前日，TrendForce 集邦咨詢發(fā)布了2021年第三季度 NAND Flash 市場報(bào)告。第三季度得益于智能手機(jī)和服務(wù)器兩大應(yīng)用的強(qiáng)勁需求，NAND閃存芯片出貨量增長近11％，平均銷售單價(jià)增長近4％，行業(yè)總營收達(dá)188．8億美元，環(huán)比增長15％。

2021年第三季度全球NAND Flash品牌廠商營收排行（單位：百萬美元），來源：TREND FORCE

從營收來看，大部分廠商的營收較上一季度均有增加。從市場份額來看，前三大巨頭三星、鎧俠、SK海力士瓜分了約67％的市場份額，且較Q2的市場份額均有增加，頭部廠商開始蠶食后面廠商的市場份額。

NAND閃存是存儲(chǔ)器市場的第二大細(xì)分市場，占存儲(chǔ)器市場規(guī)模的比例高達(dá)42％。2020 年，全球半導(dǎo)體市場規(guī)模 4402 億美元，存儲(chǔ)器市場規(guī)模為 1172 億美元，NAND 閃存市場規(guī)模為 494 億美元。

NAND閃存的市場規(guī)模與市場地位，注定了它的“不平凡”，技術(shù)迭代、產(chǎn)品更新，備受關(guān)注。

大勢所趨：從2D到3D

自上世紀(jì)80年代NAND 閃存面世以來，NAND閃存技術(shù)至今發(fā)生了翻天覆地的變化。

之前，NAND閃存一直基于二維平面的NAND技術(shù)，也就是我們說的2D NAND閃存。2D 在平面上對晶體管尺寸進(jìn)行微縮，從而獲得更高的存儲(chǔ)密度，但晶體管尺寸微縮遇到物理極限，現(xiàn)已面臨瓶頸，達(dá)到發(fā)展極限。為了在維持性能的情況下實(shí)現(xiàn)容量提升，3D NAND 成為發(fā)展主流。3D NAND 把解決思路從單純提高制程工藝轉(zhuǎn)變?yōu)槎询B多層，成功解決了平面 NAND 在增加容量的同時(shí)性能降低的問題，實(shí)現(xiàn)容量、速度、能效及可靠性等全方位提升。2019 年，3D NAND 的滲透率為 72．6％，已遠(yuǎn)超 2D NAND，且未來仍將持續(xù)提高，預(yù)計(jì) 2025 年 3D NAND 將占閃存總市場的 97．5％。

自從NAND 閃存進(jìn)入3D時(shí)代，堆棧層數(shù)猶如摩天大樓一樣越來越高，從最初的24／32層一路堆到了現(xiàn)在的128層甚至176層。層數(shù)越高，NAND閃存可具有的容量就越大。增加層數(shù)以及提高產(chǎn)量也是衡量技術(shù)實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)。

2019 年 64／72 層 3D NAND 產(chǎn)出比重 64．9％，為全球產(chǎn)出的主要部分，92層 3D NAND產(chǎn)出比重占總體的 21．3％。根據(jù) DRAMeXchange 估計(jì)，隨著 110＋層閃存芯片的推出，92／96 層會(huì)被快速取代，產(chǎn)出占有率在 2020 年略微提升后逐步下降，預(yù)計(jì) 2023 年市場總產(chǎn)出的72．5％會(huì)被 110＋層3D NAND閃存占據(jù)。據(jù)知情人士透露，明年，手機(jī)和消費(fèi)類固態(tài)硬盤將越來越多地采用176層3D NAND閃存。

各大廠商紛紛采取措施，為盡可能多的占領(lǐng)市場的進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)，同時(shí)正在往更多層數(shù)進(jìn)行技術(shù)邁進(jìn)。

三星：創(chuàng)新“V－NAND”架構(gòu)，搶占200＋層先機(jī)

作為NAND閃存的龍頭企業(yè)，三星與3D NAND閃存積緣已久，3D NAND 閃存之風(fēng)，是從2013年的三星那里吹向世界的。2013年，三星設(shè)計(jì)了一種垂直堆疊單元的方法，它將單元集中在單個(gè)樓層（類似高層公寓）上，這也是全球首個(gè)3D單元結(jié)構(gòu)“V－NAND”。三星當(dāng)年推出的V－NAND通過3D堆疊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)最多24層die堆疊。此外，三星還宣布V－NAND閃存的寫入速度及可靠性都有2倍以上的提高。

三星的V－NAND閃存的技術(shù)進(jìn)步就是放棄了傳統(tǒng)的浮柵極MOSFET，改用自家的電荷擷取閃存（charge trap flash，簡稱CTF）設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的浮柵極由于絕緣導(dǎo)致相鄰單元格容易互相干擾，三星用絕緣的氮化硅薄膜充當(dāng)電子的隔離層，將電子“關(guān)禁閉”而防止互相干擾，等需要讀取時(shí)再“解禁”。這種隔離方法最大的優(yōu)點(diǎn)是可以更大程度地降低存儲(chǔ)單元格間電荷干擾，從而大大提升芯片的寫入速度、增加芯片的P／E擦寫次數(shù)。使用CTF結(jié)構(gòu)的V－NAND閃存被認(rèn)為是一種非平面設(shè)計(jì)，絕緣體環(huán)繞溝道（channel），控制柵極又環(huán)繞著絕緣體層。這種3D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升了儲(chǔ)存電荷的的物理區(qū)域，提高了性能和可靠性。

3D V－NAND架構(gòu)在NAND閃存歷史的驗(yàn)證中不斷成熟，三星也通過技術(shù)的更迭和產(chǎn)線的擴(kuò)增，來維護(hù)自己在NAND閃存市場的王者地位。

三星的技術(shù)研發(fā)動(dòng)作從未拖泥帶水，去年，三星推出了領(lǐng)先的176層的第七代“V－NAND”。三星官方表示，與第六代 100 層 V－NAND 相比，第七代V－NAND單元體積減少35％，可在不增加模塊高度的情況下放置176 層，同時(shí)還可以降低功耗，提高 16％ 的效率，176層NAND閃存已量產(chǎn)；前日，在三星技術(shù)論壇上，三星搶先業(yè)界公布了第八代V－NAND的細(xì)節(jié)，堆棧層數(shù)超過200層，容量可達(dá)1Tbit，512GB容量的厚度也只有0．8mm，可用于手機(jī)，預(yù)計(jì)到明年下半年可量產(chǎn)。

除了技術(shù)之外，三星的產(chǎn)能擴(kuò)張也跟上了步伐。前日，據(jù)《電子時(shí)報(bào)》援引消息人士稱，三星電子也將在平澤第3工廠（P3）安裝新的3D NAND芯片生產(chǎn)線，以提高176層3D NAND芯片產(chǎn)量，屆時(shí)將擁有4萬－5萬片的月產(chǎn)能。

美光：首個(gè)量產(chǎn)176層3D NAND閃存，贏在起跑線

去年10月，美光宣布已量產(chǎn)全球首款176層3D NAND閃存。美光的176層3D NAND閃存是美光第五代3D NAND產(chǎn)品，通過應(yīng)用專有的CuA（CMOS－under－array，CMOS陣列下）架構(gòu)，結(jié)合采用替換柵極工藝和新單元結(jié)構(gòu)的新陣列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了突破性的176層NAND創(chuàng)新。所有這些結(jié)合在一起，開創(chuàng)了具有高效CuA 3D架構(gòu)的176層NAND。CuA技術(shù)在芯片的邏輯器件上構(gòu)建了多層堆棧，將更多內(nèi)存集成封裝在更緊湊的空間中，極大縮小了 176 層 NAND 的裸片尺寸，提升了單片晶圓的存儲(chǔ)容量。

與上一代的高容量3D NAND相比，美光176層3D NAND閃存的讀取延遲和寫入延遲改善超過35％，可大幅提高應(yīng)用的性能

美光搶先推出全球首個(gè)176層3D NAND，讓廠商之間的技術(shù)競爭越發(fā)激烈。

鎧俠：NAND技術(shù)與NIL技術(shù)雙管齊下

與三星類似，鎧俠與NAND 閃存的緣分可以追溯到上世紀(jì)80年代，鎧俠的前身東芝存儲(chǔ)研發(fā)出了NAND閃存。走過幾十年，鎧俠依舊站在NAND閃存的山頂上。

去年1月底，日本閃存芯片公司鎧俠（Kioxia）和西部數(shù)據(jù)聯(lián)合宣布，它們已經(jīng)開發(fā)出第六代162層3D閃存技術(shù)，比上一代這次162層相比之前的112層閃存提升了10％的密度。

除了不斷更新NAND 閃存技術(shù)外，鎧俠也從光刻技術(shù)入手，與佳能、DNP合作研發(fā)納米壓印微影（NIL） 制程技術(shù)。相較于目前已商用化的EUV光刻技術(shù)，鎧俠表示，NIL技術(shù)可大幅減少耗能，并降低設(shè)備成本。原因在于NIL技術(shù)的微影制程較為單純，耗電量可壓低至EUV 技術(shù)的10％，并讓設(shè)備投資降低至僅有EUV 設(shè)備的40％。對鎧俠來說，NAND 閃存因?yàn)椴扇?D 立體堆疊結(jié)構(gòu)，更容易適應(yīng)NIL技術(shù)制程。而鎧俠也表示，當(dāng)前已解決NIL 的基本技術(shù)問題，正在進(jìn)行量產(chǎn)技術(shù)的推進(jìn)工作，希望能較其他競爭對手率先引入到NAND 生產(chǎn)當(dāng)中。

除了一心搞好技術(shù)之外，鎧俠也通過新建工廠來提高產(chǎn)能。

今年5月份，鎧俠估計(jì)將投資高達(dá)約2兆日圓（約183．7億美元），加碼投資助力提高3D NAND生產(chǎn)。鎧俠計(jì)劃在日本巖手縣北上市新建K2工廠，計(jì)劃2023年開始營運(yùn)。目前鎧俠已對鄰近K1東側(cè)及北側(cè)約15萬平方公尺的土地進(jìn)行土地工程，除了投資K2廠房、設(shè)施，也含補(bǔ)充四日市工廠內(nèi)設(shè)備的費(fèi)用。此外，鎧俠在日本四日市也正在新建Fab7工廠，該工廠的建設(shè)分為兩個(gè)階段，第一階段的建設(shè)計(jì)劃于2022年春季完成。

長江存儲(chǔ)：實(shí)力與魄力并存

據(jù)民生證券2021年7月統(tǒng)計(jì)，中國是全球第二大NAND市場，占比約31％，但本土供應(yīng)市占不足1％。

但是，長江存儲(chǔ)作為國內(nèi)領(lǐng)先的存儲(chǔ)廠商，不斷縮短和世界領(lǐng)先水平的距離，將有望引領(lǐng)國產(chǎn) NAND 產(chǎn)業(yè)崛起。

2017 年 10 月，長江存儲(chǔ)成功設(shè)計(jì)并制造了中國首款 3D NAND 閃存。

2019 年 9 月，公司使用 Xtacking?1．0 架構(gòu)閃存技術(shù)，成功量產(chǎn) 64 層 TLC 3D NAND 閃存。不同于傳統(tǒng) 3D NAND 架構(gòu)，Xtacking?技術(shù)屬于自主創(chuàng)新。在傳統(tǒng) NAND 架構(gòu)中，I／O 及記憶單元操作的外圍電路和存儲(chǔ)單元在同一片晶圓上制造。在長江存儲(chǔ) Xtacking?架構(gòu)中，I／O 及記憶單元操作的外圍電路被生產(chǎn)在一片晶圓上，而存儲(chǔ)單元在另一片晶圓上被獨(dú)立加工，當(dāng)兩片晶圓各自加工完成后，Xtacking?技術(shù)只需一個(gè)處理步驟即可通過數(shù)十億根金屬垂直互聯(lián)通道（VIA，Vertical Interconnect Access）將二者鍵合接通電路，并封裝到同一個(gè)芯片中。

之后，鑒于國際領(lǐng)先廠商已擁有100層以上的技術(shù)，因此長江存儲(chǔ)決定跳過業(yè)界常見的96層，直接研發(fā)128層3D NAND。2020年4月，長江存儲(chǔ)宣布成功研發(fā)128層3D NAND，128層3D NAND已在今年量產(chǎn)。

結(jié)語

1％的國產(chǎn)化率代表的不是國產(chǎn)NAND閃存的缺失，而是眾多國內(nèi)廠商正在努力追趕的技術(shù)之路。這條路可以走得慢，慢可以匠心鉆研；但是也一定要努力走得快，快才能追趕得上日新月異的技術(shù)迭代。