NAND Flash和DRAM的强劲需求对存储芯片供应商来说将会变得前景可期,传闻近期长江存储计划跳过原定192层技术挑战232层NAND且计划2022年底量产。该计划已经超越了铠侠和三星分别于今年计划推出的162层、224层NAND。这则消息对于中国本土半导体而言无疑是振奋的好消息,但目前国内的存储芯片技术是否真正能支撑得住呢?

在半导体市场需求旺盛的引领下,去年全球半导体市场高速增长。根据WSTS统计,2021年全球半导体销售达到5559亿美元,同比增长26.2%。中国仍然是最大的半导体市场,2021年的销售额总额为1925亿美元,同比增长27.1%。其中,逻辑IC、模拟IC、传感器及存储IC市占及需求稳健提升。所以,中国存储IC市场未来可期。

但是,有市场仅是前提,紧随其后的是芯片设计和生产。从产能角度而言,根据IC Insights今年5月公布的数据显示,去年国内芯片产量只占其销售总额的不到20%。在去年国内制造的312亿美元IC中,半导体企业总部位于中国的仅占123亿美元(39.4%)。台积电、SK海力士、三星、英特尔、联华电子等其他在中国拥有的晶圆厂生产了其余的芯片。因此,中国存储IC必须克服设计和制造工艺上的不足才能够获取有力市场份额。

以DRAM为例。据OFweek电子工程网编辑了解,国外三大存储芯片供应商美光、SK海力士和三星就凭借先进的制造设备和设计工艺去年贡献了全球DRAM市场94%的市场份额,其中仅韩国SK海力士和三星就完全碾压其他对手占据全球DRAM销售额的71.3%。

国内外存储“芯片”两大阵营:DRAM和NAND Flash

图1:三星、美光、SK海力士、南亚、力积电和长鑫存储等市场企业的DRAM路线图。图片来源/TechInsights

国内存储IC原厂如何赶上?从2020年上半年开始,存储大厂的博弈继续加剧。三星于该年10月率先使用极紫外光刻机(EUV)技术生产14nm DRAM。SK海力士紧随其后,在2021年通过EUV生产10nm DDR5 DRAM。美光预计2024年采用EUV技术生产DRAM。反之,长鑫存储、南亚科技、华邦电子的生产工艺可能介于20nm及以上。与前者相比,后者尚处于“追赶期”。

另外,值得一提的是,国内DRAM制造商长鑫存储利用新技术工艺推出的DRAM产品已经与国际主流产品接轨并参与竞争。

目前,从“芯片”阵营上划分,国外DRAM原厂主要以韩国三星和SK海力士、美国的美光为主;中国本土存储芯片原厂DRAM主要是长鑫存储、南亚科技、力积电、华邦电子,而福建晋华DRAM芯片尚未取得进展。

接下来是NAND Flash主题。从目前来看,国外NAND Flash主要厂商主要是:韩国三星和SK海力士;美国的美光、西部数据、英特尔;及日本的铠侠;中国本土则是长江存储、武汉新芯、台湾旺宏电子为主。

图2:三星、铠侠/WD、SK海力士、美光、长江存储和旺宏电子等市场企业的3D NAND路线图。图片来源/TechInsights

这些主要的NAND芯片制造商正在为生产大容量存储芯片而竞相角逐3D NAND。如三星推出的176层、铠侠/西部数据162层、美光176层、SK海力士176层的3D NAND。

面对竞争白热化的3D NAND,国产NAND企业也是不甘示弱!在去年,长江存储128层Xtacking TLC和QLC产品已经上市。旺宏电子(MXIC)还宣布了他们的第一个48层3D NAND原型,将于2022年底或2023年初量产。

总体而言,一方面对手利用快速技术迭代抢食存储市场的步伐一直不停歇,一方面本土国产存储芯片厂商面临从制造设备、工艺设计等多重阻力,欲赶超对手尚需时间和技术创新。

针对如此,在中国仍是全球最大的半导体市场中,中国本土存储芯片厂商如何逆势突围?如何依靠国产替代优势抢占份额,又有何利用NAND等主流芯片进行市场布局?这应是当下国内存储供应链企业重点思考的问题。

2022年6月22日,由OFweek电子工程网举办的“OFweek2022(第二期)工程师系列在线大会——半导体技术在线会议”即将召开,本次会议出席的重量演讲嘉宾之一的东芯半导体股份有限公司(以下简称“东芯半导体”)副总经理陈磊将为大家带来主题为《存储芯时代下的主流与新序》。该议题将重点阐述半导体市场环境及趋势、国产替代主流趋势及存储行业新次序下的本土存储厂商的突围之路。

东芯半导体:聚焦中小容量NAND、NOR、DRAM存储芯

存储芯片设计公司东芯半导体成立于2014年,专注于中小容量存储芯片设计研发,主要产品业务涉及NAND、NOR、DRAM、MCP四大版块。其产品广泛应用于5G通信、物联网终端、消费电子、工业和汽车电子产品等领域。

自成立以来,东芯半导体即致力于实现本土存储芯片的技术突破,通过统一底层设计、功能性可变式的研发架构,构建了强大的设计电路图及封装测试的数据库,实现了芯片设计、制造工艺、芯片设计、封装测试等环节全流程的掌控能力,并拥有完全自主知识产权。公司设计研发并量产的24nmNAND、48nmNOR均为国内目前领先的NAND、NOR工艺制程。

东芯半导体凭借以低功耗、高可靠性为特点的多品类存储芯片产品及在工艺制程及性能等方面出色的表现,产品不仅在高通、博通、联发科、紫光展锐、中兴微、瑞芯微、北京君正、恒玄科技等多家知名平台厂商获得认证,同时已进入三星电子、海康威视、歌尔股份、传音控股、惠尔丰等国内外知名客户的供应链体系,被广泛应用于通讯设备、安防监控、可穿戴设备、移动终端等终端产品。

该公司主要产品为非易失性存储芯片NAND Fash、NOR Fash;易失性存储芯片DRAM以及衍生产品MCP。在此次在线活动上,东芯半导体将展示多款各类型存储芯片,如下。

(1)SPI NAND Flash

产品特点:单芯片设计的串行通信方案,引脚少、封装尺寸小;在同一颗粒上集成了存储阵列和控制器并带有内部ECC模块;拥有38nm及2xnm的成熟工艺制程,未来将继续研发1xnm先进工艺制程;容量从512Mb到4Gb,3.3V/1.8V两种电压;WSON/BGA等多种封装形式。

(2)PPI NAND Flash

产品特点:高可靠性;容量从1Gb到8Gb,3.3V/1.8V两种电压;TSOP48/VFBGA63/VFBGA67等多种封装方式。

(3)SPI NOR Flash

产品特点:增加DTR传输模式;支持Single/Dual/Quad SPI和QPI四种指令模式;容量从32Mb到512Mb,3.3V/1.8V两种电压;WLCSP/WSON/SOP等多种封装方式。

(4)DDR3(L)

产品特点:高传输速率以及低工作电压;具有标准SSTL接口、8n-bit prefetch DDR架构、8个内部bank;容量从1Gb到4Gb,1.5V/1.35V两种电压;主流的内存产品。

(5)MCP

产品特点:具有NAND Flash和DDR多种容量组合;Flash和DDR均为低电压的设计,核心电压1.8V;DDR包含LPDDR1/LPDDR2两种规格;合二为一进行封装,高效集成电路,提高产品稳定性。

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