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        工業和信息化部主管 中國電子報社主辦
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        半導體

        閃存之爭:風云再起

        當前,多家存儲大廠釋出低迷信號,擴產規劃更是相繼放緩。TrendForce集邦咨詢預測,第三季度NAND閃存價格跌幅將擴大至8%~13%,且跌勢有可能延續至第四季度。明年上半年,NAND閃存價格或仍處于下跌狀態。

        盡管已經感受到市場下行的寒風,存儲廠商在先進技術方面的競爭卻不見頹靡。日前,美光宣布推出全球首款232層NAND,比特密度比上一代176層NAND高出45%以上;三星電子預計將在今年內發布236層NAND閃存產品,還計劃在本月開設一個新的研發中心,負責更先進NAND閃存產品的開發;SK海力士最近也完成了238層NAND產品的開發。在各家廠商你追我趕的比拼中,一場關于閃存的爭霸賽再次拉開帷幕。

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        NAND紅海中的“淘金者”

        NAND閃存的出現是一項極其偉大的發明。從某種意義上說,NAND閃存引領數據存儲進入了新時代,使人們日常所用的智能手機、電腦、智能汽車等產品得到了質的飛躍,也為云計算、大數據、VR設備、人工智能、物聯網、自動駕駛等新興領域的發展奠定了基礎。

        當時間的指針撥回到1987年,日本企業東芝存儲締造了NAND閃存誕生的奇跡。這一創舉,距今有35年的歷史。

        現如今,東芝存儲已更名為鎧俠。4月25日,鎧俠發文慶祝NAND閃存發明35周年。鎧俠方面坦言,NAND閃存技術是一項具有顛覆性的技術,它帶來的深遠影響從根本上改變了人們的生活、工作和娛樂方式。如果沒有NAND閃存這一影響力貫穿幾十年的創新技術,20世紀90年代的MP3播放器與如今的智能手機都將不會存在。

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        來源:中商產業研究院

        從35年以前的“零”起步,NAND閃存如今的市場規模已經達到700億美元。在容量方面,NAND閃存已經從4Mb增加到1.33Tb實現了3.33萬倍的增長。從該指數增長的角度來看,在20世紀90年代,最大容量的閃存僅可以容納1/8張照片,時至今日,NAND的最大容量已發展到能夠存儲39000張照片。

        2013年,韓國三星研發出V-NAND閃存技術又是一個新的里程碑。這是一種通過垂直堆疊3D空間中的穿孔連接其單元層的解決方案,不僅突破了NAND閃存只能使用二維結構的局限性,也讓NAND閃存從二維結構進化到三維結構,成為當前的主流技術之一。

        在第一代(24層)V NAND閃存商業化之后,3D NAND閃存領域的技術進步速度極快,第二代(32層)、第三代(48層)、第四代(64/72層)、第五代(92/96層)、第六代(128層)、第七代(176層)技術紛紛涌現。在短短9年時間里,堆疊層數逐漸成為各大閃存企業的競爭焦點。

        今年2月初,三星發布公告稱,將在2022年底或2023年上半年推出200層以上的3D NAND芯片,并在2023年上半年開始量產。預計三星第一款200層以上3D NAND芯片的層數將達到224層。

        在大家都認為三星這個3D NAND閃存的締造者,將繼續引領技術潮流,甚至將3D NAND閃存帶入200+層新時代的時候,美光打了三星一個措手不及。7月26日,美國存儲芯片巨頭美光發表公告稱,原定于今年年底開始量產的全球首款232層3D NAND芯片,已經提前量產,預示著3D NAND芯片進入200+層時代。美光技術和產品執行副總裁Scott DeBoer表示:“美光的232層NAND芯片是存儲芯片創新性的分水嶺,也證明了現階段的技術具有將3D NAND芯片的層數擴展至200層以上的能力?!泵拦獯伺e可以說是后發制人,而且這也不是美光第一次這么做了。早在2022年1月,美光就早于三星率先發布了業內首款176層3D NAND芯片。

        賽迪顧問集成電路中心高級分析師楊俊剛表示,美光一直是存儲器領域的領先者,在DRAM和NOR閃存領域一直擁有豐富的技術儲備和經驗,擁有成熟的制造產線和產能。美光在發展NAND閃存的過程中,也多方尋求合作,包括前后和爾必達、英特爾展開NAND閃存的合作,快速積累技術和經驗,為美光NAND閃存成功崛起奠定了基礎。

        半導體行業專家池憲念向《中國電子報》記者指出:“美光此次技術突破,可降低其生產成本,并使美光擁有最先進閃存芯片的定價權,這會為其增加更多的利潤;另一方面,美光借此進一步提高了自己的技術門檻,拉開與其它廠商的差距,使其在存儲芯片市場上的競爭力和3D NAND 閃存市場份額得到進一步增加?!?/p>

        在這個勢頭下,美光決心要搶占更多的市場份額。8月9日,存儲芯片制造企業美光宣布,將在10年內,分階段投資400億美元建設先進存儲芯片制造工廠,這也是美國存儲制造行業最大規模的一次投資。據了解,此次宣布的400億美元投資計劃,是其去年宣布的1500億美元全球投資方案中的一部分。美光方面表示,隨著汽車和數據中心等關鍵市場對內存的需求不斷增長,再加上人工智能和5G技術的加速應用,公司將根據行業需求趨勢,增加整體供應量。

        層數之爭日趨白熱化

        美光在閃存領域的技術突破,將3D NAND閃存技術提升至新高度。圍繞著更高的層數,各家閃存企業的競爭日趨白熱化。

        8月3日,韓國知名存儲芯片廠商SK海力士宣布成功研發了業界最高層數的238層4D NAND閃存,并且在美國圣克拉拉舉行的2022閃存峰會上亮相了首款新產品。SK海力士表示:“此次238層NAND 4D閃存在達到業界最高堆棧層數的同時實現了全球最小的面積?!?/p>

        三星在NAND閃存市場也在不斷提速。日前,三星宣布將在今年內發布236層NAND閃存產品。另一邊,同樣來自韓國的SK海力士收購了英特爾位于中國大連工廠的NAND閃存業務。在這次收購之后,它的市場總份額達到全球第二,僅次于三星。顯而易見,兩大韓廠在市場份額方面占據了NAND閃存的半壁江山。美光想要沖破韓國雙雄這道銅墻鐵壁,仍有一條不短的路要走。

        不過,比起韓國雙雄,美光在閃存領域也具備獨特優勢。北京半導體行業協會副秘書長朱晶對記者表示,“專注”與“聚焦”正是美光在NAND市場表現強勁的原因之一。美光果斷退出傲騰內存業務之后,一直專注于NAND市場,這個戰略無疑是明智之舉。相比之下,三星推出新品的速度沒有美光快,這可能是因為三星把不小的精力投入在了代工業務上,因而在存儲器市場“顧此失彼”。

        值得注意的是,雖然閃存的層數越多,單位空間存儲密度就越大,總存儲容量越容易提升,但層數并不是決定閃存性能的唯一指標。創道投資咨詢總經理步日欣在接受《中國電子報》記者采訪時表示,3D NAND閃存堆疊技術在原理上可以理解為,通過堆疊方式,在更小的空間和面積中實現各大的存儲容量。但是各個廠商都有各自的技術架構和演進路線圖,彼此間不完全一致,各家都有自己的技術工藝特色。在低層級的時候,3D堆疊確實能夠顯著提升閃存的性能,但是隨著層數的增加,性能提升也會遭遇瓶頸,需要在技術、成本和性能之間尋找一個平衡。

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        “層數的領先并不能代表美光在閃存技術上已經超過了三星?!背貞椖罱忉尩?,業界衡量閃存產品的先進性,除了要看堆疊層數以外,還需要對接口速度、可靠性、隨機讀取性能、低能耗、增加每單元位數等方面指標進行對比。此外,業界還希望在生產過程中能夠實現低成本、低損耗。在堆疊層數落后的情況下,三星可以通過提高產品的實際性能來提升自身的競爭力。

        “美光率先推出238層NAND,雖然對企業形象的提升起到一定作用,但很難說美光的技術就獨步天下?!泵拦赓Y深工程師、盛海峰博士對記者表示,該技術對市場份額的影響并不大。盛海峰進一步解釋道,NAND領域有消費電子(手機電腦等)、云計算、數據中心及汽車電子等幾個市場,不同市場有不同要求。消費電子產品追求存儲量大和功耗小,但近年來,有云存儲讓相關市場對存儲量的追求幾乎走到盡頭,“512G”對大多數手機用戶來講應該是足夠的。三星作為手機和個人電腦的生產大戶,在市場份額方面具備得天獨厚的優勢。

        放眼其他市場,云計算和數據中心的首要要求是耗電小,同時對可靠性的要求也高于消費電子。而對可靠性要求最高的市場是汽車電子?!捌囯娮涌蛻舻闹艺\度也是最高的,因為認證一個新供應商的周期和成本很高。美光在汽車電子領域深耕多年,現在是吃到了紅利?!笔⒑7鍖τ浾哒f。

        層數高雖然不代表最先進,但確實也能夠證明美光的自身實力。TrendForce集邦咨詢分析師敖國鋒就認為,層數的確可能不代表技術最先進,但是唯有透過堆高層數,才有機會提升存儲的容量,在成本上才具有優勢。除了看層數之外,對閃存芯片的傳輸速度也是另一個關注的重點。目前看來,美光下一代產品的存儲速度看起來是相當快速,要看后續韓系廠商是否也可以推出類似高速度傳輸的產品。

        三星領先地位暫時難以撼動

        鎧俠與西部數據結成的同盟一樣不可小覷。近年來,雙方一直在加深合作,計劃于2024年之前推出200層以上的3D NAND芯片。鎧俠此前積累了大量的技術和專利,在技術研發方面一直保持著高速發展。不久前,鎧俠和西部聯合開發的NAND閃存堆疊層數達到162層。雖然,這一成果和美光、三星和SK海力士相繼推出的200多層NAND閃存技術相比有一定差距,但是鎧俠和西部數據通過高密度化和超多值化等新結構技術組合,同樣提高了閃存的密度并且降低了成本,它們的產品在市場中具備一定競爭力。

        據報道,西部數據CEO David Goeckeler曾在采訪中表示,鎧俠是西部數據重要的合作伙伴,兩家企業加起來是全球最大的NAND供應商,市占率略高于三星。

        在閃存市場中,三星還是公認的領先企業。鎧俠與西部數據的強強聯合,能否動搖目前閃存市場中三星的“領頭羊”地位?放眼未來3—5年的市場格局,朱晶認為,無論是在資金投入、地緣政治還是自身技術方面,鎧俠和西部數據都與三星、美光存在一定距離。在她看來,美光是對三星的存儲器霸主地位最有挑戰的一家公司。在相關政策的支持下,美光或許在產能擴充方面具備更大優勢,這會為其日后打“價格戰”奠定更好的基礎。

        步日欣同樣認為三星在閃存領域的領先地位難以撼動。在步日欣看來,單純依賴各家略有差異化的技術路線,并不能形成非常強的競爭優勢,閃存相對穩定的市場格局很難在短時間內被打破。在市場格局層面,鎧俠和西數單純的業務合作,很難撼動三星的市場地位,即便是之前西部數據意圖收購鎧俠,資本層面的全面合并,也很難出現“1+1>2”的結果。而三星在NAND領域的產業鏈相對完善、技術也相對成熟,在NAND領域與其他企業合作的可能性不是很大。

        由此可見,截至目前,整個閃存市場的格局還是由三星、美光、SK海力士、鎧俠和西部數據這五家領先企業為主導,同時三星的領先地位暫時難以撼動。相信未來這個格局還將持續一段時間。

        值得一提的是,NAND閃存堆疊越來越高能代表的是技術演講的演進變化,客戶在購買閃存芯片產品時,最關注的還是閃存的讀寫速度,因此讀寫的速度提升在目前的數據時代將扮演著更為重要的角色。

        與此同時,傳輸速率也是備受消費者關注的一個因素。傳輸速率可以對終端產品帶來更快的反應,還能更加節約消費者的時間。當前主流的方式還是通過提高堆疊層數來提升NAND閃存的性能,但是隨著后摩爾時代的來臨,先進封裝在提升產品性能中的表現愈發優異,硅通孔技術也將更多應用在NAND閃存領域。隨著各項技術不斷成熟,FeRAM、MRAM、PCM等新型非易失性存儲器將迎來快速發展。未來,非易失性存儲可能有機會取代當前火熱的NAND閃存技術。

        責任編輯:張依依


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