NAND Flash和DRAM的強勁需求對存儲芯片供應商來說將會變得前景可期,傳聞近期長江存儲計劃跳過原定192層技術挑戰232層NAND且計劃2022年底量產。該計劃已經超越了鎧俠和三星分別于今年計劃推出的162層、224層NAND。這則消息對于中國本土半導體而言無疑是振奮的好消息,但目前國內的存儲芯片技術是否真正能支撐得住呢?

在半導體市場需求旺盛的引領下,去年全球半導體市場高速增長。根據WSTS統計,2021年全球半導體銷售達到5559億美元,同比增長26.2%。中國仍然是最大的半導體市場,2021年的銷售額總額為1925億美元,同比增長27.1%。其中,邏輯IC、模擬IC、傳感器及存儲IC市占及需求穩健提升。所以,中國存儲IC市場未來可期。

但是,有市場僅是前提,緊隨其后的是芯片設計和生產。從產能角度而言,根據IC Insights今年5月公布的數據顯示,去年國內芯片產量只占其銷售總額的不到20%。在去年國內制造的312億美元IC中,半導體企業總部位于中國的僅占123億美元(39.4%)。臺積電、SK海力士、三星、英特爾、聯華電子等其他在中國擁有的晶圓廠生產了其余的芯片。因此,中國存儲IC必須克服設計和制造工藝上的不足才能夠獲取有力市場份額。

以DRAM為例。據OFweek電子工程網編輯了解,國外三大存儲芯片供應商美光、SK海力士和三星就憑借先進的制造設備和設計工藝去年貢獻了全球DRAM市場94%的市場份額,其中僅韓國SK海力士和三星就完全碾壓其他對手占據全球DRAM銷售額的71.3%。

國內外存儲“芯片”兩大陣營:DRAM和NAND Flash

圖1:三星、美光、SK海力士、南亞、力積電和長鑫存儲等市場企業的DRAM路線圖。圖片來源/TechInsights

國內存儲IC原廠如何趕上?從2020年上半年開始,存儲大廠的博弈繼續加劇。三星于該年10月率先使用極紫外光刻機(EUV)技術生產14nm DRAM。SK海力士緊隨其后,在2021年通過EUV生產10nm DDR5 DRAM。美光預計2024年采用EUV技術生產DRAM。反之,長鑫存儲、南亞科技、華邦電子的生產工藝可能介于20nm及以上。與前者相比,后者尚處于“追趕期”。

另外,值得一提的是,國內DRAM制造商長鑫存儲利用新技術工藝推出的DRAM產品已經與國際主流產品接軌并參與競爭。

目前,從“芯片”陣營上劃分,國外DRAM原廠主要以韓國三星和SK海力士、美國的美光為主;中國本土存儲芯片原廠DRAM主要是長鑫存儲、南亞科技、力積電、華邦電子,而福建晉華DRAM芯片尚未取得進展。

接下來是NAND Flash主題。從目前來看,國外NAND Flash主要廠商主要是:韓國三星和SK海力士;美國的美光、西部數據、英特爾;及日本的鎧俠;中國本土則是長江存儲、武漢新芯、臺灣旺宏電子為主。

圖2:三星、鎧俠/WD、SK海力士、美光、長江存儲和旺宏電子等市場企業的3D NAND路線圖。圖片來源/TechInsights

這些主要的NAND芯片制造商正在為生產大容量存儲芯片而競相角逐3D NAND。如三星推出的176層、鎧俠/西部數據162層、美光176層、SK海力士176層的3D NAND。

面對競爭白熱化的3D NAND,國產NAND企業也是不甘示弱!在去年,長江存儲128層Xtacking TLC和QLC產品已經上市。旺宏電子(MXIC)還宣布了他們的第一個48層3D NAND原型,將于2022年底或2023年初量產。

總體而言,一方面對手利用快速技術迭代搶食存儲市場的步伐一直不停歇,一方面本土國產存儲芯片廠商面臨從制造設備、工藝設計等多重阻力,欲趕超對手尚需時間和技術創新。

針對如此,在中國仍是全球最大的半導體市場中,中國本土存儲芯片廠商如何逆勢突圍?如何依靠國產替代優勢搶占份額,又有何利用NAND等主流芯片進行市場布局?這應是當下國內存儲供應鏈企業重點思考的問題。

2022年6月22日,由OFweek電子工程網舉辦的“OFweek2022(第二期)工程師系列在線大會——半導體技術在線會議”即將召開,本次會議出席的重量演講嘉賓之一的東芯半導體股份有限公司(以下簡稱“東芯半導體”)副總經理陳磊將為大家帶來主題為《存儲芯時代下的主流與新序》。該議題將重點闡述半導體市場環境及趨勢、國產替代主流趨勢及存儲行業新次序下的本土存儲廠商的突圍之路。

東芯半導體:聚焦中小容量NAND、NOR、DRAM存儲芯

存儲芯片設計公司東芯半導體成立于2014年,專注于中小容量存儲芯片設計研發,主要產品業務涉及NAND、NOR、DRAM、MCP四大版塊。其產品廣泛應用于5G通信、物聯網終端、消費電子、工業和汽車電子產品等領域。

自成立以來,東芯半導體即致力于實現本土存儲芯片的技術突破,通過統一底層設計、功能性可變式的研發架構,構建了強大的設計電路圖及封裝測試的數據庫,實現了芯片設計、制造工藝、芯片設計、封裝測試等環節全流程的掌控能力,并擁有完全自主知識產權。公司設計研發并量產的24nmNAND、48nmNOR均為國內目前領先的NAND、NOR工藝制程。

東芯半導體憑借以低功耗、高可靠性為特點的多品類存儲芯片產品及在工藝制程及性能等方面出色的表現,產品不僅在高通、博通、聯發科、紫光展銳、中興微、瑞芯微、北京君正、恒玄科技等多家知名平臺廠商獲得認證,同時已進入三星電子、海康威視、歌爾股份、傳音控股、惠爾豐等國內外知名客戶的供應鏈體系,被廣泛應用于通訊設備、安防監控、可穿戴設備、移動終端等終端產品。

該公司主要產品為非易失性存儲芯片NAND Fash、NOR Fash;易失性存儲芯片DRAM以及衍生產品MCP。在此次在線活動上,東芯半導體將展示多款各類型存儲芯片,如下。

(1)SPI NAND Flash

產品特點:單芯片設計的串行通信方案,引腳少、封裝尺寸小;在同一顆粒上集成了存儲陣列和控制器并帶有內部ECC模塊;擁有38nm及2xnm的成熟工藝制程,未來將繼續研發1xnm先進工藝制程;容量從512Mb到4Gb,3.3V/1.8V兩種電壓;WSON/BGA等多種封裝形式。

(2)PPI NAND Flash

產品特點:高可靠性;容量從1Gb到8Gb,3.3V/1.8V兩種電壓;TSOP48/VFBGA63/VFBGA67等多種封裝方式。

(3)SPI NOR Flash

產品特點:增加DTR傳輸模式;支持Single/Dual/Quad SPI和QPI四種指令模式;容量從32Mb到512Mb,3.3V/1.8V兩種電壓;WLCSP/WSON/SOP等多種封裝方式。

(4)DDR3(L)

產品特點:高傳輸速率以及低工作電壓;具有標準SSTL接口、8n-bit prefetch DDR架構、8個內部bank;容量從1Gb到4Gb,1.5V/1.35V兩種電壓;主流的內存產品。

(5)MCP

產品特點:具有NAND Flash和DDR多種容量組合;Flash和DDR均為低電壓的設計,核心電壓1.8V;DDR包含LPDDR1/LPDDR2兩種規格;合二為一進行封裝,高效集成電路,提高產品穩定性。

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