不常見的專利交易

科技圈這段時間熱議的，除了“D老師”DeepSeek的無孔不入之外，還有一件看似“倒反天罡”的專利許可授權事件——三星電子與中國存儲芯片廠商長江存儲簽署了專利許可協議，希望獲得長江存儲的3D NAND“混合鍵合”專利。

三星電子可以說是存儲芯片行業領頭羊級別的存在，與SK海力士(SK Hynix)、總部位于美國愛達荷州的美光并稱為全球內存存儲芯片市場的三巨頭。而它竟然也要向中國儲存芯片廠商處獲取專利授權，實在比較罕見。

從另一個角度來說，美國近年來對中國芯片產業絞盡腦汁地限制，從最先進芯片的進口，到先進制造設備的引入，也倒逼著中國芯片企業開發出新的技術路線，以求左沖右突，擺脫束縛。而結果就是，另辟蹊徑的中國芯片企業所創造的技術，反而得到市場承認了。

不過也不用太激進地評價這次專利授權，畢竟在國家、企業之間，這是通用做法和合作手段，說不定長江的顆粒或工藝中就有三星的技術授權，一次專利授權并不代表著遙遙領先。

但是通過這次專利授權，我們可以看到處于下行周期近兩年的閃存市場，正在經歷著什么樣的技術變化。

從2D到3D

要想理解交易最關鍵的混合鍵合技術，就要先了解NAND Flash的發展過程。

NAND Flash就是我們常說的閃存，是非易失性存儲器的一種，常見于固態硬盤（SSD）、USB閃存驅動器、相機存儲卡、手機終端存儲等部件中。

它的工作原理簡單總結，是依靠對電荷的存儲與釋放，來實現數據的寫入和擦除。早期芯片上的電路元器件的結構都是是平面擺放的，為了提高芯片集成度，晶體管等電路元器件的尺寸，一直在按照摩爾定律縮小。

當它們縮小到無法再縮小的時候，業界就發明了把電路元器件豎起來的結構形式，以縮小芯片面積。這種立體結構的封裝形式就被稱為3D或側向結構。

再說回到閃存上，閃存有非易失性，所以主要用于數據存儲。“隨著全球數據量爆炸式增長，市場對閃存的需求會越來越大”，這是業內10年前就預料到的情況。而為了滿足市場的需求，閃存的存儲方式和堆疊技術也在向3D持續演進。

具體到3D NAND，實際就是把閃存顆粒一層層堆疊起來，而層數多少就是業界競爭的關鍵點。相較于2D NAND的水平堆疊，3D NAND就像是蓋摩天大樓，利用縱向維度，把閃存顆粒在立體空間內進行多層垂直堆疊。

但是怎么疊也很重要。閃存芯片的電路中，一部分是用來存儲數據的顆粒陣列(Cell Arraya)，還有一部分是控制寫入、讀出數據的外圍控制電路(Periphery)。

傳統的架構中，外圍控制電路通常位于存儲單元的側面，兩者并列擺放，這不僅占據了較大的芯片面積（20%-50%），還增加了信號傳輸的距離和延遲。

所以包括三星在內的眾多傳統閃存廠商最早開始做3D NAND Flash的時候，都選擇將控制電路放在存儲陣列之下。無論是SK海力士的PUC（Periphery Under Cell），還是三星的COP（Cell on Periphery），實際上都是這么干的。如此設計，一方面縮短了信號傳輸路徑，使得數據的讀寫操作能夠更加迅速地響應，另一方面又讓數據傳輸速度得到顯著提升。

但隨著堆疊層數、存儲密度的急劇增加，這種架構越來越難以推進。這就像在地基上蓋了太多層高樓，導致地基難以承受，到了300層以上架構時，機械壓力、熱管理等等問題都開始出現。

分開制造的秘訣

2015年前后，多家公司就開始轉向CBA（CMOS directly Bonded to Array，外圍電路直接鍵合到存儲陣列），也就是把控制電路放到存儲陣列頂端，變“地基”為“封頂”。這樣一來芯片的集成度、電路性能等都得到一定提升，從而實現了更高的性能和更低的功耗。

也正是在這個背景下，長江存儲3D NAND閃存技術才能快速發展起來。

2016年紫光集團與武漢新芯共同組建成立的長江存儲，在2018年就成功避開美光的專利保護區，自主開發出X-tacking晶棧架構。

這種堆疊式技術也屬于CBA架構的一種，但具體制造過程略有不同。所謂X-tacking架構是指，將存儲陣列和控制電路分別在兩片獨立的晶圓上，用不同的工藝進行加工，然后鍵合到一起。

鍵合這一步非常關鍵，可以理解為把兩塊晶圓焊接并封裝在一起的過程，要保證封裝的密度和可靠性，屬于目前的尖端封裝技術，也是本文最開頭所說的輸出專利技術。

這個技術是閃存廠商推出堆疊層數超400層的NAND Flash產品的關鍵，不然三星不會一拿到專利，轉頭就推出400多層堆疊的第十代V-NAND閃存。

拿到專利三星立刻推出400多層堆疊的第十代V-NAND閃存

除了降低控制電路“存在感”，提升了存儲密度之外，這種架構的最大優勢在于兩者可以采用不同的工藝制程和技術去生產。存儲陣列依舊可以沿用成熟制程，降低成本；控制電路不會再受到存儲陣列加工時的高溫、高壓影響，所以可以跟隨邏輯電路的進步發展，用一些先進制程去提高傳輸速率，提高性能。

目前，X-tacking 3.0閃存已實現大規模生產，而4.0的研發也在緊鑼密鼓地進行中。傳統結構NAND的面積利用率大概有65%，而X-tacking架構可以達到90%，未來隨著長江存儲第四、第五代X-tacking閃存的成熟，其優勢將更加明顯。

X-tacking技術與其他國際級NAND Flash大廠的技術和架構都不同，且自己有獨家的專利，而這些專利這幾年很明顯，成為了長江存儲營運過程中很重要的保護傘，也成了其低價“血洗”市場的利器。

追上閃存先進技術

現在想來，當初長江存儲選擇先押寶閃存真是明智。

先進封裝技術讓長江存儲在閃存市場占有一席之地

原因可能有幾點，一是在集成電路產業中，如果按收入規模來看，CPU(中央處理器)、存儲芯片和其他芯片各占約三分之一，而存儲芯片相對標準化，不需要像CPU那樣依賴生態。

二是從供應安全和數據安全角度出發，中國也需要擁有一家自己的3D NAND芯片企業。存儲芯片分兩類，一類是DRAM(動態隨機存取存儲器)，可用來生產內存條，支持計算，全球市場主要由韓國三星、海力士、美國美光三家企業把持，國內則由合肥長鑫在攻堅。另一類閃存國內當時還沒有強有力的競爭者。

更重要的是，3D NAND的歷史比較短，產品大規模走向市場也就這四五年間的事，這追趕起來就容易多了。

無論是三星電子還是長江存儲，它們的技術取向都說明了同一件事，目前業界更依賴的不是“摩爾定律”，而是重視起了晶圓封裝技術，那現在卷來卷去的晶圓制造技術會不會有一天讓位給封裝技術？國內芯片廠商的優勢這不就顯現出來了。