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半导体

闪存之争:风云再起

当前,多家存储大厂释出低迷信号,扩产规划更是相继放缓。TrendForce集邦咨询预测,第三季度NAND闪存价格跌幅将扩大至8%~13%,且跌势有可能延续至第四季度。明年上半年,NAND闪存价格或仍处于下跌状态。

尽管已经感受到市场下行的寒风,存储厂商在先进技术方面的竞争却不见颓靡。日前,美光宣布推出全球首款232层NAND,比特密度比上一代176层NAND高出45%以上;三星电子预计将在今年内发布236层NAND闪存产品,还计划在本月开设一个新的研发中心,负责更先进NAND闪存产品的开发;SK海力士最近也完成了238层NAND产品的开发。在各家厂商你追我赶的比拼中,一场关于闪存的争霸赛再次拉开帷幕。

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NAND红海中的“淘金者”

NAND闪存的出现是一项极其伟大的发明。从某种意义上说,NAND闪存引领数据存储进入了新时代,使人们日常所用的智能手机、电脑、智能汽车等产品得到了质的飞跃,也为云计算、大数据、VR设备、人工智能、物联网、自动驾驶等新兴领域的发展奠定了基础。

当时间的指针拨回到1987年,日本企业东芝存储缔造了NAND闪存诞生的奇迹。这一创举,距今有35年的历史。

现如今,东芝存储已更名为铠侠。4月25日,铠侠发文庆祝NAND闪存发明35周年。铠侠方面坦言,NAND闪存技术是一项具有颠覆性的技术,它带来的深远影响从根本上改变了人们的生活、工作和娱乐方式。如果没有NAND闪存这一影响力贯穿几十年的创新技术,20世纪90年代的MP3播放器与如今的智能手机都将不会存在。

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来源:中商产业研究院

从35年以前的“零”起步,NAND闪存如今的市场规模已经达到700亿美元。在容量方面,NAND闪存已经从4Mb增加到1.33Tb实现了3.33万倍的增长。从该指数增长的角度来看,在20世纪90年代,最大容量的闪存仅可以容纳1/8张照片,时至今日,NAND的最大容量已发展到能够存储39000张照片。

2013年,韩国三星研发出V-NAND闪存技术又是一个新的里程碑。这是一种通过垂直堆叠3D空间中的穿孔连接其单元层的解决方案,不仅突破了NAND闪存只能使用二维结构的局限性,也让NAND闪存从二维结构进化到三维结构,成为当前的主流技术之一。

在第一代(24层)V NAND闪存商业化之后,3D NAND闪存领域的技术进步速度极快,第二代(32层)、第三代(48层)、第四代(64/72层)、第五代(92/96层)、第六代(128层)、第七代(176层)技术纷纷涌现。在短短9年时间里,堆叠层数逐渐成为各大闪存企业的竞争焦点。

今年2月初,三星发布公告称,将在2022年底或2023年上半年推出200层以上的3D NAND芯片,并在2023年上半年开始量产。预计三星第一款200层以上3D NAND芯片的层数将达到224层。

在大家都认为三星这个3D NAND闪存的缔造者,将继续引领技术潮流,甚至将3D NAND闪存带入200+层新时代的时候,美光打了三星一个措手不及。7月26日,美国存储芯片巨头美光发表公告称,原定于今年年底开始量产的全球首款232层3D NAND芯片,已经提前量产,预示着3D NAND芯片进入200+层时代。美光技术和产品执行副总裁Scott DeBoer表示:“美光的232层NAND芯片是存储芯片创新性的分水岭,也证明了现阶段的技术具有将3D NAND芯片的层数扩展至200层以上的能力。”美光此举可以说是后发制人,而且这也不是美光第一次这么做了。早在2022年1月,美光就早于三星率先发布了业内首款176层3D NAND芯片。

赛迪顾问集成电路中心高级分析师杨俊刚表示,美光一直是存储器领域的领先者,在DRAM和NOR闪存领域一直拥有丰富的技术储备和经验,拥有成熟的制造产线和产能。美光在发展NAND闪存的过程中,也多方寻求合作,包括前后和尔必达、英特尔展开NAND闪存的合作,快速积累技术和经验,为美光NAND闪存成功崛起奠定了基础。

半导体行业专家池宪念向《中国电子报》记者指出:“美光此次技术突破,可降低其生产成本,并使美光拥有最先进闪存芯片的定价权,这会为其增加更多的利润;另一方面,美光借此进一步提高了自己的技术门槛,拉开与其它厂商的差距,使其在存储芯片市场上的竞争力和3D NAND 闪存市场份额得到进一步增加。”

在这个势头下,美光决心要抢占更多的市场份额。8月9日,存储芯片制造企业美光宣布,将在10年内,分阶段投资400亿美元建设先进存储芯片制造工厂,这也是美国存储制造行业最大规模的一次投资。据了解,此次宣布的400亿美元投资计划,是其去年宣布的1500亿美元全球投资方案中的一部分。美光方面表示,随着汽车和数据中心等关键市场对内存的需求不断增长,再加上人工智能和5G技术的加速应用,公司将根据行业需求趋势,增加整体供应量。

层数之争日趋白热化

美光在闪存领域的技术突破,将3D NAND闪存技术提升至新高度。围绕着更高的层数,各家闪存企业的竞争日趋白热化。

8月3日,韩国知名存储芯片厂商SK海力士宣布成功研发了业界最高层数的238层4D NAND闪存,并且在美国圣克拉拉举行的2022闪存峰会上亮相了首款新产品。SK海力士表示:“此次238层NAND 4D闪存在达到业界最高堆栈层数的同时实现了全球最小的面积。”

三星在NAND闪存市场也在不断提速。日前,三星宣布将在今年内发布236层NAND闪存产品。另一边,同样来自韩国的SK海力士收购了英特尔位于中国大连工厂的NAND闪存业务。在这次收购之后,它的市场总份额达到全球第二,仅次于三星。显而易见,两大韩厂在市场份额方面占据了NAND闪存的半壁江山。美光想要冲破韩国双雄这道铜墙铁壁,仍有一条不短的路要走。

不过,比起韩国双雄,美光在闪存领域也具备独特优势。北京半导体行业协会副秘书长朱晶对记者表示,“专注”与“聚焦”正是美光在NAND市场表现强劲的原因之一。美光果断退出傲腾内存业务之后,一直专注于NAND市场,这个战略无疑是明智之举。相比之下,三星推出新品的速度没有美光快,这可能是因为三星把不小的精力投入在了代工业务上,因而在存储器市场“顾此失彼”。

值得注意的是,虽然闪存的层数越多,单位空间存储密度就越大,总存储容量越容易提升,但层数并不是决定闪存性能的唯一指标。创道投资咨询总经理步日欣在接受《中国电子报》记者采访时表示,3D NAND闪存堆叠技术在原理上可以理解为,通过堆叠方式,在更小的空间和面积中实现各大的存储容量。但是各个厂商都有各自的技术架构和演进路线图,彼此间不完全一致,各家都有自己的技术工艺特色。在低层级的时候,3D堆叠确实能够显著提升闪存的性能,但是随着层数的增加,性能提升也会遭遇瓶颈,需要在技术、成本和性能之间寻找一个平衡。

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“层数的领先并不能代表美光在闪存技术上已经超过了三星。”池宪念解释道,业界衡量闪存产品的先进性,除了要看堆叠层数以外,还需要对接口速度、可靠性、随机读取性能、低能耗、增加每单元位数等方面指标进行对比。此外,业界还希望在生产过程中能够实现低成本、低损耗。在堆叠层数落后的情况下,三星可以通过提高产品的实际性能来提升自身的竞争力。

“美光率先推出238层NAND,虽然对企业形象的提升起到一定作用,但很难说美光的技术就独步天下。”美光资深工程师、盛海峰博士对记者表示,该技术对市场份额的影响并不大。盛海峰进一步解释道,NAND领域有消费电子(手机电脑等)、云计算、数据中心及汽车电子等几个市场,不同市场有不同要求。消费电子产品追求存储量大和功耗小,但近年来,有云存储让相关市场对存储量的追求几乎走到尽头,“512G”对大多数手机用户来讲应该是足够的。三星作为手机和个人电脑的生产大户,在市场份额方面具备得天独厚的优势。

放眼其他市场,云计算和数据中心的首要要求是耗电小,同时对可靠性的要求也高于消费电子。而对可靠性要求最高的市场是汽车电子。“汽车电子客户的忠诚度也是最高的,因为认证一个新供应商的周期和成本很高。美光在汽车电子领域深耕多年,现在是吃到了红利。”盛海峰对记者说。

层数高虽然不代表最先进,但确实也能够证明美光的自身实力。TrendForce集邦咨询分析师敖国锋就认为,层数的确可能不代表技术最先进,但是唯有透过堆高层数,才有机会提升存储的容量,在成本上才具有优势。除了看层数之外,对闪存芯片的传输速度也是另一个关注的重点。目前看来,美光下一代产品的存储速度看起来是相当快速,要看后续韩系厂商是否也可以推出类似高速度传输的产品。

三星领先地位暂时难以撼动

铠侠与西部数据结成的同盟一样不可小觑。近年来,双方一直在加深合作,计划于2024年之前推出200层以上的3D NAND芯片。铠侠此前积累了大量的技术和专利,在技术研发方面一直保持着高速发展。不久前,铠侠和西部联合开发的NAND闪存堆叠层数达到162层。虽然,这一成果和美光、三星和SK海力士相继推出的200多层NAND闪存技术相比有一定差距,但是铠侠和西部数据通过高密度化和超多值化等新结构技术组合,同样提高了闪存的密度并且降低了成本,它们的产品在市场中具备一定竞争力。

据报道,西部数据CEO David Goeckeler曾在采访中表示,铠侠是西部数据重要的合作伙伴,两家企业加起来是全球最大的NAND供应商,市占率略高于三星。

在闪存市场中,三星还是公认的领先企业。铠侠与西部数据的强强联合,能否动摇目前闪存市场中三星的“领头羊”地位?放眼未来3—5年的市场格局,朱晶认为,无论是在资金投入、地缘政治还是自身技术方面,铠侠和西部数据都与三星、美光存在一定距离。在她看来,美光是对三星的存储器霸主地位最有挑战的一家公司。在相关政策的支持下,美光或许在产能扩充方面具备更大优势,这会为其日后打“价格战”奠定更好的基础。

步日欣同样认为三星在闪存领域的领先地位难以撼动。在步日欣看来,单纯依赖各家略有差异化的技术路线,并不能形成非常强的竞争优势,闪存相对稳定的市场格局很难在短时间内被打破。在市场格局层面,铠侠和西数单纯的业务合作,很难撼动三星的市场地位,即便是之前西部数据意图收购铠侠,资本层面的全面合并,也很难出现“1+1>2”的结果。而三星在NAND领域的产业链相对完善、技术也相对成熟,在NAND领域与其他企业合作的可能性不是很大。

由此可见,截至目前,整个闪存市场的格局还是由三星、美光、SK海力士、铠侠和西部数据这五家领先企业为主导,同时三星的领先地位暂时难以撼动。相信未来这个格局还将持续一段时间。

值得一提的是,NAND闪存堆叠越来越高能代表的是技术演讲的演进变化,客户在购买闪存芯片产品时,最关注的还是闪存的读写速度,因此读写的速度提升在目前的数据时代将扮演着更为重要的角色。

与此同时,传输速率也是备受消费者关注的一个因素。传输速率可以对终端产品带来更快的反应,还能更加节约消费者的时间。当前主流的方式还是通过提高堆叠层数来提升NAND闪存的性能,但是随着后摩尔时代的来临,先进封装在提升产品性能中的表现愈发优异,硅通孔技术也将更多应用在NAND闪存领域。随着各项技术不断成熟,FeRAM、MRAM、PCM等新型非易失性存储器将迎来快速发展。未来,非易失性存储可能有机会取代当前火热的NAND闪存技术。

责任编辑:张依依


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