存儲器,顧名思義,用來存儲程序和各種數(shù)據(jù)信息的記憶部件。目前,現(xiàn)代計算系統(tǒng)通常采取高速緩存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存儲(NAND Flash)的三級存儲結(jié)構(gòu)。
從存儲類型看,存儲器主要分為隨機(jī)訪問存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。RAM包括DRAM、SRAM等;ROM在斷電后仍可保持?jǐn)?shù)據(jù)的有效性,包括PROM、EPROM、EEPROM、Flash等。從市場規(guī)??矗鎯ζ髦饾u形成了主要由DRAM與NAND Flash組成的市場。
據(jù)統(tǒng)計,存儲器在整個半導(dǎo)體市場規(guī)模中的占比超過三分之一,智能手機(jī)等消費(fèi)級產(chǎn)品的存儲容量配置持續(xù)提升,數(shù)據(jù)中心對存儲耗用量也在持續(xù)提升,整體存儲位元的需求持續(xù)增長。存儲產(chǎn)業(yè)市場格局高度集中,主流存儲器DRAM、NAND市場額均高度集中于三星、海力士、美光、鎧俠等海外廠商,而國內(nèi)存儲產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段。
如今,國內(nèi)存儲器行業(yè)一步一步的攀登,實現(xiàn)“從無到有”,正當(dāng)回望時,這條路已不再是孤單影只。尤其是隨著各企業(yè)的涌進(jìn)和成長,不斷突破半導(dǎo)體存儲制造的瓶頸,這將有望帶動產(chǎn)業(yè)鏈加速發(fā)展。
中國大陸存儲器行業(yè)的成長之路
1.踏入存儲器行業(yè)
時光追溯到1956年,周恩來總理親自主持制定的1956-1967年十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃中,將國內(nèi)急需發(fā)展的四個高新技術(shù),半導(dǎo)體、計算機(jī)、自動化和電子學(xué)列為四大緊急措施。從此,中國便開始建立自己的半導(dǎo)體行業(yè)。
直到1975年,中國大陸才步入存儲器行業(yè)。這一年,北京大學(xué)物理系半導(dǎo)體研究小組完成硅柵NMOS、硅柵PMOS、鋁柵NMOS三種技術(shù)方案,在109廠采用硅柵NMOS技術(shù),試制出中國大陸第一塊1K DRAM。
從1978年到1985年我國相繼研制出了4K DRAM、16K DRAM、64K DRAM。1993年,無錫華晶采用2.5微米工藝制造出中國大陸第一塊256K DRAM。
2003年,中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠團(tuán)隊率先在國內(nèi)開展相變存儲器(PCM)的研發(fā)。2004年,中國科學(xué)院微電子研究所劉明院士團(tuán)隊率先開展阻變存儲器(RRAM)的研究。
據(jù)了解,2011年,中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠研究組研制成功中國第一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相變存儲器(PCRAM)芯片,存儲容量為8Mb。并實現(xiàn)了相變材料制備工藝與中芯國際標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的無縫對接,使我國的相變存儲器芯片研發(fā)條件達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
2015年底,中芯國際和中國科學(xué)院微電子研究所達(dá)成合作開發(fā)嵌入式RRAM技術(shù)戰(zhàn)略合作。2017年,在中芯國際28nm平臺上完成了工藝流程的開發(fā)與驗證,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計實現(xiàn)了規(guī)模為1Mb的測試芯片
根據(jù)資料,2017年,中國科學(xué)院微電子研究所與北京航空航天大學(xué)聯(lián)合成功制備國內(nèi)首個80納米自旋轉(zhuǎn)磁隨機(jī)存儲器芯片(STT-MRAM)器件,對我國存儲器行業(yè)的技術(shù)突破形成了具有實際意義的推動作用...
之后,國內(nèi)開始布局存儲產(chǎn)業(yè)規(guī)模化,中國大陸的存儲器公司陸續(xù)成立,存儲產(chǎn)業(yè)也取得明顯的進(jìn)展。在半導(dǎo)體國產(chǎn)化的大趨勢下,國內(nèi)存儲器行業(yè)有望迎來新的發(fā)展和機(jī)遇。
2.各企業(yè)涌進(jìn)存儲市場
當(dāng)前,半導(dǎo)體存儲器行業(yè)可分為IDM和Fabless兩種商業(yè)模式,除了下述的企業(yè)外,在存儲封測的企業(yè)有深科技、華天科技,通富微電等。
2004年,瀾起科技成立,開始主打內(nèi)存接口芯片和數(shù)字機(jī)頂盒芯片。
2005年,兆易創(chuàng)新成立,是一家Fabless公司,于2016年8月在上海證券交易所成功上市。兆易創(chuàng)新起初是以SRAM為主,之后推出了國內(nèi)第一顆Serial Flash產(chǎn)品、第一顆靜態(tài)存儲器及IP技術(shù)、第一款Giga ROM產(chǎn)品。公司主營產(chǎn)品主要分為NOR Flash和NAND Flash兩類。
2006年,武漢新芯成立,是集成電路研發(fā)與制造企業(yè),現(xiàn)提供NOR Flash產(chǎn)品代工。該公司于2019年推出了業(yè)界極具競爭力的50nm Floating Gate NOR Flash工藝平臺。
2009年,聚辰股份成立,是一家Fabless設(shè)計企業(yè),公司擁有EEPROM、音圈馬達(dá)驅(qū)動芯片和智能卡芯片三條主要產(chǎn)品線。在DDR5 EEOROM產(chǎn)品等領(lǐng)域,聚辰半導(dǎo)體已經(jīng)與瀾起科技等企業(yè)開展合作研發(fā)。
2010年,佰維存儲成立,主要經(jīng)營Flash存儲相關(guān)產(chǎn)品。公司的4大產(chǎn)品線為智能終端存儲芯片、消費(fèi)級存儲模組、工業(yè)級存儲模組和以SiP為核心的先進(jìn)封測服務(wù)。
資料顯示,2014年,武漢新芯與賽普拉斯(Cypress)組建聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊,開始3D NAND項目的研發(fā)工作。2015年5月11日,宣布其3D NAND項目研發(fā)取得突破性進(jìn)展,第一個存儲測試芯片通過存儲器功能的電學(xué)驗證。
同年,北京矽成(ISSI)成立,主營產(chǎn)品以DRAM和SRAM等易失性存儲芯片為主。公司算是存儲芯片國產(chǎn)替代進(jìn)程中競爭力較強(qiáng)的企業(yè),目前已并入北京君正。
2016年,晉華集成成立,由福建省電子信息集團(tuán)、泉州市金融控股集團(tuán)等共同出資設(shè)立。公司旨在DRAM領(lǐng)域開發(fā)先進(jìn)技術(shù)和制程工藝,并開展相關(guān)產(chǎn)品的制造和銷售。
同年,合肥長鑫成立,主營業(yè)務(wù)為DRAM芯片的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司目前擁有一座12英寸晶圓廠,19納米(1X納米)的工藝制程。我國在存儲芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了量產(chǎn)突破,合肥長鑫也成為國內(nèi)首個DRAM芯片供應(yīng)商。
2016年7月,長江存儲成立,是一家專注于3D NAND閃存設(shè)計制造一體化的IDM集成電路企業(yè)。公司于2017年10月,成功設(shè)計制造了中國首款3D NAND閃存。
2018年,宏芯宇電子成立,專注于NAND Flash存儲芯片產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、測試、銷售。公司目前主導(dǎo)產(chǎn)品分為嵌入式存儲器、移動存儲器、集成電路主控制器系列三大類產(chǎn)品。
2020年,北京君正完成北京矽成美國ISSI及其下屬子品牌Lumissil的并購。通過對ISSI的并購,公司擁有完整的存儲器產(chǎn)品線、模擬產(chǎn)品線...
走過世紀(jì)的風(fēng)雨,中國大陸存儲企業(yè)猶如雨后春筍般不斷涌現(xiàn),存儲器行業(yè)的發(fā)展方興未艾。
呈現(xiàn)百舸爭流?
近年來,中國陸續(xù)攻克了3D NAND Flash和DRAM技術(shù)。DRAM現(xiàn)在的發(fā)展按照產(chǎn)品分類分為DDR/LPDDR/GDDR和傳統(tǒng)型(Legacy/SDR)DRAM。NAND Flash的主流應(yīng)用為SSD等大容量存儲領(lǐng)域,使用MLC、TLC 2D NAND或3D NAND等。
目前市場上DRAM的應(yīng)用較為廣泛的制程是2Xnm和1Xnm。另外,NAND Flash的發(fā)展方向是3D堆疊,國外先進(jìn)企業(yè)均已紛紛開發(fā)出100層以上堆疊的NAND Flash。
現(xiàn)今,中國大陸的存儲企業(yè)紛紛亮出自家新成果,這一場面無不詮釋著中國大陸存儲器領(lǐng)域呈現(xiàn)“百舸爭流”的新局面。
2021年5月27日,宏芯宇推出全球首顆40nm的USB接口存儲控制芯片,采用USB3.2技術(shù),實現(xiàn)了閃存存儲速度創(chuàng)新,USB2.0的最大傳輸帶寬為480Mbps約60MB/s。
9月27日,武漢新芯宣布推出超小尺寸低功耗SPINOR Flash產(chǎn)品XNOR?——XM25LU128C,可廣泛應(yīng)用于日趨微型化的物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備。XM25LU128C于2021年10月正式量產(chǎn)。
10月20日,佰維存儲發(fā)布DDR5 DRAM存儲模組。相比DDR4內(nèi)存,DDR5擁有更高的起步頻率,業(yè)內(nèi)預(yù)估未來可達(dá)6400MHZ,同時電壓更低,數(shù)據(jù)預(yù)取更大。
10月29日,瀾起科技宣布DDR5第一子代內(nèi)存接口及模組配套芯片已成功實現(xiàn)量產(chǎn)。該系列芯片是DDR5內(nèi)存模組的重要組件,包括寄存時鐘驅(qū)動器(RCD)、數(shù)據(jù)緩沖器(DB)、串行檢測集線器(SPD Hub)、溫度傳感器(TS)和電源管理芯片(PMIC),可為DDR5 RDIMM、LRDIMM、UDIMM、SODIMM等內(nèi)存模組提供整體解決方案。
11月1日,聚辰股份在投資者互動平臺表示,預(yù)計部分A1等級的EEPROM產(chǎn)品將第四季度完成AEC-Q100可靠性標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證,DDR5中的EEPROM產(chǎn)品已量產(chǎn)。
此外,據(jù)悉,兆易創(chuàng)新首款自有DRAM產(chǎn)品也于今年6月正式發(fā)布,實現(xiàn)了從設(shè)計、流片,到封測、驗證的全國產(chǎn)化。
存儲產(chǎn)值持續(xù)增長
存儲產(chǎn)業(yè)存在一定的周期性,而DRAM和NAND Flash作為最主流的半導(dǎo)體存儲器,其市場規(guī)模占比超過90%,價格受需求與供給的影響呈現(xiàn)較為明顯的周期性。
DRAM方面,據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示,2022年的DRAM供給位元成長率約18.6%,然而由于目前買方庫存水位已偏高,加上2022年需求位元成長率僅17.1%,明年DRAM產(chǎn)業(yè)將由供不應(yīng)求轉(zhuǎn)至供過于求。預(yù)估2022年的DRAM總產(chǎn)值將達(dá)915.4億美元,年增微幅上升0.3%。
另外,預(yù)期DRAM平均銷售單價將年減15%,而價格下滑幅度在上半年較為明顯;下半年起將受惠于DDR5的滲透率提升與旺季需求效應(yīng)帶動,均價跌幅將收斂,不排除有持平或漲價的可能性。
NAND Flash方面,NAND Flash的存儲需求正在日益增長。TrendForce集邦咨詢指出,NAND Flash在層數(shù)結(jié)構(gòu)的堆棧持續(xù)推進(jìn),故在供給位元成長仍維持在30%以上的情況下,預(yù)估2022年NAND Flash總產(chǎn)值仍有成長空間,達(dá)741.9億美元、年增7.4%。
同時,TrendForce集邦咨詢推估,2022年NAND Flash平均銷售單價將年減18.0%,而價格下滑幅度也是在上半年度較為明顯,下半年起將受惠于旺季需求效應(yīng)帶動,均價跌幅較為收斂,或有單季價格持平的可能性。
結(jié)語
中國大陸存儲產(chǎn)業(yè)正在不斷完善,眾多企業(yè)也在致力尋找存儲技術(shù)的突破點(diǎn),同時,存儲需求也表現(xiàn)著增長的態(tài)勢?,F(xiàn)下,存儲器行業(yè)“如火如荼”,發(fā)展行業(yè)新技術(shù)迫在眉睫。而在這千帆競渡的半導(dǎo)體熱潮中,存儲器的企業(yè)又將如何乘風(fēng)破浪?