全球快閃記憶體產業向新一代非易失性存儲技術演進

作為半導體產業的風向標，存儲器2015年全球收入達793億美元,占據近四分之一的半導體市場。

其中，快閃記憶體收入308億美元，占存儲器產業39%的份額。

快閃記憶體性能遠高於傳統磁碟，在移動設備、伺服器等領域滲透率不斷提高。

過去十年，快閃記憶體年複合增長率達到10%，預計未來5年仍將保持7.3%左右的增長，遠超其他細分市場。

與此同時，新一代非易失性存儲技術層出不窮，眾廠商也在加緊布局。

我國亟須把握3D NAND快閃記憶體和新一代非易失性存儲發展機遇，實現存儲器產品自主可控。

全球快閃記憶體產業發展態勢

（一）快閃記憶體技術加速邁向3D結構

3D NAND快閃記憶體採用縱向堆疊方式，不再受制於製程節點限制，密度更大，降低單位容量成本。

從2013年3D NAND快閃記憶體出現開始，全球3D NAND快閃記憶體出貨量逐年增長，三星和美光已經實現量產，其他廠家紛紛推出有競爭力的快閃記憶體樣品。

結合廠商調研和業界判斷，3D NAND快閃記憶體出貨量將在2017年年中到2018年超過傳統2D NAND快閃記憶體。

3D NAND快閃記憶體正邁向64層時代。

三星在2013年成功研製24層3D V-NAND，開啟全球3D NAND Flash市場，2016年年初三星宣布第四代3D V-NAND即64層3D NAND快閃記憶體最早將於年底量產，採用TLC 結構單晶粒最大容量64GB。

其他廠商加快追趕步伐，西部數據聯合東芝在日本工廠試產64層TLC 3D NAND快閃記憶體，預計最早2017年上半年能夠實現量產。

（二）四大陣營壟斷全球市場，生產裝備及主控晶片成為生態焦點

Gartner數據顯示，2015年，三星、東芝/閃迪、英特爾/美光、海力士形成四大陣營，六家公司合計占據全球NAND快閃記憶體市場超過99%的份額，其中三星占比32.6%，東芝和閃迪占比36.4%，美光和英特爾占比18%，SK海力士占比11.9%。

從生態角度而言，主控晶片逐漸成為競爭焦點，3D快閃記憶體的製備工藝出現顯著變化。

其一，主控晶片作為存儲產品的核心器件具有一定的靈活性和定製性，眾多應用產品廠家紛紛自研主控晶片，市場競爭激烈；其二，3D NAND快閃記憶體生產過程中刻蝕和澱積設備占總設備投資的60%，相比1x nm平面NAND快閃記憶體僅34%的占比提升了近一倍，新的設備部署給半導體設備商帶來機遇。

新一代非易失性存儲技術演進態勢

當前,非易失性存儲技術的革新除了由平面轉為3D以外，學術界和產業界正積極研發新型存儲器件，改變傳統電荷存儲方式,採用多樣化材料,以突破存儲瓶頸。

業界普遍認可的新型非易失性存儲包括相變存儲器（PRAM）、磁性存儲器（MRAM）和阻變存儲器（ReRAM）等，具備密度高、功耗低、讀寫快、反覆操作耐受力強等特點。

（一）新一代非易失性存儲技術彌補存儲層級鴻溝

新一代非易失性存儲器將改變傳統存儲體系結構。

現有計算機系統存儲層級中,內存性能好但容量相對較小,外存容量大但性能無法匹配CPU計算速度，內外存之間巨大差異導致了設備性能瓶頸。

新型非易失性存儲器將有效彌補內外存之間的鴻溝，集外存的大容量低成本和內存的低時延高性能於一身。

新型非易失性存儲器顯著提升計算能力，推動人工智慧等應用發展。

新型非易失性存儲高於傳統外存的性能將使得計算速度更快，更適合加載虛擬化應用，推動ICT網絡雲化進程。

利用其構建神經網絡處理系統，將加速人工智慧應用落地。

（二）國際主流存儲廠商積極布局下一代技術

國際大廠加快研發新技術，3D XPointTM或率先實現量產。

2015年7月，英特爾聯合美光推出了3D XPointTM存儲方案。

英特爾和美光將分別基於3D XPointTM推出自有產品，英特爾Optane固態存儲於2016年年末上市，美光QuantX產品預計2017年第二季度面向數據中心應用推出，將擁有四倍於DRAM的存儲密度，十倍於NAND快閃記憶體的IOPS，十分之一於NAND快閃記憶體的延遲。

IBM蘇黎世研究中心多年來致力於研發相變存儲器，實現每單元3個比特位的數據存儲，顯著降低了相變存儲的成本。

三星和IBM在磁阻存儲器方面也取得突破，低功耗、高密度、高性能的表現遠遠超過快閃記憶體甚至接近DRAM。

我國快閃記憶體產業現狀及發展對策

（一）我國存儲市場需求大，自給能力不足

我國存儲器市場大，但產業對外依存度高。

隨著我國智能終端、雲計算、大數據產業的快速發展，國內存儲器市場需求持續擴張。

DRAMeXchange預計，2017年中國市場NAND Flash消耗量將占全球的30%以上，2020年將占全球的40%。

相對於國內巨大的市場需求，我國存儲器產業仍處於基本空白狀態。

從國家信息安全角度看，存儲晶片國產化進程亟須加速。

（二）我國存儲產業發力，自主技術攻關難度大

當前，快閃記憶體技術發展進入2D NAND向3D NAND的切換期，在政府的大力支持下，國內企業加快布局。

武漢新芯是國內唯一一家以存儲器為主的集成電路製造企業，2014年聯合Spansion 組建研發團隊，共同開發3D NAND Flash技術。

2016年7月，紫光集團與武漢新芯合併成立長江存儲，充分整合資源和產業力量，以3D NAND Flash為切入點，目標是在2020年實現月產能30萬片，大幅提升我國存儲晶片的自給能力。

製程工藝落後，關鍵技術突破存在難度。

2015年9月，武漢新芯具有9層結構的3D NAND存儲取得技術突破。

然而就國際廠商的經驗來看，3D NAND快閃記憶體製程工藝技術需要長時間積累方可成熟，除了三星和美光，其他廠商都受限於技術和成本問題遲遲未量產，國內廠商仍存在至少三年的技術差距。

同時，存儲器產業高度壟斷，後發切入難度很大，需投入巨額的研發和生產線建設資金，進而通過擴大產能來壓低成本，擠占市場。

存儲器產業發展不會一蹴而就，需要長期的資本投入、穩定的政策扶持和持續的技術積累。

我國應充分把握NAND Flash從平面向3D技術轉化的機遇，超前布局新一代非易失性存儲技術，力爭追趕甚至趕超國際領先廠商。

集中力量培育存儲龍頭企業，鼓勵企業通過併購、技術合作等方式加快實現核心技術突破。

同時，應充分重視集成電路相關專業人才的培養引進，為我國存儲產業發展添磚加瓦。