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半导体

“跌跌”不休,全球存储器产业前景几何

存储器市场规模与产品价格呈现“双下降”趋势

今年5月世界半导体贸易统计(WSTS)发布了其新的半导体市场预测数据。根据WSTS预计,2019年世界半导体市场将下降至4120亿美元,相比2018下降约12.1个百分点。在市场规模方面,所有主要类别的半导体产品均出现不同程度的下降,存储器产品首当其冲全年销售额预计下挫30.6个百分点,预计2019全球的产品销售额仅为1095.9亿美元。7月31日,IC Insight发布预警,DRAM和NAND Flash存储器全年销售额将分别重挫38和32个百分点。在产品价格方面,虽然受到东芝/西数跳电、日韩半导体材料输出限制影响和存储器厂商减产措施等诸多市场因素影响,让存储器市场出现短暂的局势转折,但从长期趋势来看,存储器价格呈现持续下降的趋势。根据国家集成电路设计深圳产业化基地市场平台(中国闪存市场网)的统计,8月5日DDR4 8Gb的平均交易价格为3.5美元,和5月31日的3.75美元相比,下跌0.25美元左右,但与去年9月8.0美元以上的高峰相比,跌幅达50%以上。同天,Flash Wafer 256Gb MLC收盘价为5.5美元,和去年8月(7.5美元)的高点相比,价格下跌30%左右。总之,过去一年全球知名的存储器芯片厂商三星、SK Hynix、镁光、东芝存储器(TMC)、英特尔等争相在创新技术上展开激烈竞争,更是在投资、建厂、扩产等方面拉开战局,出现产能过剩、市场供过于求的情况,导致了存储产品的持续下跌,影响了企业利润。

全球存储器芯片制造商在先进工艺制程方面竞争趋于白日化

受到存储器价格震荡下跌的影响,国际存储器主要制造商相继采取削减资本支出或降低产量等应对措施。以镁光科技为例,2019年其在NAND闪存产量削减从原本计划的5%扩大到了10%。不过目前国际大厂减产多半是针对旧制程的64层NAND,而新一代96层的研发投入并未缩手。在三星、东芝存储器(TMC)、西部数据、镁光、SK海力士等3D技术快速发展的推动下,不仅NAND Flash快速由2D NAND向3D NAND普及,2019下半年各厂商将加快从64层3D NAND向96层3D NAND过渡。6月27日SK海力士成功研发出128层4D Nand闪存芯片,将从今年下半年开始投入量产。新产品比以往96层4D Nand芯片的生产效率提高了40%,并首次用TLC存储方式达到1TB的容量。8月6日,三星官方宣布已率先量产了全球首款基于136层堆叠的第六代256Gb TLC V-NAND颗粒的新型250GB SATA固态硬盘(SSD),与上一代相比,新的V-NAND芯片性能提升了10%、功耗降低了15%、生产效率提升了20%。在内存芯片领域,3月21日是三星电子开发出业界首个第三代10纳米级 (1z-nm) 8千兆比特(Gb)双倍数据速率(DDR4) DRAM。三星在没有使用极紫外(EUV)处理的情况下开发出了1z-nm 8Gb DDR4,将DRAM的缩放限制进一步扩大。未来在价格、库存等多重因素压力下,全球存储企业将在先进工艺制程领域将展开新一轮的厮杀。

围绕超越摩尔定律的存储器产品将崭露头角

在存储器技术继续延续摩尔定律发展的同时,以新材料、新结构、新器件为特点的超越摩尔定律为存储器产业提供了新的发展方向。三维异质器件系统集成成为发展趋势,三星、镁光、英特尔、海力士等企业在三维器件制造与封装领域发展迅速。英特尔联合镁光推出革命性的3D Xpoint新技术;三星实现多层3D NAND闪存,成为存储领域的颠覆性产品。海力士采用超均一垂直植入技术、高信赖多层薄膜构成技术、超高速低电力线路设计等技术,首次实现了128层堆栈4D NAND。

随着市场需求的多样化以及因工艺的限制及功耗的考虑,存储器产业已进入一个必须评估及发展替代技术的时代,特别是开发出可以同时实现稳定性和快速、低压(低能量)的新型存储器。经过数十年的研发,磁性存储器(MRAM)、相变存储器(PCRAM)和电阻式存储器(ReRAM)等新型存储器即将在不远的未来投入商业化应用。MRAM具备随机读写速度快、非易失性和低功耗等众多优点,未来将成为物联网设备的首选存储器。ReRAM技术有多种实现形式,其特色在于即使拥有超高密度,仍能达到极小的平均读取电流。PCRAM以热量作为编程机制将高度非晶态的材料排列转变为晶体排列,所以在使用过程中即使断电,这种状态也不会消失,同时还可以实现很快的擦写速度。总之,DRAM、闪存等主流存储器用了几十年才走向成熟,而且仍在不断发展。然而,这些存储器的演进愈发困难,特别是性能、功率和成本方面。新兴存储器有望实现更高的性能、更低的功耗和更低的成本,是首选的补充方案,在某些情况下甚至可以替代当今的主流技术。

责任编辑:顾鸿儒


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