、把良率变成成本优势计分。专利写得早是一种能力,把成千上万道工序磨合到能够连续生产,是另一种更难复制的能力。

Xtacking最重要的地方,不是给了中国存储一个听起来很新的名词,而是完成了一次从架构、专利到量产的完整闭环。这在中国半导体史上并不常见。

专利不是一堵墙,更像一片交错的雷区

每当谈到4F²或Xtacking,总会有人追问:这项技术到底属于谁?别人采用相似结构,是不是必须交专利费?

现实没有这么干脆。

4F²首先是一个单元面积指标,不是一张能被某家公司独占的总许可证。上世纪已经出现过相关单元布局专利,其中一些早期专利如今已经失效。真正仍在发挥作用的专利,散落在垂直沟道晶体管、埋置位线、自对准接触、氧化物材料、电容结构、键合界面和控制方法中。三星、SK海力士、英特尔、应用材料、长鑫和铠侠都有自己的布局。

混合键合也是同样的道理。长江存储拥有围绕Xtacking具体实现的组合专利,铠侠、三星、英特尔等厂商也有各自的键合和阵列集成专利。仅凭两种产品都把阵列与外围电路分开制造,无法直接推出谁抄了谁,更无法推出所有后来者都要向某一家企业交钱。

但这不代表长江存储的专利只是一层装饰。它已经围绕3D NAND技术在美国起诉美光。2026年1月的法院文件显示,案件涉及的19项专利中,美国专利审判和上诉委员会对14项启动了双方复审,对另外5项没有启动;侵权与专利有效性的争议当时仍未得到最终裁决。

这场诉讼不能证明长江存储已经胜诉,却至少说明它的专利组合已经具有实战价值。一个只能在国内展示证书数量的专利库,和一个能进入美国法院、迫使全球竞争对手逐项应对的专利库,显然不是一回事。

而且,存储行业最深的壁垒,往往根本不会完整写进专利。晶圆表面要磨到多平,翘曲怎样控制,键合时如何套准,哪一步最容易引入颗粒,什么设备参数能扩大良率窗口,这些东西藏在设备配方、故障记录和产线数据里。专利告诉你门在哪里,却不会把开门的手感一并交给你。

中日韩,已经不在同一条轴线上竞争

今天再给中日韩存储简单排一个总名次,意义已经不大。

韩国最强的是当下的高端商业化。三星已经量产并出货采用1c DRAM和4纳米逻辑基底的HBM4,单堆叠带宽最高达到3.3TB/s。SK海力士在HBM客户协同、先进封装和AI存储产品组合上同样占据明显优势。这些能力最终会变成收入、利润和下一轮研发预算,是中国厂商短期内无法靠几篇论文抹平的差距。

日本的优势更像一张埋在产业底部的网。铠侠在NAND、键合和新型存储研究上仍有深厚积累,日本的材料与设备企业又控制着许多关键环节。日本今天缺少能与三星、SK海力士正面对垒的大型通用DRAM厂,但它从未离开全球存储技术体系。

中国则呈现出一种很特别的状态。长鑫在补DDR5、LPDDR5X和高端DRAM的产品课,长江存储在继续提高3D NAND代际;与此同时,Xtacking和4F²垂直沟道晶体管又给中国留下了自己的技术标签。

这不是“每一项都比日韩强”,而是中国已经不再只能沿着日韩画好的路线追赶。当前产品、下一代器件和新架构量产,三条线开始同时向前走。

我觉得这才是中国存储最值得重视的变化。

中国制造业真正擅长的,从来不只是把一个成熟产品做得更便宜。它更擅长把复杂问题拆成大量可以测量、可以调整的环节,然后在设备、材料、工艺和产线数据之间反复迭代。分离晶圆、混合键合、垂直晶体管这些技术,恰好需要这种漫长而细碎的系统工程能力。

中国庞大的手机、PC、汽车、服务器和数据中心市场,又能提供足够多的应用反馈。存储芯片从实验室出来以后,还要经过控制器适配、固件优化、整机认证和长期可靠性验证。本土市场越大,产品与客户之间的反馈链就越短,失败数据也越容易沉淀为下一代产品的经验。

外部限制当然增加了设备、材料和客户获取的难度,却也迫使中国企业更早寻找不同的解法。当成熟路线越来越难走,架构创新的相对价值便会上升。Xtacking没有让先进光刻变得不重要,却通过把阵列与逻辑解耦,重新分配了不同工艺面对的压力。

不必急着宣布胜利,也别再假装什么都没发生

中国存储仍有很多硬仗要打。HBM不是把几片DRAM叠起来那么简单,它还涉及TSV、逻辑基底、先进封装、散热和GPU客户的深度协同。4F²也必须从8Gb硅验证继续跨过保持时间、功耗、可靠性、成本与大规模良率。关键设备和材料的自主供应能力,同样决定技术能否稳定转化为产能。

所以,“中国存储已经全面超过日韩”是一句说早了的话。

但“中国存储仍然只是落后几代”也早已不是事实。

今天更接近现实的描述是:韩国仍掌握高端DRAM和HBM的商业制高点,日本在NAND、材料、设备与基础专利上根基深厚;中国则已经在分离晶圆NAND架构的商业化上领先过一次,也在下一代4F² DRAM的公开全阵列硅验证中取得了先手。

这种领先有边界,却是真实的。它不靠层数命名,也不靠发布会上的口号,而是由硅片、量产时间线、专利攻防和一代代产品共同组成。

过去,中国存储一直在回答别人提出的问题:能不能做出同样的DRAM,能不能追上同样的NAND层数。现在,它开始给出自己的答案:把阵列与CMOS拆开制造,把平面晶体管立起来,用架构变化去绕开旧路线的瓶颈。

下一代存储的牌局还远没有结束。但至少这一次,中国已经不在门外等结果了。

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