當(dāng)下，3D芯片成為了業(yè)界應(yīng)對晶體管密度提升與先進(jìn)制程微縮高成本之間矛盾的首選方案，無論是芯片制造，還是封裝，無論是邏輯芯片，還是存儲器，在高端應(yīng)用領(lǐng)域，都在向3D轉(zhuǎn)變。
特別是在存儲器方面，3D NAND Flash已經(jīng)深入人心，各大廠商都在將主要精力和資源投入到這方面的研發(fā)和生產(chǎn)，而傳統(tǒng)的2D NAND Flash正在逐步退出歷史舞臺。在這樣的趨勢下，市場容量不如NAND Flash，但又憑借其獨(dú)有的特性，在市場上不可或缺的NOR Flash，也開始向3D方向發(fā)展，不過與3D NAND Flash相比，3D NOR Flash仍然處于起步階段，只有行業(yè)頭部廠商，如旺宏（Macronix）和華邦電（Winbond），在大力投入研發(fā)，其它廠商多處于觀望階段。
那么，NOR Flash的魅力體現(xiàn)在哪些方面呢？下面簡單介紹一下。
NOR Flash的價值及市場格局
1988年，英特爾正式推出了NOR Flash，結(jié)合了EPROM與EEPROM這兩項(xiàng)技術(shù)，改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。NOR Flash具有芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP）和高可靠性等特點(diǎn)，但壽命相對較短，其在小容量應(yīng)用方面具有很高的成本效益，在功能機(jī)時代，憑借NOR+PSRAM架構(gòu)稱霸一時，其中，NOR Flash用來存儲代碼和數(shù)據(jù)，PSRAM 作為MCU和DSP執(zhí)行運(yùn)算時的數(shù)據(jù)緩存。
NOR Flash主要分為串行和并行兩種，串行NOR Flash的特點(diǎn)是接口簡單、輕薄、功耗和系統(tǒng)總體成本更低，雖然讀取速度不及并行的，但已成為市場和應(yīng)用的首選。而與NAND相比，NOR的成本較高，容量小，且寫入速度慢，傳統(tǒng)上，主要用于功能手機(jī)、電視、機(jī)頂盒、USB Key等小容量代碼存儲。
市場規(guī)模方面，NAND約占42%，而NOR只有3%；制程方面，NOR對先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的要求不高，目前，量產(chǎn)的先進(jìn)制程為55nm和65nm，當(dāng)然，這些都是傳統(tǒng)的2D工藝。
雖然NOR的擦除和寫入速度相對較慢，但其讀取速度非常快，這也是它能夠在應(yīng)用中安身立命的核心價值所在。
目前，全球90%的NOR Flash市場被旺宏、華邦電、美光、Cypress（已經(jīng)被英飛凌收購）和兆易創(chuàng)新這五大廠商占據(jù)。全球范圍內(nèi)，高容量的NOR Flash主要由美光和Cypress提供，主要用于汽車、工控和航天領(lǐng)域；華邦和旺宏則以生產(chǎn)中等容量的NOR為主，兆易創(chuàng)新早期依靠低容量產(chǎn)品切入NOR市場，正在向高端領(lǐng)域過渡和發(fā)展。旺宏、華邦和兆易創(chuàng)新這三家更專注于消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場。
在應(yīng)用方面，過去兩年，隨著AMOLED、TWS藍(lán)牙耳機(jī)和TDDI這三大應(yīng)用市場的爆發(fā)，為NOR Flash發(fā)展提供了絕佳的契機(jī)，因?yàn)檫@些應(yīng)用的需求與NOR Flash的特性高度吻合，從而為其市場擴(kuò)充創(chuàng)造了條件。
而汽車電子的發(fā)展方興未艾，且市場規(guī)模巨大。由于NOR Flash具有成本優(yōu)勢，且可靠性更好、供貨穩(wěn)定，使得高容量的NOR Flash在汽車電子中被廣泛應(yīng)用。從最初的車用廣播需要1Mb的低端NOR，發(fā)展到中控系統(tǒng)搭載128Mb~256Mb的。
IHS預(yù)計(jì)2022年汽車電子市場規(guī)模將達(dá)到1602億美元，其中增速最高的是ADAS，2022年將達(dá)到214.47億美元，年復(fù)合增速達(dá)到20.27%。ADAS系統(tǒng)中的行車記錄、導(dǎo)航、影像、車道偏移警示等功能，普遍需要采用512Mb的NOR Flash，尤其當(dāng)儀表盤轉(zhuǎn)換成電子式之后，需求量更是有所提升，在變速箱、電池模組中也都需要用到NOR Flash。汽車電子的快速增長將帶動車用存儲器需求的跟進(jìn)。
可以說，汽車電子市場的巨大發(fā)展?jié)摿?，是NOR Flash頭部兩強(qiáng)（華邦電和旺宏）發(fā)展NOR Flash，特別是重金投入最先進(jìn) NOR Flash研發(fā)和生產(chǎn)的重要原因。
兩強(qiáng)研發(fā)3D NOR Flash
目前來看，英飛凌有意縮減NOR Flash產(chǎn)能、美光也走向高品質(zhì)小產(chǎn)能的路線，而全球NOR Flash前兩強(qiáng)華邦電和旺宏仍持續(xù)固守NOR Flash戰(zhàn)場，特別是汽車電子市場。
最近，旺宏董事長吳敏求表示，NOR Flash制程走到45nm已不易再微縮下去，因?yàn)槌杀緯蠓嵘?。但汽車電子及人工智能等新?yīng)用需求將推升NOR Flash市場持續(xù)增長，旺宏已投入3D NOR Flash研發(fā)，以跨越無法微縮的障礙。
NOR Flash約占旺宏總營收的50%。
吳敏求看好2022年NOR Flash市況，特別是汽車芯片缺貨會持續(xù)到2022年，所有與汽車有關(guān)的大客戶都來找旺宏，使其NOR Flash缺貨情況將一直延續(xù)到明年，價格也將調(diào)漲。
據(jù)悉，旺宏在NOR Flash方面的創(chuàng)新包括投入垂直2T架構(gòu)制程并轉(zhuǎn)為低功耗，通過3D堆疊達(dá)到高密度，采用micro heater技術(shù)提升產(chǎn)品耐久性。該公司計(jì)劃兩年內(nèi)推出3D NOR Flash，預(yù)計(jì)采用45nm制程工藝。
據(jù)悉，旺宏在2Gb及4Gb先進(jìn)NOR Flash技術(shù)方面已搶得先機(jī)，將在明年陸續(xù)推出相關(guān)產(chǎn)品。
工藝方面，旺宏推出了AND架構(gòu)，這是一種早期的閃存電路技術(shù)，可提供位級訪問，類似技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于環(huán)柵 （GAA） 3D NAND 結(jié)構(gòu)的堆疊工藝。
與典型的3D NAND閃存一樣，這種3D NOR堆疊單元是通過在氧化物和氮化物層的多層夾層中打孔然后填充深孔來形成的。不過，旺宏的實(shí)驗(yàn)架構(gòu)不是由多晶硅構(gòu)成的均質(zhì)圓柱體，而是由幾個不同的異質(zhì)結(jié)形成的，其中兩個是 N+ 摻雜的，用作多個堆疊晶體管的源極和漏極，中間由氮化硅絕緣體柱隔開。
在AND結(jié)構(gòu)中，每個晶體管都具有成對的源極線和正交的漏極連接位線。源是單獨(dú)解碼的，而不是有一個公共源。多晶硅“插頭”連接每個堆棧中晶體管的源極和漏極。為了像NOR Flash一樣運(yùn)行，該結(jié)構(gòu)需要采用一些電路級和編程技術(shù)。
最初，旺宏是在一個8層結(jié)構(gòu)上開發(fā)的，目前已經(jīng)完成了34層堆棧的工作，這似乎是可行的。旺宏認(rèn)為，在70層以上時，該公司提出的3D NOR Flash將挑戰(zhàn)20nm半間距的兩層交叉點(diǎn)相變存儲器。進(jìn)一步的改進(jìn)可能來自鐵電晶體管，它允許更低的電壓操作和更快的寫入速度。
下面看一下全球NOR Flash龍頭華邦電。該公司也在45nm制程N(yùn)OR Flash方面投入了巨資，容量大概是32Mb - 2Gb。
該公司認(rèn)為，在大多數(shù)閃存供應(yīng)商看來，對于NOR Flash而言，45nm很可能是最后一個技術(shù)節(jié)點(diǎn)了，與之相比，SLC NAND Flash還有制程微縮空間，在24nm之后，至少還可以進(jìn)一步微縮一代制程。
相對于旺宏，華邦電雖然也在先進(jìn)NOR Flash方面進(jìn)行投資，但力度似乎不如前者那么大，其更側(cè)重于采用先進(jìn)制程的NAND Flash的研發(fā)。因?yàn)樽詮?008年45nm制程N(yùn)OR Flash出現(xiàn)后，就再也沒有更先進(jìn)制程的產(chǎn)品出現(xiàn)，其制程進(jìn)一步微縮的難度不小。
因此，華邦電研發(fā)45nm制程的NOR Flash，是否與旺宏的3D堆疊技術(shù)路線一樣，還有待觀察。
結(jié)語
當(dāng)下，NOR Flash遇上了很好的發(fā)展機(jī)遇，無論是過去的兩年，還是未來幾年，各種新興應(yīng)用都呈現(xiàn)了，或即將呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，這給局限與特色同樣凸出的NOR Flash提供了廣闊的增長空間。未來幾年，采用傳統(tǒng)制程工藝的2D NOR Flash仍將是市場的主流，而隨著汽車電子和人工智能的發(fā)展，給了3D NOR Flash發(fā)展空間，具體發(fā)展情況如何，就看中國臺灣地區(qū)這兩大NOR Flash玩家的了。
