命系3D NAND 國內存儲器能否藉此衝擊第一陣營?

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無處不在的存儲器的重要性不言而喻,其在PC、伺服器、智慧型手機等領域不斷攻城拔寨之外,隨著工業4.0、物聯網(IoT)、雲計算、大數據的不斷推進,也將催生新的存儲器需求與商機。

看看這組數據吧,2014年全球存儲器市場規模達750億美元,占據整個半導體市場二成多。

2019年存儲器市場規模預計將超過1140億美元,在半導體市場占據三分天下有其一。

但這麼一個龐大的市場,卻是國際寡頭們的「盛宴」,存儲器進口額也是以幾百億美元計,國內存儲器廠商左衝右突卻基本仍在夾縫中生存,在規模效益明顯、投資金額巨大、技術遷移持續的存儲器時代,未來的破冰之路該如何抉擇?

整合之風興盛 市場格局釀變

目前市場上幾乎所有電子產品都在使用一種或組合使用若干種易失性存儲器DRAM,以及非易失性存儲器NOR和NAND快閃記憶體。

DRAM仍然是整個半導體行業的主要增長動力。

繼2014年增長32%後,2015年DRAM營業額有望增加3.8%。

但Gartner預測,由於新的需求成長局限性以及技術遷移持續演進,2016年市場將出現過度供給或需求不足的狀況。

2016年DRAM產業營業額可能下滑17.4%,到2017年將再減少7%。

DRAM三強仍為三星、SK海力士、美光。

在快閃記憶體競爭中,NAND顯示出強勁的增勢,而NOR的全球銷售額才30億美元,並且在逐漸勢微。

據DRAMeXchange最新調查顯示,2015年NAND快閃記憶體整體產業規模將提升至266億美元,年成長9%,在NAND市場中,仍以東芝/閃迪、三星、美光/英特爾、SK海力士為主導。

與全球半導體業整合加劇相適應的是,存儲器市場整合步伐也在加快,2015年大大小小的就有十來起,比較引人關注的是紫光38億美元入股WD(西部數據)獲15%股權、Skyworks20億美元收購PMC、DELL投入巨資670億美元收購EMC、美光收購Tidal、WD190億美元收購閃迪等。

同期,國內的同方國芯在5月通過全資子公司香港同芯4375萬元收購星堡持有的西安華芯25%股權之後,又於9月斥資8927億元收購西安華芯51%股權,成第一大股東。

武漢新芯執行副總裁、營運長洪渢博士對此分析道,全球存儲器行業正颳起的整合之風,使規模經濟效應愈加明顯,寡頭壟斷之勢凸顯,也將對市場格局產生重大影響。

技術升級換代 未來誰是主流

一方面是市場格局在不斷生變,另一方面是存儲器已在「更新換代」的急行路上,要知道「各領風騷」的存儲器都將面臨又被「雨打風吹去」的境遇。

新的存儲技術時不時就會冒出來一個,但從研發到商用總是要歷經漫長的艱難坎坷。

「半導體存儲器領域呈現了幾大新技術:STT-MRAM技術的挑戰在於如何降低臨界電流;3D NAND對於提高容量、提升儲存效率大有好處;可變電阻式存儲器(ReRAM)實用化邁出關鍵一步;令人振奮的是Xpoint技術,採用PCM,可用於CPU的二級緩存,由於不需刷新,功耗大幅降低,密度極高(二層可達128Gb),對計算機將產生深遠影響,不僅影響硬體架構,而且將影響到軟體的編程模式。

」清華大學教授、核高基重大專項技術總師魏少軍指出,「半導體存儲器將一路沿著BiCS技術演進,3D NAND、Xpoint和Re-RAM都是未來可關注的存儲器技術,採用Cross-Point架構,重視材料、應力、散熱等方面革新。

巨頭們的「站隊」也各不相同。

三星、東芝、SK海力士、美光均在積極布局3D NAND,三星已開始大規模量產;Re-RAM由美光和索尼聯合研發,三星也在加緊攻關;東芝正與SK海力士聯合開發STT-MRAM,三星已發布了意在取代DRAM的STT-MRAM;3D XPoint最近則由英特爾與美光合作推出。

上述這些新存儲器技術可以說各有所長,但仍面臨一些瓶頸,問題的關鍵是解決「瓶頸」的時間究竟有多長?這決定了市場重新洗牌的時間。

洪渢博士認為,這些新型存儲器具有一些超越現有存儲器的一些特殊優勢,但除3D NAND有顯見的優勢之外,其它新型存儲器或應用範圍狹隘,或面臨量產瓶頸,短期內暫難以取代主流存儲器。

未來存儲器技術將會是一個並存的局面,而主流的DRAM和NAND快閃記憶體具備工藝穩定、成本和價格優勢,仍在未來十年持續占據市場主流。

借3D NAND東風 欲衝擊第一陣營

中國一直都有存儲器的「情結」和使命感,但現實的骨感也難免讓人唏噓。

雖然國內的武漢新芯、兆易創新等企業取得了一些成就,但目前還處在跟隨階段,中國存儲器產業中高端大量依賴進口的現狀亟待改善。

存儲器業技術持續進步、併購整合加劇均將持續衝擊國內存儲器業,尚未「根深葉茂」的國內存儲器業該何去何從?

洪渢博士分析說,在DRAM領域,三星和SK海力士已占據絕對的霸主地位,而在NAND方面,由2D向3D轉型已為趨勢,3D NAND相比2D NAND,在結構和工藝技術上都有重大創新,成本和功耗更低、性能更高,在市場初期將從數據中心等高端市場切入,後續將迎來爆髮式增長。

一組數字或可佐證洪渢博士的判斷。

據IC Insight分析顯示,2D NAND的出貨量將從2015年開始以每年17.1%的速度快速下降,3D NAND的出貨量將以200%的年均複合增長率遞增,在2017年將達到NAND總量的65%,將逐漸成為主流快閃記憶體產品。

洪渢博士認為,由於NAND處於這一關鍵轉折期,對武漢新芯切入主流存儲器領域提供了一個非常好的機遇。

「雖然東芝/閃迪的技術水平和總體產能都居首,但三星卻是最先量產3D NAND的企業。

從技術水平看,三星截止到2015年6月的3D NAND占比已達11%,未來三星將一騎絕塵,但只領先業界兩年左右。

武漢新芯從3D NAND切入,不僅是進入主流存儲器領域的有利契機,也將有機會躋身世界一流企業的行列。

」洪渢強調。

洪渢博士描繪了武漢新芯未來的規劃。

2016年-2020年,公司將建成30萬片每月的產能,技術能力進入國際主流水平,在存儲器市場占有率達10%,進入世界第一梯隊。

面臨資金等多重挑戰 需產業鏈協同作戰

這樣的信心和底氣來自哪裡?洪渢分析說,從外力來看,中國占有55%的全球存儲器市場,國家資金和政策對存儲器產業大力支持,全球半導體人才也有可能在中國聚集。

從內力來看,武漢新芯擁有近10年的存儲器研發、量產經驗和世界最先進的NOR技術,已建成兩座12英寸晶圓廠,工藝覆蓋45納米、60納米和90納米;有完善的智慧財產權布局,並組建了一支經驗豐富的國際化管理團隊和1300多人的種子團隊。

在核心的技術方面,洪渢提到,武漢新芯與合作夥伴在3D NAND的研發上取得重要進展,第一片3D NAND已通過存儲器電學驗證,後續相繼在溝道電流大幅提升、存儲單元性能和可靠性持續優化等方面實現了突破性進步。

「武漢新芯將通過完成先導產品的研發,迅速達到3D NAND國際主流技術水平並開始切入存儲器國際市場,同時會全力推動整體產能擴充。

」洪渢強調說。

能否完成這麼「美好」的使命?從目前來看,武漢新芯總產能還未到3萬片,產能方面的差距還需著力補齊。

半導體業知名專家莫大康告訴記者,做3D NAND月產20萬片,哪怕最開始是10萬片,至少也需要近100億美元投入。

而且,3D NAND仍面臨許多挑戰,從技術上要使成本更具競爭優勢,至少可能要48層。

此外,現在主流的NAND製程已在向2x、1x邁進,三星於近日宣布出貨128Gb 3D NAND晶片。

因此除了專利技術之外,製程升級對於武漢新芯來說,也是迫切需要布局的任務。

從以往存儲器經驗來看,項目上馬肯定會面臨暫時虧損的局面,而只有直面虧損,堅定不移地投資才能生存下來,否則就會被卡住。

持續的資金保障將成為決勝關鍵。

對於記者有關網上國家基金公司、武漢新芯、湖北集成電路產業投資基金、北京亦莊開發區將共同出資240億美元的問題,洪渢博士以該消息目前還未正式發布為由作答。

業界的共識是,發展存儲器要作為中國半導體產業的首要目標,而且要堅定不動搖,其中的關鍵是把最差的結果提前想明白,並有相應的預案。

只有如此中國的存儲器業才可能有立足之地,所以放在首位的應是項目上馬的決定。

內憂外困的多重挑戰不是也不應是武漢新芯「一個人的戰鬥」。

洪渢博士也強調說:「據存儲器業的特點,投資巨大、周期性起伏等不僅需要在產業積累期長期堅持和持續不斷地投入,只有將規模做大才能持續發展。

同時,還需要全產業鏈協同作戰,將設備材料、設計、製造、封測、終端等上下遊資源整合在一起發揮合力,才能最終實現存儲器戰略的突破。


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