存儲(chǔ)市場正在醞釀著一場新的風(fēng)暴

據(jù)華爾街日?qǐng)?bào)報(bào)道，知情人士指出，美光科技公司和西部數(shù)據(jù)公司都在有意收購Kioxia Holdings Corp，該交易可能使這家日本半導(dǎo)體公司的估值達(dá)到300億美元左右。

如果達(dá)成這筆交易，也就意味著日本存儲(chǔ)廠商將消失在存儲(chǔ)巨頭行列。

除此之外，此前anandtech的報(bào)道顯示，美光科技表示，公司已停止3D XPoint存儲(chǔ)技術(shù)的所有研發(fā)。而在美光退出后，英特爾就將成為了市場中為數(shù)不多的推進(jìn)3D XPoint發(fā)展的企業(yè)之一。

由此可見，存儲(chǔ)市場正在醞釀著一場新的風(fēng)暴。

新興存儲(chǔ)技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程帶來的變革

存儲(chǔ)器是現(xiàn)代信息系統(tǒng)的關(guān)鍵組件之一，由DRAM與NAND Flash所主導(dǎo)的主導(dǎo)的存儲(chǔ)市場規(guī)模已超過1600億美元。而隨著處理器性能的不斷提升，滿足市場對(duì)速度和容量的需求，打破“存儲(chǔ)墻”的限制，業(yè)界開始試圖突破馮諾依曼架構(gòu)，由此，新興存儲(chǔ)技術(shù)走進(jìn)了市場的視線范圍內(nèi)。

MRAM、RRAM和PCRAM被行業(yè)視為是新興的三大存儲(chǔ)技術(shù)。這些技術(shù)的出現(xiàn)不僅引起了老牌存儲(chǔ)廠商的注意，也吸引了一些新玩家的加入，在他們的共同推進(jìn)之下，近些年來新興存儲(chǔ)技術(shù)也開始逐漸步入商業(yè)化階段。在這個(gè)過程中，新興存儲(chǔ)技術(shù)又為存儲(chǔ)市場又迎來了新一輪的變革。

由于相較于DRAM，PCRAM能夠提供更低的功耗和成本，并且比固態(tài)硬盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器具有更高的性能。由此，也引起了一些廠商的注意。由英特爾和美光聯(lián)合進(jìn)行推出的3D XPoint是一種非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，該技術(shù)也被認(rèn)為是一種基于相變存儲(chǔ)的技術(shù)。雖然，英特爾方面曾否認(rèn)3D XPoint是一種相變存儲(chǔ)器，但PCRAM技術(shù)開始被行業(yè)所注意，著實(shí)有一部分原因是由于英特爾推出了基于3D Xpoint技術(shù)的產(chǎn)品。

3D XPoint作為新興的存儲(chǔ)技術(shù)之一，從他的商業(yè)化進(jìn)程上看，英特爾率先在2017年完成了3D Xpoint的商業(yè)化，推出了傲騰，2019年11月，美光也終于拿出了自己的QuantX。但隨著美光停止對(duì)3D XPoint存儲(chǔ)技術(shù)的研發(fā)，這也就意味著這個(gè)新興存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的玩家少了一位。而英特爾之所以還在執(zhí)著于3D XPoint存儲(chǔ)技術(shù)的開發(fā)，也有一部分原因是因?yàn)樵摷夹g(shù)十分契合數(shù)據(jù)中心的需求，而這也符合英特爾的發(fā)展戰(zhàn)略。而存儲(chǔ)作為英特爾六大技術(shù)之一，發(fā)展新興存儲(chǔ)技術(shù)或可以將英特爾架構(gòu)實(shí)現(xiàn)差異化，從而形成獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

另一值得注意的是MRAM的發(fā)展。行業(yè)認(rèn)為，MRAM除了其具備更好的儲(chǔ)存效能外，更重要的是，現(xiàn)今的處理器（CPU）制程不停朝微縮化邁進(jìn)，以因應(yīng)高速運(yùn)算需求。因此，MRAM獲得了很多廠商的關(guān)注，在這個(gè)過程當(dāng)中也產(chǎn)生了一些變體，包括STT-MRAM、SOT-MRAM等 。在MRAM的發(fā)展過程當(dāng)中，臺(tái)積電、三星和GlobalFoundries等幾家晶圓代工廠商的加入也被行業(yè)視為是內(nèi)存市場的一次巨大轉(zhuǎn)變。

但根據(jù)去年IEDM會(huì)議中的一些文件顯示，雖然MRAM技術(shù)被業(yè)界所看好，但從商業(yè)化推進(jìn)上看，其在發(fā)展的道路仍充滿挑戰(zhàn)。由此，或許我們可以將之理解成為，在MRAM推進(jìn)商業(yè)化的過程當(dāng)中，市場也會(huì)對(duì)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行一次大浪淘沙。

主流存儲(chǔ)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

新興存儲(chǔ)技術(shù)為存儲(chǔ)市場注入了新力量，在新技術(shù)迭代的過程當(dāng)中，老牌存儲(chǔ)巨頭不僅要面臨著新技術(shù)的開發(fā)，也要直面現(xiàn)有主流存儲(chǔ)技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的難題。

在目前諸多主流存儲(chǔ)當(dāng)中，尤屬3D NAND的發(fā)展受到了業(yè)界的關(guān)注。在存儲(chǔ)巨頭們的不斷推進(jìn)之下，他們?cè)?020年紛紛將3D NAND推進(jìn)至128層以后，SK海力士及美光等企業(yè)又跑步進(jìn)入到了176層。eetimes Japan的報(bào)道中指出，存儲(chǔ)廠商們將在2021年開始大規(guī)模生產(chǎn)2020年所推出的新產(chǎn)品。而更新的下一代的生產(chǎn)將在2021年底和2022年初開始，也就是說2022年，存儲(chǔ)巨頭們將開始批量生產(chǎn)160層到192層產(chǎn)品。而到了2023年，市場中將出現(xiàn)具有200層以上的超高層3D NAND閃存。

在3D NAND飛速發(fā)展的過程中，如何進(jìn)一步提高3D NAND閃存密度成為了市場關(guān)注的焦點(diǎn)，存儲(chǔ)廠商們通常都采用堆疊外圍電路和存儲(chǔ)單元陣列相關(guān)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。其中，美光科技與英特爾的聯(lián)盟率先實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，接著，SK海力士和長江存儲(chǔ)也采用了類似的方法。

具體來看，英特爾和美光采用的方式被稱作是 CUA（CMOS Under Array），該技術(shù)也被稱為是浮柵方法特有的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以將大多數(shù)NAND芯片的外圍電路置于存儲(chǔ)單元的垂直堆棧之下，而不是并排放置。據(jù)ISSCC 2021上的消息顯示，這種改變節(jié)省了大量的裸片空間，并允許將超過90％的裸片面積用于存儲(chǔ)單元陣列。除此之外，其他公司都采用了電荷陷阱（CT）的技術(shù)。SK 海力士率先實(shí)現(xiàn)了這種存儲(chǔ)技術(shù)的商業(yè)化，其所推出的技術(shù)被稱為“PUC（Periphery Under Cell）。eetimes Japan的報(bào)道稱，盡管名稱不同，但它與CUA基本上是相同的技術(shù)。

（用于堆疊3D NAND閃存和存儲(chǔ)單元陣列的外圍電路的技術(shù)概念圖。左邊是“ CUA”，中間是“ PUC”，右邊是“Xtacking”。來源：FMS 2020講義“技術(shù)趨勢(shì)：NAND和新興內(nèi)存”的講）

而隨著去年十月英特爾以90億美元的價(jià)格將其NAND存儲(chǔ)器業(yè)務(wù)出售給SK海力士，浮柵NAND或?qū)⒆呦虮M頭（此前美光也采用的是浮柵技術(shù)，但在向176層發(fā)展的過程中，美光將 NAND單元技術(shù)從傳統(tǒng)的浮動(dòng)?xùn)艠O過渡到電荷陷阱）。同時(shí)，由于 CUA技術(shù)與SK海力士的PUC技術(shù)還存在著一定的差異，所以浮柵NAND或?qū)⒚媾R著退出NAND的舞臺(tái)——該報(bào)道還稱，SK海力士宣布他們將繼續(xù)為未來的兩到三代開發(fā)浮柵技術(shù)，但是并不排除公司將為放棄浮柵技術(shù)做準(zhǔn)備。

除此之外，還需要提到的是本土廠商長江存儲(chǔ)所推出的3D Xtacking架構(gòu)，借以此本土存儲(chǔ)廠商也邁入了一個(gè)新的臺(tái)階，成為了存儲(chǔ)市場當(dāng)中不可忽視的一股新力量。而其所推出的Xtacking也是一種有別于SK海力士技術(shù)之外的另一個(gè)發(fā)展路線——Xtacking架構(gòu)，其將外圍電路置于存儲(chǔ)單元之上（這與SK海力士所推出4D閃存技術(shù)正相反），從而實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)3D NAND更高的存儲(chǔ)密度。曾有報(bào)道評(píng)價(jià)這兩種技術(shù)稱，長江存儲(chǔ)的Xtacking更強(qiáng)調(diào)存儲(chǔ)密度和高速的I/O，而SK海力士的4D閃存更強(qiáng)調(diào)集成度和成本。

eetimes Japan的報(bào)道還稱，三星電子和Kioxia-Western Digital聯(lián)盟有望在未來的產(chǎn)品中采用與CUA和PUC類似的技術(shù)。它將成為整個(gè)3D NAND閃存行業(yè)的通用技術(shù)。

除此之外，3D NAND也在面臨著從TLC向QLC轉(zhuǎn)變，這種方式也被視為是實(shí)現(xiàn)3D NAND成本降低的一種辦法。

據(jù)相關(guān)報(bào)道顯示，QLC技術(shù)于2018年開始商業(yè)化生產(chǎn)。從理論上講，存儲(chǔ)單元陣列的存儲(chǔ)密度可以是TLC的1.33倍，每存儲(chǔ)容量的制造成本將降低25％。eetimes Japan的報(bào)道中指出，TLC過渡到QLC預(yù)計(jì)將花費(fèi)大約7到8年的時(shí)間，QLC方法最終將成為比特轉(zhuǎn)換的主流。在2021年，按位計(jì)算，QLC方法將占NAND閃存的15％左右。預(yù)計(jì)到2025年，QLC方法將在比特轉(zhuǎn)換中占據(jù)約50％的比例。除此之外，還有一種“ PLC（五級(jí)存儲(chǔ)單元）”技術(shù)，可將5位存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)單元中。

與此同時(shí)，隨著堆疊層數(shù)的增加，存儲(chǔ)原廠將不得不面對(duì)越來越復(fù)雜、昂貴的工藝。因此，存儲(chǔ)巨頭也要面臨著存儲(chǔ)產(chǎn)品在工藝上挑戰(zhàn)。在這個(gè)過程當(dāng)中，EUV開始被存儲(chǔ)廠商們引入到他們新產(chǎn)品的產(chǎn)線中，這也成為了存儲(chǔ)巨頭們?cè)陂_發(fā)新技術(shù)過程中的一個(gè)競爭點(diǎn)。

從存儲(chǔ)巨頭在EUV產(chǎn)線的布局上看，據(jù)相關(guān)報(bào)道顯示，隨著三星DRAM導(dǎo)入EUV工藝，SK海力士內(nèi)部也已經(jīng)成立了研究小組專門針對(duì)EUV光刻相關(guān)技術(shù)展開研究，并計(jì)劃將其應(yīng)用于最新的DRAM產(chǎn)線，有望在新建成的韓國利川M16工廠引入應(yīng)用，或者跟M14一樣是NAND Flash和DRAM的混合生產(chǎn)工廠，最終投產(chǎn)還將根據(jù)市場情況和技術(shù)發(fā)展而定。

另外，根據(jù)SK海力士CEO李錫熙此前在IEEE國際可靠性物理研討會(huì)（IRPS）所公布的SK海力士產(chǎn)品的未來計(jì)劃來看，他們將采用EUV光刻生產(chǎn)的DRAM和600層堆疊的3D NAND。

產(chǎn)能的角力

除了在技術(shù)上較勁之外，各大存儲(chǔ)廠商在產(chǎn)能上也展開了競速。

從最新的公開消息顯示，日前韓國已向SK海力士的120萬億韓元（合1，060億美元）項(xiàng)目的新建項(xiàng)目授予最終批準(zhǔn)，新項(xiàng)目選址在在首爾以南約50公里的龍仁市。而龍仁將作為DRAM和SK海力士的下一代存儲(chǔ)芯片的基地。另外，據(jù)SK hynix稱，位于首都以南137公里處的清州將成為NAND閃存芯片中心。針對(duì)SK海力士在韓國的布局，韓國方面則表示，最新的投資有望緩解全球市場的供應(yīng)短缺。該部補(bǔ)充說：“由于芯片產(chǎn)業(yè)是該國出口的關(guān)鍵支柱，政府將不遺余力地解決整個(gè)項(xiàng)目中的任何潛在問題，以便于今年開始按計(jì)劃開始建設(shè)?！?/p>

三星方面，根據(jù)韓國媒體的報(bào)道顯示，三星電子正在加大對(duì)半導(dǎo)體的投資，并加快設(shè)備安裝速度。三星將在第1季度將平澤第2工廠的DRAM產(chǎn)能從最初計(jì)劃的3萬片/月提高到4萬片/月。因此，平澤2號(hào)工廠的追加投資將使三星2021年DRAM產(chǎn)能從6萬片擴(kuò)大到7萬片。另外據(jù)此前的消息顯示，三星西安（中國）12英寸閃存芯片二期第二階段項(xiàng)目也將正式開工，公司將投資80億美元用于新建工廠，預(yù)計(jì)于2021年下半年竣工，這也將保障三星在存儲(chǔ)產(chǎn)能上的供給。

國內(nèi)方面，據(jù)日經(jīng)亞洲評(píng)論援引未具名消息人士的話報(bào)道稱，，長江存儲(chǔ)計(jì)劃今年把產(chǎn)量提高一倍，計(jì)劃到下半年將每月的存儲(chǔ)芯片產(chǎn)量提高到10萬片晶圓，約占全球總產(chǎn)量的7%。這將有助于該公司縮小與全球先進(jìn)制造商之間的差距。另外，該報(bào)道還稱，長江存儲(chǔ)還將準(zhǔn)備試產(chǎn)192層NAND閃存芯片，最快將于2021年中試產(chǎn)，不過該試產(chǎn)計(jì)劃可能會(huì)推遲至2021下半年。

由這種市場情況所現(xiàn)，我們看到存儲(chǔ)廠商之間的競爭愈加激烈，有些技術(shù)將在更迭之下逐漸退出了存儲(chǔ)市場的舞臺(tái)，由此也引發(fā)了存儲(chǔ)市場發(fā)生一些變化。另一方面，為了搶奪更多的市場份額，各大存儲(chǔ)廠商也在產(chǎn)能上開始進(jìn)行角逐。而在這些因素的共同作用下，存儲(chǔ)市場也開始了新一輪的變革。

責(zé)任編輯：lq