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【存储器】中国大陆存储器行业方兴未艾?

来源:全球半导体观察    原作者:韦思维    

存储器,顾名思义,用来存储程序和各种数据信息的记忆部件。目前,现代计算系统通常采取高速缓存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存储(NAND Flash)的三级存储结构。

从存储类型看,存储器主要分为随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。RAM包括DRAM、SRAM等;ROM在断电后仍可保持数据的有效性,包括PROM、EPROM、EEPROM、Flash等。从市场规模看,存储器逐渐形成了主要由DRAM与NAND Flash组成的市场。

据统计,存储器在整个半导体市场规模中的占比超过三分之一,智能手机等消费级产品的存储容量配置持续提升,数据中心对存储耗用量也在持续提升,整体存储位元的需求持续增长。存储产业市场格局高度集中,主流存储器DRAM、NAND市场额均高度集中于三星、海力士、美光、铠侠等海外厂商,而国内存储产业尚处于起步阶段。
 
如今,国内存储器行业一步一步的攀登,实现“从无到有”,正当回望时,这条路已不再是孤单影只。尤其是随着各企业的涌进和成长,不断突破半导体存储制造的瓶颈,这将有望带动产业链加速发展。

中国大陆存储器行业的成长之路

1.踏入存储器行业

时光追溯到1956年,周恩来总理亲自主持制定的1956-1967年十二年科学技术发展远景规划中,将国内急需发展的四个高新技术,半导体、计算机、自动化和电子学列为四大紧急措施。从此,中国便开始建立自己的半导体行业。

直到1975年,中国大陆才步入存储器行业。这一年,北京大学物理系半导体研究小组完成硅栅NMOS、硅栅PMOS、铝栅NMOS三种技术方案,在109厂采用硅栅NMOS技术,试制出中国大陆第一块1K DRAM。

从1978年到1985年我国相继研制出了4K DRAM、16K DRAM、64K DRAM。1993年,无锡华晶采用2.5微米工艺制造出中国大陆第一块256K DRAM。

2003年,中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠团队率先在国内开展相变存储器(PCM)的研发。2004年,中国科学院微电子研究所刘明院士团队率先开展阻变存储器(RRAM)的研究。

据了解,2011年,中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠研究组研制成功中国第一款具有自主知识产权的相变存储器(PCRAM)芯片,存储容量为8Mb。并实现了相变材料制备工艺与中芯国际标准CMOS工艺的无缝对接,使我国的相变存储器芯片研发条件达到了国际先进水平。

2015年底,中芯国际和中国科学院微电子研究所达成合作开发嵌入式RRAM技术战略合作。2017年,在中芯国际28nm平台上完成了工艺流程的开发与验证,并在此基础上设计实现了规模为1Mb的测试芯片

根据资料,2017年,中国科学院微电子研究所与北京航空航天大学联合成功制备国内首个80纳米自旋转磁随机存储器芯片(STT-MRAM)器件,对我国存储器行业的技术突破形成了具有实际意义的推动作用...

之后,国内开始布局存储产业规模化,中国大陆的存储器公司陆续成立,存储产业也取得明显的进展。在半导体国产化的大趋势下,国内存储器行业有望迎来新的发展和机遇。

2.各企业涌进存储市场

当前,半导体存储器行业可分为IDM和Fabless两种商业模式,除了下述的企业外,在存储封测的企业有深科技、华天科技,通富微电等。

2004年,澜起科技成立,开始主打内存接口芯片和数字机顶盒芯片。

2005年,兆易创新成立,是一家Fabless公司,于2016年8月在上海证券交易所成功上市。兆易创新起初是以SRAM为主,之后推出了国内第一颗Serial Flash产品、第一颗静态存储器及IP技术、第一款Giga ROM产品。公司主营产品主要分为NOR Flash和NAND Flash两类。

2006年,武汉新芯成立,是集成电路研发与制造企业,现提供NOR Flash产品代工。该公司于2019年推出了业界极具竞争力的50nm Floating Gate NOR Flash工艺平台。

2009年,聚辰股份成立,是一家Fabless设计企业,公司拥有EEPROM、音圈马达驱动芯片和智能卡芯片三条主要产品线。在DDR5 EEOROM产品等领域,聚辰半导体已经与澜起科技等企业开展合作研发。

2010年,佰维存储成立,主要经营Flash存储相关产品。公司的4大产品线为智能终端存储芯片、消费级存储模组、工业级存储模组和以SiP为核心的先进封测服务。

资料显示,2014年,武汉新芯与赛普拉斯(Cypress)组建联合研发团队,开始3D NAND项目的研发工作。2015年5月11日,宣布其3D NAND项目研发取得突破性进展,第一个存储测试芯片通过存储器功能的电学验证。

同年,北京矽成(ISSI)成立,主营产品以DRAM和SRAM等易失性存储芯片为主。公司算是存储芯片国产替代进程中竞争力较强的企业,目前已并入北京君正。

 2016年,晋华集成成立,由福建省电子信息集团、泉州市金融控股集团等共同出资设立。公司旨在DRAM领域开发先进技术和制程工艺,并开展相关产品的制造和销售。

同年,合肥长鑫成立,主营业务为DRAM芯片的研发、生产和销售。公司目前拥有一座12英寸晶圆厂,19纳米(1X纳米)的工艺制程。我国在存储芯片领域实现了量产突破,合肥长鑫也成为国内首个DRAM芯片供应商。

2016年7月,长江存储成立,是一家专注于3D NAND闪存设计制造一体化的IDM集成电路企业。公司于2017年10月,成功设计制造了中国首款3D NAND闪存。

2018年,宏芯宇电子成立,专注于NAND Flash存储芯片产品的研发、生产、测试、销售。公司目前主导产品分为嵌入式存储器、移动存储器、集成电路主控制器系列三大类产品。

2020年,北京君正完成北京矽成美国ISSI及其下属子品牌Lumissil的并购。通过对ISSI的并购,公司拥有完整的存储器产品线、模拟产品线...

走过世纪的风雨,中国大陆存储企业犹如雨后春笋般不断涌现,存储器行业的发展方兴未艾。

呈现百舸争流?

近年来,中国陆续攻克了3D NAND Flash和DRAM技术。DRAM现在的发展按照产品分类分为DDR/LPDDR/GDDR和传统型(Legacy/SDR)DRAM。NAND Flash的主流应用为SSD等大容量存储领域,使用MLC、TLC 2D NAND或3D NAND等。

目前市场上DRAM的应用较为广泛的制程是2Xnm和1Xnm。另外,NAND Flash的发展方向是3D堆叠,国外先进企业均已纷纷开发出100层以上堆叠的NAND Flash。

现今,中国大陆的存储企业纷纷亮出自家新成果,这一场面无不诠释着中国大陆存储器领域呈现“百舸争流”的新局面

2021年5月27日,宏芯宇推出全球首颗40nm的USB接口存储控制芯片,采用USB3.2技术,实现了闪存存储速度创新,USB2.0的最大传输带宽为480Mbps约60MB/s。

9月27日,武汉新芯宣布推出超小尺寸低功耗SPINOR Flash产品XNOR™——XM25LU128C,可广泛应用于日趋微型化的物联网和可穿戴设备。XM25LU128C于2021年10月正式量产。

10月20日,佰维存储发布DDR5 DRAM存储模组。相比DDR4内存,DDR5拥有更高的起步频率,业内预估未来可达6400MHZ,同时电压更低,数据预取更大。

10月29日,澜起科技宣布DDR5第一子代内存接口及模组配套芯片已成功实现量产。该系列芯片是DDR5内存模组的重要组件,包括寄存时钟驱动器(RCD)、数据缓冲器(DB)、串行检测集线器(SPD Hub)、温度传感器(TS)和电源管理芯片(PMIC),可为DDR5 RDIMM、LRDIMM、UDIMM、SODIMM等内存模组提供整体解决方案。

11月1日,聚辰股份在投资者互动平台表示,预计部分A1等级的EEPROM产品将第四季度完成AEC-Q100可靠性标准认证,DDR5中的EEPROM产品已量产。

此外,据悉,兆易创新首款自有DRAM产品也于今年6月正式发布,实现了从设计、流片,到封测、验证的全国产化。

存储产值持续增长

存储产业存在一定的周期性,而DRAM和NAND Flash作为最主流的半导体存储器,其市场规模占比超过90%,价格受需求与供给的影响呈现较为明显的周期性。

DRAM方面,据TrendForce集邦咨询研究显示,2022年的DRAM供给位元成长率约18.6%,然而由于目前买方库存水位已偏高,加上2022年需求位元成长率仅17.1%,明年DRAM产业将由供不应求转至供过于求。预估2022年的DRAM总产值将达915.4亿美元,年增微幅上升0.3%。

另外,预期DRAM平均销售单价将年减15%,而价格下滑幅度在上半年较为明显;下半年起将受惠于DDR5的渗透率提升与旺季需求效应带动,均价跌幅将收敛,不排除有持平或涨价的可能性。

NAND Flash方面,NAND Flash的存储需求正在日益增长。TrendForce集邦咨询指出,NAND Flash在层数结构的堆栈持续推进,故在供给位元成长仍维持在30%以上的情况下,预估2022年NAND Flash总产值仍有成长空间,达741.9亿美元、年增7.4%。

同时,TrendForce集邦咨询推估,2022年NAND Flash平均销售单价将年减18.0%,而价格下滑幅度也是在上半年度较为明显,下半年起将受惠于旺季需求效应带动,均价跌幅较为收敛,或有单季价格持平的可能性。

结语

中国大陆存储产业正在不断完善,众多企业也在致力寻找存储技术的突破点,同时,存储需求也表现着增长的态势。现下,存储器行业“如火如荼”,发展行业新技术迫在眉睫。而在这千帆竞渡的半导体热潮中,存储器的企业又将如何乘风破浪?

封面图片来源:拍信网