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說到半導體市場最為火爆和持久的話題,莫過於儲存器的行情了,漲價與降價迴圈往復,一直牽動著產業的神經。在中國,以DRAM和3D NAND Flash為代表的儲存器同樣是人們關注的焦點。

本週,紫光集團宣佈,將在重慶兩江新區設立紫光國芯積體電路股份有限公司和重慶紫光積體電路產業基金,建設包括DRAM總部研發中心在內的紫光DRAM事業群總部、DRAM儲存晶片製造工廠、紫光科技園等。根據計劃,紫光重慶DRAM儲存晶片製造工廠計劃於2019年底開工建設,預計2021年建成投產。

至此,紫光集團的DRAM業務正式落地到了重慶,而紫光宣佈全面進軍DRAM也就是在不久前的6月。至此,中國本土的儲存器三強:長江儲存(紫光旗下企業)、合肥長鑫和福建晉華都將業務重點聚焦在了DRAM上。

據悉,紫光在籌建長江儲存之初,就是想做DRAM,但由於一些原因,改為了NAND Flash。此次組建DRAM事業群,並落地重慶,似乎是一種迴歸。

由於DRAM的成本要高於NAND Flash,而且其技術含量也更高,所以,能夠做出、做好並量產DRAM,在某種程度上是企業、國家半導體實力的重要體現,因此,發展DRAM成為了中國本土三強的共識。

波動是歷史常態

無論是歷史,還是現在,DRAM和NAND Flash都是積體電路市場上的主要組成部分,佔整個積體電路產值的30%,應用面非常廣,從資料中心到手持裝置,從基站到手機,從工廠裝置到電子玩具,幾乎沒有用不到這兩種儲存器的。由於它們在市場上的用量巨大,所以帶來的利潤相當豐厚。

2017和2018年,就是因為市場缺貨,價格暴漲,使得三星半導體收入大增,並首次超越了半導體行業的傳統老大英特爾,排名上升到了第一的位置。

從歷史表現上看,儲存器行業總是處於交替出現的漲跌迴圈之中,其產業週期強於電子元器件市場整體的週期性,暴漲暴跌的情況是常態。儲存器行業的週期性源於供給量和需求量的增減交替,而供需的錯位與其自身特性有關,儲存器需求量大、標準化程度高,下游需求容易被迅速推動。因此在需求端,新興應用領域的出現會刺激儲存器的市場需求,而在供給端,儲存器廠商往往在景氣度上行週期有較強擴充產能的意願,在景氣度下行週期則通過降價來清理庫存,進而導致儲存器價格呈現漲跌迴圈。

圖:儲存器市場劇烈波動

最近兩三年,全球儲存器市場就是在這樣的規律下執行的。2017年和2018上半年,景氣度大漲,主要廠商賺得盆滿缽滿。而到了2018下半年,市況急轉直下,儲存器價格大跌,使得幾家大廠營收大幅下滑,苦不堪言。

雖然市場對DRAM和NAND Flash的需求量巨大,但供應商卻少的可憐,如DRAM主要把持在三星、SK海力士和美光這三家的手中,而NAND Flash相對分散些,除了上述三巨頭外,還有西部資料和東芝儲存。但總體上說,全球儲存器供應商的數量,與巨大的市場需求之間形成了很大的反差,這種少數人掌控大市場的局面,對於整體產業發展不太有利,在一定程度上,也會加劇市場動盪。

2018上半年,在缺貨漲價到達高峰的時候,中國相關部門約談了儲存三巨頭三星、SK海力士和美光,主要原因就是涉嫌價格操控。而在過去兩年,以及過往歷史,關於三巨頭操控儲存器市場的資訊也會週期性地傳出。巧合的是,儲存三巨頭被約談後不久(具體約談情況和後續沒有公開),到了2018下半年,市況就發生了巨大的變化,價格一路下滑,直到今天。

從這方面講,中國大力發展本土的儲存器產業,特別是DRAM,也是勢在必行。

你追我趕

雖然目前儲存器市場處於低迷期,但從歷史上看,這屬於正常的波動低谷,眾廠商都在新技術方面積極準備,以迎接市場復甦後的競爭。

在NAND Flash方面,目前已經進入了3D時代,幾大廠商都在努力研發密度更高的3D NAND Flash,主要體現在堆疊層數上。

2018年,三星和SK海力士的96層產品陸續量產,而三星在研發128層3D NAND。其它廠商方面,東芝與西部資料也已完成96層3D NAND的研發,並多次擴大Fab6工廠的投資金額,為96層3D NAND的量產做準備,另外,它們也在進行著100層以上產品的研發。英特爾和美光也曾表示,96層3D NAND的開發完成,並已經交付,預計英特爾和美光96層3D NAND可在2019年下半年實現量產。

長江儲存方面,其32層3D NAND已經於2018年量產,另外,長江儲存Xtacking架構的64層NAND將於今年年底投產。該公司還計劃在2020年跳過96層3D NAND,直接進入128層堆疊。

長江儲存CEO楊士寧博士曾表示,採用Xtacking架構的64層3D NAND跟傳統架構的96層相比,容量僅低15%。業界預計,長江儲存2020年推出的128層堆疊可與國際大廠展開競爭。

在2018年的國際儲存研討會上,應用材料公司曾表示,到2020年,3D儲存堆疊可以做到120層,2021年可以達到140層。可見,長江儲存要跳過96層3D NAND,直接進入128層堆疊,追趕的腳步是多麼的迫切,當然,這是要以紮實的技術功底做保障的,從目前的情況來看,長江儲存在技術積累和研發方面確實是有突破的。

在DRAM方面,目前依然是國際三巨頭的天下,由於技術壁壘較高,中國本土企業在這方面還是比較落後的。

紫光剛剛建立DRAM事業群,推出新產品並實現大規模量產尚需時日;福建晉華於2018年捲入了智慧財產權糾紛,一直比較低調,DRAM進展還有待觀察;合肥長鑫是這三家中最先推出並量產DRAM的,據悉,該公司會在今年下半年有新動作。

無論是DRAM,還是NAND Flash,中國都在跟進,如果實現量產,並逐漸擴大規模的話,以中國的產量,以及市場的體量,肯定會逐步威脅到國際三巨頭的市場份額。到那時候,在新的市場供需格局下,新形態的市場競爭肯定難以避免,甚至會更加殘酷。對即將到來的挑戰,我們拭目以待。

新興儲存和應用推動產業變革

一直以來,作為大宗商品,DRAM和NAND Flash都是以IDM為主要業態,鮮有成規模的晶圓代工產品。

而隨著AI的普及,記憶體內計算興起,各種新型的儲存技術(MRAM和ReRAM等)正在實驗室裡摩拳擦掌,準備替代當下的儲存器。而這些新興的儲存技術,似乎有可能在傳統的IDM業態基礎上,發生一些改變,特別是給晶圓代工廠,提供了更多的機會。這樣,代工儲存是否有了光明的前景呢?

去年9月,在中國臺灣國際半導體展(SEMICON Taiwan)上,臺積電新任董事長劉德音的一番表述在行業內引起了不小的波瀾。據悉,在20分鐘的英文演講中,他總共提到了14 次“儲存”。他一再強調,當前的人工智慧運算,有8成以上的能源消耗在記憶體,是當前半導體技術的一大瓶頸。

緊接著,在接受媒體採訪時,劉德音首度承認:臺積電“不排除收購一家記憶體晶片公司”,但目前沒有明確目標。

從劉德音的表述來看,臺積電很有可能併購一家儲存器廠商,無論是DRAM,還是NAND Flash,都會在其考慮範圍之內,因為在2017年鬧得沸沸揚揚的東芝TMC業務併購案中,臺積電就曾經考慮過參與競購,從而進入NAND Flash,但因為未能完全評估好而放棄。而此次劉德音的表態,其標的似乎更傾向於DRAM企業。

AI發展方興未艾,而AI本身就是一個很複雜的存在,與CPU等傳統處理器有著很大區別,AI就是要讓更多的人類學習、思考和推理方式和邏輯進入機器當中,而機器學習過程中的訓練和推理這兩個過程越來越複雜,演算法也越來越複雜,涉及的資料量也越來越大,而這些都需要大容量、高效能儲存器的支援,這推動了各種新型儲存器的發展。

在這方面,臺積電已經開始佈局了。時任臺積電首席技術官Jack Sun曾經表示,其在2018進行了eMRAM晶片的風險生產,並計劃在2019年生產採用22nm製程的eReRAM晶片。

關於ReRAM的詳細資訊,未包括在臺積電提供的ReRAM報告中,但該公司已發表了許多基於金屬氧化物結構的ReRAM論文。特別是臺積電已經報道了在16nm FinFET的高k金屬柵極(HKMG)中使用的二氧化鉿高k介電材料,也可以用作電阻儲存器件。

三星方面,利用其FD-SOI工藝,以及該公司在儲存器製造方面的技術和規模優勢,著力打造eMRAM,以滿足未來市場的需求。

實際上,三星在MRAM研發方面算是起步較早的廠商,2002年就開始了這項工作,並於2005年開始進行STT-MRAM的研發,之後不斷演進,到了2014年,生產出了8Mb的eMRAM。

據悉,三星的28FD-SOI嵌入式NVM分兩個階段。第一個是2017年底之前的電子貨幣風險生產,第二個是2018年底之前的eMRAM風險生產。並同時提供eFlash和eMRAM(STT-MRAM)選項。

代工廠在給客戶進行風險生產時,製程和設計仍可能發生變化,用以優化效能並提高產量。由於製程尚未最終確定,因此此類生產由客戶承擔風險。風險生產階段可能需要幾個月的時間,因此,eFlash在2018年批量供貨,而eMRAM將在2019年批量供貨。

三星在開始進行新興儲存器研發的時候,其代工部門還隸屬於三星集團,而隨著2017年的拆分,三星的晶圓代工業務獨立了出來,以滿足和臺積電的競爭需求。這樣,在生產新型儲存器方面,兩家企業在不久的將來是否有一拼呢?

結語

無論是傳統的DRAM和NAND Flash,還是新興的儲存技術,都孕育著市場供需關係,以及競爭格局和商業模式的變化,儲存業新一輪的競爭序幕正在拉開。

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