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【存储器】加速国产替代!长江存储打入华为Mate 40供应链

来源:电子工程专辑       

随着SK海力士(SK Hynix)与英特尔(Intel)大连厂收购案的成形,闪存(NAND Flash)产业的整合也拉开序幕。虽然5G、大数据、智能物联网以及AI的迅速崛起,带来了NAND Flash应用的增长,但供应商竞争态势依然激烈,大家扩产态势积极,短期内仍将保持供过于求和价格下跌局面。

11月20日,2020年北京微电子国际研讨会暨 IC WORLD 学术会议在北京举行,长江存储(YMTC)首席执行官杨士宁表示,长江存储64层3DNAND成功打入华为Mate 40供应链。而以往手机闪存这样的核心器件,国产手机主要是依赖三星、铠侠、西数、美光等美日韩公司。

 长存64层3D NAND——“出道即巅峰”

长江存储成立于2016年,2018年量产32层NAND Flash,2019年9月64层基于Xtacking架构的256Gb 3D NAND Flash宣布量产。

这也是国内第一个宣布量产64层堆栈3D NAND的厂商,Xtacking架构拥有的独立加工模式,使产品开发时间缩短了3个月,生产周期缩短了20%,也在很大程度上提高了产品性能。

杨士宁表示,虽然这只是长存的第一个64层产品,但已经做到了中国企业华为的Mate 40旗舰手机里面,可谓“出道即巅峰”。在这里面,也看到了中国国内半导体产业链彼此协同合作和未来长远的发展机会。

此外,杨士宁还展示了 Xtacking 技术,表示:“在这一方面,长江存储也是走在国际最前沿,技术也是非常先进的,以后可以委托给中芯国际代工;同时也要感谢国产同行的支持。”他还表示,目前只有带有 Xtacking 标签的终端产品才拥有真正的长江存储国产闪存芯片。

用3年的时间,长江存储实现从32层到64层再到128层的跳跃式发展。杨士宁表示,长江存储与其它厂商相比,仅用3年完成他们6年走过的路,目前的技术处于全球一流水准,下一步是解决产能的问题。

从长江存储公布的最新路线图可以看出,今年4月发布的128 层的TLC/QLC NAND Flash也正在推进。

在今年举办的中国电子信息博览会上,长江存储展示了128层QLC闪存产品,它是业内首款128层QLC规格3D NAND,且拥有已知型号产品中最高单位面积存储密度,最高I/O传输速度和最高单颗NAND Flash容量。

2020年全球存储厂商已经基本上集体跨过了“百层关卡”,三星2020年4月份开始量产128层,美光、SK海力士均推出了128层3D NAND闪存芯片,西数、铠侠则推出了堆栈112层,不过其存储密度更高。长江存储将在128层的量产时间上紧紧追赶头部厂商。

杨士宁表示:“我说我们不做最后一名,我们肯定不做最后一名,但跟我们比的都是有很长历史的竞争对手。虽然不是官方宣布,但我们会争取在下一代技术走到最前沿,争取做到第一名或第二名。”

根据CFM公布2020年三季度闪存芯片全球市场份额显示,三星为33.3%,位居第一;Kioxia(东芝铠侠)21.4%;西部数据为14.3%;SK海力士为11.3%;美光为10.3%;英特尔为7.9%。

这六家企业占据了全球闪存市场的98.4%。目前长江存储的产量位列全球第七,约占1%。现阶段从占有率看,还不能从根本上影响美日韩。但随着长江存储产能、良品率不断提升,将对美日韩的国际存储芯片厂商带来冲击,竞争将加剧。

 Mate 40 的 SFS 闪存和这有关系吗?

此前在第三方机构拆解分析华为Mate 40系列手机时发现,采用的是自研SFS1.0闪存,容量上拥有128GB、256GB、512GB三种。虽然华为在发布会上没有对此进行介绍,但是这颗闪存在测评中展现出了奇高无比的性能。相比其他主流旗舰智能手机如小米10至尊版、三星Note 20 Ultra上的UFS3.1闪存,华为SFS1.0闪存的随机读写速度几乎翻倍。

主流 UFS 3.1 机型的顺序读取速度平均约为1800MB/s左右,顺序写入速度约为700MB/s左右,随机写入约在200-300MB/s范围中。在华为Mate 40 Pro的测评结果中,该机连续读取约为1966MB/s,持续写入1280MB/s,随机读取383M/s,随机写入更是直接近乎翻倍地达到了548MB/s。

现在看来,SFS1.0闪存性能远超UFS3.1确实出了依靠华为自研主控芯片,还有闪存颗粒的功劳,不过无法确定这些颗粒就来自长江存储,因为只有在Mate 40 Pro以上的机型才搭载SFS技术,而Mate 40仍采用UFS3.1。

 已赢得一大波SSD厂商

不可否认的是,长江存储的NAND Flash品质已经得到国内一批做嵌入式存储厂商的认可,日前《电子工程专辑》在采访国内嵌入式存储芯片厂商时,得到反馈“长江存储的wafer的封装良率非常高,达到国际头部原厂水准,从稳定性来说已经达到非常高的要求,这也是他们可以从64层直接跳到128层的原因。”

不过就目前而言,长江存储除了华为这个客户以外,在SSD市场上仍旧主打中低端。在此前长江Xtacking合作伙伴生态大会上,国科微、金泰克、联芸、嘉合劲威、威刚、佰维、铭瑄、七彩虹、朗科、台电等厂家共同确立了长江存储Xtacking生态联盟。

虽然这里面有不少不错的消费级SSD厂商,比如金泰克、威刚、七彩虹等,但是全球第一SSD品牌金士顿未加入该联盟。

根据国际高科技研究机构TrendForce集邦咨询数据显示,再2019年全球前十大SSD模组厂自由品牌于SSD渠道市场出货市占率排名中,以企业级客户为主的金士顿,市占率是第二名威刚的三倍多。

不过随着产品进入华为供应链,长江存储可以快速了解旗舰机型对NAND Flash的具体需求,了解手机产品主控如何配合。在产品技术更新迭代上更上一层楼后,未来预计将加快打入其他头部品牌供应链的步伐,今后也可以进入其他手机、平板等消费电子领域,彻底打开消费者市场。

 华为帮国产厂商,也是帮自己

华为这边,虽然目前台积电依然不能为华为代工先进工艺芯片,高通等厂商也只能恢复供应4G芯片,但这并没有阻碍华为核心元器件去美化、加强扶持国产厂商的决心。之前传出的华为“南泥湾”项目,就是要通过“自力更生、艰苦奋斗”,“在困境期间,希望实现自给自足”。

从今年6月份开始,华为就已经开始对相应核心产品进行了重新设计,主要是核心元器件去美化,不过这主要在5G基站等品类中,由于智能手机涉及的元器件过多,所以华为还没有办法完全排除美系厂商。

在华为最新款的Mate 40系列旗舰机中,不少关键芯片仍旧使用的是海思自研产品,比如5G基带、电源管理IC、音频编解码器、Wi-Fi/BT/GNSS无线组合IC、MB/HB功率放大器模块、LNA/RF开关等等。

同时,他们也在降低美厂商元器件的使用,大力扶持国产芯片厂商,比如首次在旗舰机当中引入了国产芯片厂商广东希荻微电子的电池管理芯片、联发科的包络追踪芯片,同时为了降低美国芯片厂商供货风险,日韩以及欧洲的元器件占比也在增加,而屏幕主要是京东方等国产OLED屏。

华为轮值CEO郭平之前就曾公开表示:“由于华为只是一家公司,我们用投资和技术来帮助供应链合作伙伴走向成熟。”

不过因为目前中国没有具备先进工艺芯片制造能力的企业,在高端制造设备、材料和EDA软件方面也需要依赖美日韩企业,也是目前所有中国半导体企业面临的问题——全球化过程中只做了设计,也是教训。

11月15日,在第二届中国互联网基础资源大会上,清华大学教授、中国半导体行业协会副理事长魏少军在演讲中,再度谈及了中国半导体产业发展的困境。魏少军称,目前的难点主要在制造和材料上。

与其他环节相比,材料问题更特殊,是多重因素导致的。全球光刻胶一年的用量只在“个位数”,但化工企业的规模往往几百上千亿,光刻胶这样的精细化工产品对大企业的吸引力不大。因为这对企业而言,是投入产出的问题。

长江存储也一样,根据市场消息分析,长江存储的制造设备国产率不到30%,这可能是最大的不确定因素。杨士宁在IC WORLD上也提到,目前国内半导体制造业最大的问题是缺少先进设备和技术,尤以光刻机最为重要。

中国大陆方面半导体工艺迟迟停留在14nm难以前进,由于荷兰ASML的EUV光刻机难以入华,因此国内像中芯国际这样的巨头也想方设法推出新技术来实现等效7nm工艺芯片的研发。其中,异构集成(Heterogeneous Integration,HI)被认为是增强功能及降低成本的可行方法,是延续摩尔定律的新路径,也是值得中国半导体厂商深入研究的领域。

封面图片来源:YMTC