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【芯视野】固若金汤的存储器开始暗流涌动

来源:爱集微

#存储器#

#芯视野#

06-16 11:27

看似固若金汤的存储器或已暗流涌动。

不止是供给吃紧,市场份额亦在小幅震动,工艺对决在全面拉锯。据悉美光已开始量产基于1α工艺的DRAM,在NAND闪存方面也率先推出了176层NAND闪存。但三星电子仍气势如虹,正加速开发具有200层以上的V-NAND闪存,预计在2021年下半年投产。而微妙的是,近年来三星电子在DRAM和NAND的市场份额都有所下降,美光则分别上涨了3%和1%。加上大陆存储新军的冲锋,存储器市场硝烟弥漫。

远近内存

存储业技术大战背后,或是应对数字经济时代应用市场需求的主动变革之举。

全球管理咨询公司麦肯锡认为,数据将在未来创造13万亿美元的全球商机,并将保持发展态势,因为数据经济在不断积累动能、积蓄力量。美光科技执行副总裁兼首席商务官Sumit Sadana进一步提及,AI和5G是数据经济的关键驱动力,在数据化时代,企业必须不断地利用更多的数据做高效运算,掌握数据潜力并做出有竞争优势的洞察,才能立于不败之地。而DRAM和NAND作为数据中心和边缘的基础,被赋予了新的定义。

“一方面,数据中心将使得超大规模的系统级创新成为可能,将颠覆对于内存和存储技术的认知。另一方面,数据的边缘化正在加快。据预测,到2025年75%的数据会在数据中心以外产生并进行处理,而且提出了诸多新需求,需要固态硬盘和先进内存的助力。” Sumit Sadana道出自己的观点。

架构的变革看来不得不发。

美光科技高级副总裁兼计算与网络事业部总经理Raj Hazra提及,算力提升的关键是让内存带宽与计算增长达到平衡,架构创新至关重要。内存已有嵌入式内存、高带宽内存,加上DDR4、DDR5等直接内存,以及CXL等扩展内存等。如何通过开放和智能的方式,将内存和计算处理结合,来达到近内存(near memory)和远内存(far memory)的阶梯分布十分关键。这一阶梯分布有诸多优势,尤其是对于一些应用,在不同的阶段需要不同的计算方式,有时需要非常高带宽的近内存,有时可以用高延迟的远内存,从而最大化算力、最小化延迟。

对于市场份额的变化,Sumit Sadana提及,就总体而言,美光会根据市场需求来增加DRAM和NAND供应。美光的目标并不是提高DRAM、NAND市场占比,而是通过技术、产品的创新,提高盈利占比,这将是美光一直秉持的目标。

对决加剧

无论是远近内存,还是计算和内存的平衡,工艺的对决一直是争战焦点。

特别是在工艺层面,竞争已趋白热化。全球前三大厂商--三星、海力士、美光在2016年-2017年进入1Xnm(16nm-19nm)阶段,2018-2019年为1Ynm(14nm-16nm),2020年处于1Znm(12-14nm)时代,如今则已进入第四阶段,1a(1α)nm工艺即将到来。三星、海力士使用字母a、b、c作为1Znm技术的延续,美光则选择α、β、γ来命名。

要指出的是,DRAM主要可以分为DDR系列、LPDDR系列、GDDR系列、HBM系列。DDR是目前主流的内存技术;LPDDR则具有低功耗的特性,主要应用于便携设备。目前市场上主流技术规范为DDR4和LPDDR4,而DDR5技术即将进入商用领域。

三星作为行业老大,实力自然强劲。据悉三星已于2020年上半年完成首批1anm制程DDR4 DRAM的出货,预计今年将开始量产基于1a的DDR5和LPDDR5的DRAM。

美光亦表现抢眼。继2021年1月推出基于1α节点的DRAM,美光正着力出货基于该领先技术的LPDDR4x产品。对比上一代基于1z节点的LPDDR4x产品,1α节点产品带来了40%的内存密度和20%的能效提升。同时,美光还完成了基于1α节点的DDR4产品在第三代AMD PYC等数据中心平台上的验证,下一步则锚定DDR5的创新。

美光科技高级副总裁兼计算与网络事业部总经理Raj Hazra分享说,DDR5对于产品代际来说是巨大的革新,它的面市不是一蹴而就的,需要打造生态系统并针对新的标准去验证方案。而制程技术领域的领先突破、将先进制程技术转化为创新产品的优势、生态系统的赋能,构成了美光的关键优势。

SK海力士方面也正着力于实现1a制程的DRAM量产。据悉2021年2月SK海力士M16工厂竣工,预计2021年6月开启量产,并将首次使用EUV技术生产1a级芯片,将使效率提升40%,届时SK海力士月产量将增加1.5至2万片。

值得指出的是,三星和SK海力士交付的是基于EUV技术工艺的DARM。如方正证券分析指出,下一代13.5nm EUV光刻机是DRAM工艺节点实现10nm以下突破的关键,EUV可通过减少光罩次数来进一步压低成本并提高产能。随着DRAM工艺技术的不断进步,EUV必将是抢占未来市场的关键所在。但ASML的EUV-年产能仅十几台,难以满足当前需求,因而这一方面的争夺将影响后续走势。

而从存储器另一大主力NAND来看,拼抢力度更是激烈。美光已宣布量产其176层NAND的PCIe 4.0固态硬盘(SSD)。美光认为,PCIe 4.0将在今年秋季迎来大发展,出货量在未来两年内将增长6倍以上。美光对此推出了新款3400性能型NVMe和2450价值型NVMe SSD固态硬盘系列产品,支持最新的NVMe版本,并提供了更好的性能以及吞吐量。此外,美光还宣布送样128GB和256GB容量、基于96层的车用UFS 3.1NAND,其数据读取性能是 UFS 2.1 的2倍,连续写入性能提高了50%,可满足3级以上ADAS系统和黑匣子应用中对于实时本地存储的需求。

但三星电子在NAND市场仍表现出无可匹敌的影响力。有分析称,三星电子将加快开发具有200层以下的第八代V-NAND闪存的量产,以保持与对手的技术差距。

产能紧缺到2022?

对于以IDM模式来行走江湖的存储业,是否能从容应对全球半导体产业链蔓延的产能紧缺?

对此Sumit Sadana提及,美光有自己的前端制造厂,涉及后端的封装、测试等也可自主完成。虽然美光也跟第三方合作,有外包的供应商,但更多的产能还是自主完成,因而可比那些无晶圆厂更快地响应市场挑战。

但Sumit Sadana也判断,从目前来看,NAND和DRAM市场供给比较紧俏,这种情况不但会延续到今年年底,也会延续到2022年。

不止如此,目前整个半导体供应链都面临紧缺难题,涉及基板、PCB等等。

Sumit Sadana进一步表示,美光正在积极主动跟供应商一起合作,以降低供应链所受到的冲击。这些状况不只影响到美光,也影响到客户以及半导体业下游应用。因而,整个生态体系在未来几个季度中必须共同应对这一挑战,共同协作改善供需,以促使未来回归正常化。

大陆进击

相对于国外的步步为营,国内存储巨头的进军收获如何?

当前我国专注于DRAM存储芯片共有三家公司:紫光南京、福建晋华、合肥长鑫。可以说,合肥长鑫是我国短期内完成DRAM国产替代的最大希望。众望所归,合肥长鑫也在布局长远。2020年,合肥长鑫已向一些国内品牌出售了其LPDDR4和DDR4内存模组。当前已启动8万片/月的建设目标,预计在2021年完成一期三阶段建设,产能预计达到12万片/月。并且,其计划于2021年完成17nm的工艺研发,并展开DDR5 DRAM研发。

但饶是如此,最新一份报告指出,2020年,长鑫每月交付的DRAM晶圆约占全球DRAM晶圆总量的2.9%,虽然进步明显,但与巨头的份额相比,DRAM新兵的差距明显。包括三星、SK海力士和美光在内的三大厂商,总共生产了全球大约86%的DRAM,贡献了全球DRAM产业95%的营收。

而在NAND方面,作为国内攻克NAND技术的主力,长江存储自2019年9月开始量产64层 3D NAND闪存,良率已达90%,并于2020年4月发布128层3D NAND闪存,目前产能和产量都处于提升阶段。据悉其二期项目已正式开工建设,两期项目达产后预估月产能共计30万片。能否进一步加快提升良率、稳定量产、扩大产能则将是未来冲锋的关键。

业界知名专家认为,存储器是个拼生产线管理及持续投资的产业,中国发展存储器应着重一是持续投资,扩大产能,以降低成本;二是沉着应对各方挑战,包括专利、价格战以及黑名单等等。

对于目前的中国存储器业来说,从投片到量产便是从0到1的突破,而随着产品正式进入市场以及产能的迅速扩张,也将走到从1到N的阶段。但这条路,必然仍密布荆棘。(校对/清泉)

责编: 慕容素娟

艾檬

作者

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