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存储芯片:2020半导体产业“王者”即将崛起

2020-04-20 10:14:42 来源 : 物联传媒

早在2014年6月,国务院颁布了《国家集成电路发展推进纲要》,提出设立国家集成电路产业基金(简称“大基金”),将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。

图片来源:工信部网站

但是纵观整个半导体产业,处在眼前的大山主要有两座:

1)逻辑芯片领域,不仅是要造出更好的处理器,以英特尔、英伟达、Arm等公司为参照,需要在架构IP、标准制定、上下游生态配合等方面有长期的经验积累,短期超车十分困难;

2)制造代工领域,台积电自是业界典型,但在美国阻扰下,最先进的荷兰ASML光刻机始终无法到货国内,关键设备的缺失给制程工艺的优化形成阻碍。

存储芯片虽然同样面临寡头垄断的局面,但其主要难点在于IP和制造,到竞争层面主要是更低的成本,更优的技术,品牌化程度较弱,用户粘性也不如其他细分领域。

再加上在集成电路产业,存储芯片占了很重要的比重,更有集中发力的意义。比如2019年存储芯片销售额为1059.1 亿美元,占集成电路市场份额的32.1%,达到三分之一,是集成电路的主要增长动力。

尤其我国还是存储芯片的进口大户,自给率很低,每年为此产生大量花费。

综合以上所有原因,大基金选择将存储芯片确立为半导体产业主打方向之一。

包括长江存储在内,国内发展有三大存储项目,分别为定位发展3D NAND Flash的长江存储,发展移动式DRAM的合肥长鑫,发展利基型DRAM的福建晋华。

存储芯片市场集中度极高

存储器可简单分为内存和闪存,内存是易失性存储器,当电源关掉,所存储的数据就会消失;闪存是非易失性存储器,就算关掉电源,所存储的数据也不会消失。

以手机参数中所说的6G+128G为例,前面的6G数字代表内存,用来暂时存储手机系统、软件运行时产生的碎片化数据,后面的128G数字代表闪存,用来存储照片、视频、文件等内容。就分工来说,内存主要用来运行程序,闪存主要用来存储数据。

从组成上进一步地说,内存的典型芯片门类有DRAM和SRAM,闪存颗粒依据存储结构的不同常分为NAND Flash和NOR Flash两种。

有机构曾整理数据,得出存储芯片整个市场中DRAM产品占比约53%,NAND Flash产品占比约42%,Nor Flash占比仅为3%左右。

放眼全球,当前存储芯片主要为韩美日三国所占有。比如DRAM市场已经形成三国鼎立局面,份额前三名分别为三星、SK海力士、美光,三者市场份额总和超过90%;再比如全球NAND Flash市场中,三星、东芝、铠侠/西部数据、美光、SK海力士、英特尔是主要玩家,三星市场份额达到39%;Nor Flash因为市场规模远不及DRAM和NAND Flash而一度被边缘化,但同样呈现寡头垄断的局面,90%以上的市场份额由旺宏、华邦、美光、Cypress和兆易创新这五大厂商占据。

认清国产存储芯片入场较晚的既定事实以后,便能明白后发者想要追平的难度之大。

平地一声雷:

长江存储真的做到了128层

前几天,长江存储在官网宣布其128层3D NAND闪存芯片研发成功,并已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。作为业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存,长江存储X2-6070拥有业内已知型号产品中最高单位面积存储密度、最高I/O传输速度(在1.2VVccq电压下实现1.6Gbps的数据传输速率)、最高单颗NAND闪存芯片容量(1.33Tb)。同时发布的还有128层512Gb TLC规格闪存芯片(X2-9060),以满足不同应用场景的需求。

 

消息一出,众多业内人士评论认为,长江存储128层的公布,意味我国半导体在NAND这一细分领域再次缩小了与国际领先水平的差距,着实可喜可贺。包括长江存储肩负国家发展责任,用3年时间实现从32层到64层再到128层的跨越,更加显得意义重大。

关于128层产品量产时间,预计在2020下半年到2021上半年,目标定在2021年单月10万片产能大量上市,让一众网友为之期待,纷纷用“强硬”的语气表示:

更多信息表明,长江存储是于2016年7月,在武汉新芯集成电路制造有限公司的基础上正式成立的,一期投资240亿美元,主要股东包括中国集成电路产业投资基金、紫光集团、湖北政府等,主要业务为3D NAND 闪存设计制造一体化(IDM),同时提供完整的存储器解决方案。

根据时间线:

2018年第三季度,长江存储32层3D NAND闪存实现量产。据悉32层3D NAND闪存芯片是长江存储耗资10亿美元,1000人团队历时2年研发出来的,实现了国产从无到有的突破,但遗憾的是,三星在2015年就完成了32层的布局,2018年底国际头部公司已经有了92层或96层,国内整体进程落后了3-4年。

2019年第三季度,长江存储64层3D NAND闪存实现量产。虽然此时韩美日公司正在开展100层以上的研发,96层也已经稳定量产,但进程差距已经缩小到到2年左右,并且长江存储开始有了自研的Xtacking技术,具有独特的技术能力。

后来,长江存储决定跳过96层,直接研发128层,这才有了本次的3D NAND产品发布,与国际水平的关系从跟跑变成了并跑。当然这一决策并不是盲目冒进,长江存储联席首席技术官汤强表示是由于公司独特的 Xtacking 架构,以及通用设备市场已经相对成熟两方面进行支撑。

Tech Insights 在 2019 Q4 发布的NAND综合路线图

存储芯片在物联网的应用需求

逢智能手机市场需求疲软,物联网、AI带来新的发展机遇,企业在存储芯片领域的突围迎来了更大的机会窗口。

通常按照不同的需求,存储芯片的定位呈现不同,比如消费电子类、工业级嵌入式、PC服务器类、数据中心类等等。而且不仅仅是NAND被采用,甚至NOR Flash都因为物联网和消费电子的产品需求带动,呈现了新的发展生机。据数据披露,2019年因为TWS蓝牙耳机的带动,第三季度NOR Flash产值比第二季增长了4.3%,达到5.7亿美元。

哪里有数据,哪里就会有存储芯片,二者之间相生相伴。尤其在以5G、物联网和人工智能为技术特征的当下生产生活场景。

有行业知名调研机构曾披露:“每辆自动驾驶汽车每天约产生4TB数据,每个8K高清智能监控摄像头每天约产生1.1TB数据,每个智能工厂每天约产生1TB数据,每个石油钻井平台的工业行为每天约产生10TB数据……”

生活在被数据包围的世界,激发了产业界对于数据分析的需求,但前提是如何高效地对这些数据进行存储整理。尤其考虑到物联网边缘设备自身拥有的诸多特性,比如所处位置偏远不易管理、所处环境较为严苛、产生海量数据对存储容量提出要求、时延较低对读写速度提出要求、强调数据安全等,这一系列原因尤其导致数据存储这项工作,在物联网时代面临新的挑战。

单看存储芯片下游的SSD存储控制器市场,80%是由上游NAND Flash原厂拿走了,另外剩下的20%市场,则由一批独立存储控制器公司瓜分,包括群联、联芸、慧荣、华澜微电子、硅格、Marvell、忆芯、澜起微电子、瑞昱、兆芯电子、江波龙、国科微等。

风气云涌,群雄争霸,又有谁能准确抓住物联网时代的需求痛点呢?

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