三星前来“求药” ？长江存储反向输出专利

不常见的专利交易

科技圈这段时间热议的，除了“D老师”DeepSeek的无孔不入之外，还有一件看似“倒反天罡”的专利许可授权事件——三星电子与中国存储芯片厂商长江存储签署了专利许可协议，希望获得长江存储的3D NAND“混合键合”专利。

三星电子可以说是存储芯片行业领头羊级别的存在，与SK海力士(SK Hynix)、总部位于美国爱达荷州的美光并称为全球内存存储芯片市场的三巨头。而它竟然也要向中国储存芯片厂商处获取专利授权，实在比较罕见。

从另一个角度来说，美国近年来对中国芯片产业绞尽脑汁地限制，从最先进芯片的进口，到先进制造设备的引入，也倒逼着中国芯片企业开发出新的技术路线，以求左冲右突，摆脱束缚。而结果就是，另辟蹊径的中国芯片企业所创造的技术，反而得到市场承认了。

不过也不用太激进地评价这次专利授权，毕竟在国家、企业之间，这是通用做法和合作手段，说不定长江的颗粒或工艺中就有三星的技术授权，一次专利授权并不代表着遥遥领先。

但是通过这次专利授权，我们可以看到处于下行周期近两年的闪存市场，正在经历着什么样的技术变化。

从2D到3D

要想理解交易最关键的混合键合技术，就要先了解NAND Flash的发展过程。

NAND Flash就是我们常说的闪存，是非易失性存储器的一种，常见于固态硬盘（SSD）、USB闪存驱动器、相机存储卡、手机终端存储等部件中。

它的工作原理简单总结，是依靠对电荷的存储与释放，来实现数据的写入和擦除。早期芯片上的电路元器件的结构都是是平面摆放的，为了提高芯片集成度，晶体管等电路元器件的尺寸，一直在按照摩尔定律缩小。

当它们缩小到无法再缩小的时候，业界就发明了把电路元器件竖起来的结构形式，以缩小芯片面积。这种立体结构的封装形式就被称为3D或侧向结构。

再说回到闪存上，闪存有非易失性，所以主要用于数据存储。“随着全球数据量爆炸式增长，市场对闪存的需求会越来越大”，这是业内10年前就预料到的情况。而为了满足市场的需求，闪存的存储方式和堆叠技术也在向3D持续演进。

具体到3D NAND，实际就是把闪存颗粒一层层堆叠起来，而层数多少就是业界竞争的关键点。相较于2D NAND的水平堆叠，3D NAND就像是盖摩天大楼，利用纵向维度，把闪存颗粒在立体空间内进行多层垂直堆叠。

但是怎么叠也很重要。闪存芯片的电路中，一部分是用来存储数据的颗粒阵列(Cell Arraya)，还有一部分是控制写入、读出数据的外围控制电路(Periphery)。

传统的架构中，外围控制电路通常位于存储单元的侧面，两者并列摆放，这不仅占据了较大的芯片面积（20%-50%），还增加了信号传输的距离和延迟。

所以包括三星在内的众多传统闪存厂商最早开始做3D NAND Flash的时候，都选择将控制电路放在存储阵列之下。无论是SK海力士的PUC（Periphery Under Cell），还是三星的COP（Cell on Periphery），实际上都是这么干的。如此设计，一方面缩短了信号传输路径，使得数据的读写操作能够更加迅速地响应，另一方面又让数据传输速度得到显著提升。

但随着堆叠层数、存储密度的急剧增加，这种架构越来越难以推进。这就像在地基上盖了太多层高楼，导致地基难以承受，到了300层以上架构时，机械压力、热管理等等问题都开始出现。

分开制造的秘诀

2015年前后，多家公司就开始转向CBA（CMOS directly Bonded to Array，外围电路直接键合到存储阵列），也就是把控制电路放到存储阵列顶端，变“地基”为“封顶”。这样一来芯片的集成度、电路性能等都得到一定提升，从而实现了更高的性能和更低的功耗。

也正是在这个背景下，长江存储3D NAND闪存技术才能快速发展起来。

2016年紫光集团与武汉新芯共同组建成立的长江存储，在2018年就成功避开美光的专利保护区，自主开发出X-tacking晶栈架构。

这种堆叠式技术也属于CBA架构的一种，但具体制造过程略有不同。所谓X-tacking架构是指，将存储阵列和控制电路分别在两片独立的晶圆上，用不同的工艺进行加工，然后键合到一起。

键合这一步非常关键，可以理解为把两块晶圆焊接并封装在一起的过程，要保证封装的密度和可靠性，属于目前的尖端封装技术，也是本文最开头所说的输出专利技术。

这个技术是闪存厂商推出堆叠层数超400层的NAND Flash产品的关键，不然三星不会一拿到专利，转头就推出400多层堆叠的第十代V-NAND闪存。

拿到专利三星立刻推出400多层堆叠的第十代V-NAND闪存

除了降低控制电路“存在感”，提升了存储密度之外，这种架构的最大优势在于两者可以采用不同的工艺制程和技术去生产。存储阵列依旧可以沿用成熟制程，降低成本；控制电路不会再受到存储阵列加工时的高温、高压影响，所以可以跟随逻辑电路的进步发展，用一些先进制程去提高传输速率，提高性能。

目前，X-tacking 3.0闪存已实现大规模生产，而4.0的研发也在紧锣密鼓地进行中。传统结构NAND的面积利用率大概有65%，而X-tacking架构可以达到90%，未来随着长江存储第四、第五代X-tacking闪存的成熟，其优势将更加明显。

X-tacking技术与其他国际级NAND Flash大厂的技术和架构都不同，且自己有独家的专利，而这些专利这几年很明显，成为了长江存储营运过程中很重要的保护伞，也成了其低价“血洗”市场的利器。

追上闪存先进技术

现在想来，当初长江存储选择先押宝闪存真是明智。

先进封装技术让长江存储在闪存市场占有一席之地

原因可能有几点，一是在集成电路产业中，如果按收入规模来看，CPU(中央处理器)、存储芯片和其他芯片各占约三分之一，而存储芯片相对标准化，不需要像CPU那样依赖生态。

二是从供应安全和数据安全角度出发，中国也需要拥有一家自己的3D NAND芯片企业。存储芯片分两类，一类是DRAM(动态随机存取存储器)，可用来生产内存条，支持计算，全球市场主要由韩国三星、海力士、美国美光三家企业把持，国内则由合肥长鑫在攻坚。另一类闪存国内当时还没有强有力的竞争者。

更重要的是，3D NAND的历史比较短，产品大规模走向市场也就这四五年间的事，这追赶起来就容易多了。

无论是三星电子还是长江存储，它们的技术取向都说明了同一件事，目前业界更依赖的不是“摩尔定律”，而是重视起了晶圆封装技术，那现在卷来卷去的晶圆制造技术会不会有一天让位给封装技术？国内芯片厂商的优势这不就显现出来了。