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作者 | 方文三
对于长江存储而言，此次向三星等顶尖存储技术企业授予专利许可，标志着中国存储产业历史上的一个里程碑。深入分析此次合作的背景，可以发现这并非仅仅是[巨头的屈服]，而是一次对技术定义权进行重新分配的重要变革。
三星将使用长江存储专利技术
据韩国媒体ZDNET Korea近日报道，三星电子与SK海力士等韩国存储器制造商计划将混合键合技术应用于下一代NAND存储器，该技术源自中国的长江存储公司。
据ZDNet Korea报道，三星电子近期与长江存储签订了关于3D NAND混合键合技术的专利授权协议。
三星电子计划于今年下半年启动的下一代NAND产品——V10 NAND，首次采用了混合键合技术。
此举表明，三星和SK海力士若要开发超过400层的存储器，必须获得长江存储的授权许可。
三星电子之所以与长江存储签订了混合键合技术的许可协议，是因为在技术专利方面难以绕过长江存储的专利壁垒。
三星已确认，从V10（第10代）开始，将采用中国NAND制造商长江存储的专利技术，特别是在新的先进封装技术[混合键合]方面。
三星电子亦判断，在未来V10、V11、V12等新一代NAND的研发过程中，绕开长江存储的专利几乎是不可能的，因此决定签订许可协议。]
此外，三星在开发其V11、V12等后续NAND产品时，可能仍需依赖长江存储的专利技术。
长江存储是最早将混合键合技术应用于3D NAND的企业，因此在该技术领域拥有丰富的专利积累。
对于三星而言，专利许可协议解决了其在下一代NAND开发中的核心难题，在面对SK海力士的激烈竞争时，这一突破显得尤为重要；
然而，这也带来了市场主导权丧失的风险，以及因专利使用可能导致的技术依赖等忧虑。
三星CoP技术在堆叠层数至400层时遇困境
目前，存储芯片行业主要分为NAND和DRAM两大技术路线。
在NAND技术的发展中，关键在于不断提升存储单元的堆叠层数。
当3D NAND闪存芯片的堆叠层数从300层提升至400层时，传统技术面临物理极限的挑战。
昔日，三星电子惯于在单一硅片上配置控制电路（Peripheral），继而于其上堆叠存储单元，此法被称作COP（Cell on Peripheral）。
三星早在2015年就将厂房建设至三十多层，随后十年更是迅速扩展至两百多层，速度远超其他同行。
这得益于三星的独家技术——CoP（Cell on Peripheral）技术，简而言之，就是将控制电路置于存储单元下方，并向上不断堆叠。
比喻来说，控制电路就像地基一样垫在存储单元之下，然后不断向上建造楼层。
依靠独特的绝缘技术，三星能够确保每一层存储单元与下方电路的连接，同时避免相互干扰，防止短路。
三星之前采用的COP架构将外围电路与存储单元集成在同一晶圆上，但随着层数的增加，底层电路承受的机械压力显著增大，这导致了可靠性的降低和散热问题的出现。
随着SK海力士和美光等竞争对手的层数超过400层，三星计划在当年下半年开始大规模生产第十代存储芯片V10 NAND，层数将达到420至430层的新高度。
当层数达到400多层时，存储单元底部电路的压力增大，可能会对电路造成损坏。这就像楼层越高，地基承受的压力越大。
而长江存储的Xtacking架构通过晶圆键合技术，成为突破400层堆叠的关键技术方案。
让巨头们绕不开的混合键合技术
大多数NAND闪存制造商在最初的3D NAND工艺中采用CAN方法，在后续工艺中迁移到CUA架构。
美光和Solidigm在32层3D NAND路线图之初就实施了CUA架构。
在传统3D NAND架构中，外围电路约占芯片面积的20—30%。
随着3D NAND技术堆叠层数的增加，外围电路所占芯片面积可能达到50%以上，这导致了存储密度的降低。
同时，这种方法最多可容纳300多层的NAND，否则施加于底部电路上的压力可能会对电路造成损坏。
为解决这一问题，长江存储早在2018年推出了全新的Xtacking技术，推动了高堆叠层数的3D NAND制造转向CBA（CMOS键合阵列）架构。
NAND晶圆和CMOS电路晶圆可以在不同的生产线上制造，使用各自优化的工艺节点分别生产，这不仅可以缩短生产周期，还可以降低制造复杂度和成本。
对于三星、SK海力士等传统3D NAND大厂而言，他们在传统的单片晶圆生产方面具有显著的技术优势和产能优势。
若要从传统的单片晶圆生产转向CBA架构的双片晶圆生产，无疑需要额外投资于新的洁净室空间和设备；
同时，还需面对混合键合技术带来的良率挑战，这也使得他们转向CBA架构的意愿并不强烈。
尽管SK海力士和美光分别在2020年和2022年从Xperi获得了混合键合技术的授权。
但由于转向CBA架构的迟缓，使得三星、SK海力士等大厂在面对已在CBA架构3D NAND和配套的混合键合技术上持续投入多年的长江存储时，将不可避免地面临专利方面的障碍。
长江存储在建立技术优势方面，四年前已将混合键合技术应用于3D NAND制造，并将其命名为[晶栈（Xtacking）]。
起初，长江存储通过与Xperi签署许可协议，获得了混合键合技术的原始专利，并在此基础上构建了全面的自主专利体系，目前在全球混合键合技术领域处于领先地位。
目前，长江存储自主研发的Xtacking技术已发展至4.x版本，并已开始供应其第五代3D TLC NAND闪存产品（具有294层结构，其中包含232个有源层），成为目前商用3D NAND产品中堆叠层数最多、存储密度最高的产品。
长江存储作为最早将混合键合技术应用于3D NAND的公司，在相关技术领域拥有强大的专利积累，截至目前，其专利申请总数已超过1万件。
3D NAND未来竞争围绕亚洲诸强展开
当前，全球范围内正积极展开对尖端半导体技术的争夺，其中，下一代NAND闪存领域，以其高集成度的优势，竞争尤为激烈。
作为该领域的主导者，三星电子尽管连续多年占据行业领先地位，但在技术上的优势已不再明显。
根据TrendForce的统计数据，截至去年第三季度，三星电子在全球NAND市场中以35.2%的份额位居首位。
紧随其后的是SK海力士（20.6%）、日本铠侠（15.1%）和美国美光（14.2%）。尽管长江存储在整体市场份额上尚未取得显著优势，但在技术层面正迅速缩小与韩国企业的差距。
在市场中，3D NAND闪存的最高量产层数为SK海力士的321层；三星电子量产的最高层数为286层；美光则为276层。
长江存储的量产最高层数为232层，但据今年1月的消息，长江存储已经开始出货第五代294层NAND。
此外，日本铠侠亦展现出强劲的竞争态势，目前量产的NAND为218层芯片。
近日，铠侠宣布与闪迪联合开发的第10代BiCS 3D NAND闪存，其3D堆叠层数达到了前所未有的332层。
去年八月，SK海力士公司透露，其正在研发400层堆叠的NAND闪存技术，并计划于2025年实现大规模量产。
此外，SK海力士预计将在三月完成对英特尔NAND业务的收购，此举预计将显著提升其在全球NAND市场的竞争力。
中国领先的DRAM半导体制造商长鑫存储科技正致力于追赶行业巨头三星和SK海力士。
长鑫存储正在加速推进下一代DRAM技术的研发，并且并未按照原定计划采用17nm制程技术于首款商用DDR5产品，而是直接采用了更为先进的16nm制程技术。
报告指出，在商业化技术层面，韩国仅在高密度、电阻式存储器技术以及半导体和先进封装技术方面保持领先。
然而，在整个半导体行业技术生命周期的评估中，韩国在工艺和量产方面领先，但在基础、源头和设计领域则落后于中国。
随着中国半导体产业的迅猛发展，全球半导体行业的格局将发生改变，美国、日本和韩国的垄断地位将难以维持。
结尾：
与GPU、CPU等芯片类似，存储芯片同样面临着生态挑战。
目前，存储芯片的EUV光刻机、原子层沉积设备等仍依赖ASML、应用材料等国际供应商，在大环境不确定的背景下，国产厂商依然面临挑战。
同时，海外厂商通过[技术联盟+价格战]的策略也在冲击着国产厂商的市场份额。
未来存储芯片市场将演变为专利、产能、生态的全面竞争。
部分资料参考：财经：《韩媒称三星、SK海力士将使用长江存储专利技术，国产存储芯片替代提速》，卓乎：《三星将使用长江存储技术，用于下一代NAND》，心智观察所：《求救长江存储，三星着急了》，电手：《三星使用长江存储专利！韩专家：半导体快全面落后中国》，观网财经：《历史一幕！长江存储向三星授权关键技术专利》，酷玩实验室：《三星向长江存储[交学费]：一场[倒反天罡]的大戏》
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