Xtacking

In fast jedem Smartphone und in jeder SSD stecken Speicherchips, die Daten auch ohne Strom behalten. Ein solcher Chip besteht aus zwei sehr verschiedenen Teilen. Der eine Teil sind Milliarden winziger Speicherzellen, die die Daten halten. Der andere Teil ist die Steuerelektronik, die entscheidet, welche Zelle gerade gelesen oder beschrieben wird. Normalerweise werden beide Teile nebeneinander auf derselben Siliziumscheibe gefertigt. Xtacking ist ein Verfahren des chinesischen Herstellers YMTC, bei dem man sie getrennt herstellt und anschließend übereinanderlegt. Der Name spielt auf das englische „stacking“, also Stapeln, an.

Warum getrennte Fertigung mehr Speicher pro Chip bringt

Speicherzellen und Steuerelektronik haben gegensätzliche Ansprüche. Zellen sollen möglichst dicht und möglichst billig sein. Die Steuerelektronik soll dagegen möglichst schnell schalten, dafür braucht sie modernere Transistoren. Fertigt man beides zusammen, muss man einen Kompromiss eingehen. Beide Teile bekommen dann einen Prozess, der für keinen von beiden ideal ist.

Getrennte Fertigung löst diesen Konflikt. Die Zellen entstehen auf einer Scheibe mit einem auf Dichte optimierten Verfahren. Die Steuerelektronik entsteht parallel auf einer zweiten Scheibe mit einem schnelleren Verfahren. Danach werden beide verbunden. Jeder Teil bekommt also genau das, was er braucht.

Der zweite Gewinn ist Fläche. Liegt die Steuerelektronik unter oder über den Zellen statt daneben, wird der Platz daneben frei. Auf derselben Chipfläche passen dadurch mehr Speicherzellen. YMTC nannte für frühe Xtacking-Generationen Flächengewinne im Bereich von etwa einem Viertel. Für Kunden bedeutet das mehr Gigabyte pro Chip zum gleichen Preis.

Milliarden Kontakte zwischen zwei Siliziumscheiben

Der entscheidende Schritt ist das Verbinden der beiden Scheiben. Auf der Oberseite jeder Scheibe sitzen winzige Metallflächen, die Kontaktpunkte. Die Scheiben werden extrem genau ausgerichtet und dann aufeinandergepresst. Bei Kontakt verbinden sich die Metallflächen dauerhaft. Man spricht von Wafer-Bonding, wobei ein Wafer eine dünne Siliziumscheibe ist.

Diese Verbindung besteht aus Milliarden einzelner Kontakte auf einmal. Sie sind kurz und liegen direkt übereinander. Kurze Wege bedeuten weniger Verzögerung, deshalb kann der Chip Daten schneller nach außen liefern. Genau darauf zielt Xtacking: höhere Übertragungsraten pro Speicherchip.

Der Preis dafür ist die Genauigkeit. Die Ausrichtung muss im Bereich weniger Nanometer stimmen, ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter. Sitzt eine Scheibe leicht versetzt, ist der gesamte Verbund unbrauchbar. Man verliert dann zwei gute Scheiben statt einer. Deshalb ist das Verfahren technisch anspruchsvoll und lohnt sich erst bei großen Stückzahlen.

Wo Xtacking in Geräten und Schlagzeilen auftaucht

Xtacking steckt in NAND-Flash, also dem Speichertyp, den SSDs, USB-Sticks und Smartphones nutzen. Wer eine SSD von YMTC oder der Endkundenmarke Zhitai kauft, hat das Verfahren im Gerät. Auch einige Smartphone-Hersteller haben YMTC-Speicher verbaut. Auf der Verpackung steht der Begriff selten, in Datenblättern und Tests aber schon.

In den Nachrichten begegnet der Begriff meist im Zusammenhang mit dem Streit um Chiptechnologie zwischen den USA und China. YMTC steht seit 2022 auf US-Handelslisten und kommt schwerer an westliche Fertigungsmaschinen. Xtacking gilt als Beispiel dafür, dass ein Hersteller auch mit älteren Maschinen konkurrenzfähige Chips bauen kann, wenn die Architektur clever ist. Deshalb wird das Verfahren in Analysen oft als Symbol zitiert.

Ein häufiger Irrtum ist die Verwechslung mit 3D-NAND. Bei 3D-NAND werden die Speicherzellen selbst in vielen Lagen übereinandergestapelt, heute weit über 200. Das machen alle großen Hersteller. Xtacking stapelt dagegen zusätzlich die Steuerelektronik auf diesen Zellblock. Beide Ideen ergänzen sich also, sie ersetzen sich nicht.