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新一代存储芯片竞争正酣,中国应如何做?

0将进一步提升NAND的吞吐速率、提升系统级存储的综合性能、开启定制化NAND全新商业模式等。
发布时间:2019-11-08 10:10        来源:中国电子报        作者:陈炳欣

近期,美光、三星、SK海力士、英特尔等多数存储厂商开始看好明年市场复苏前景,纷纷加大新技术工艺的推进力度,希望在新一轮市场竞争中占据有利地位。专家指出,随着云计算、人工智能对数据运算能力提出越来越严苛的要求,DRAM与NAND的存储能力正在成为瓶颈,开发新一代存储芯片将成为全球各大存储厂商角力焦点。

市场:多数存储厂商看好明年前景

根据集邦咨询发布的数据,第三季度DRAM市场价格已经扭转了原先的跌势,转为持平,其中8月DRAM合约价与前月持平,DDR4 8GB均价达到25.5美元。至于NAND闪存市场,上季度便已扭转了下滑的态势。在智能手机、笔记本电脑以及服务器等需求面皆有所复苏的情况下,NAND闪存市场已经摆脱此前一直出现的“跌跌不休”态势,出现转机。多数存储厂商均已开始看好明年市场的复苏前景。

在此情况下,美光、三星、SK海力士、英特尔等纷纷加大新技术工艺的推进力度,试图通过新旧世代的产品交替克服危机,并在新一轮市场竞争中占据有利地位。

技术升级一向是存储芯片公司间竞争的主要策略。半导体专家莫大康指出,存储芯片具有高度标准化的特性,且品种单一,较难实现产品的差异化。这导致各厂商需要集中在工艺技术和生产规模上比拼竞争力。因此,每当市场格局出现新旧转换,厂商往往打出技术牌,以期通过新旧世代产品的改变,提高产品密度,降低制造成本,取得竞争优势。

技术:3D堆叠vs工艺微缩

3D化是当前NAND闪存引领发展的主要趋势,各NAND闪存大厂都在3D 堆叠上加大研发力度,尽可能提升闪存的存储密度。三星的第一代3D V-NAND只有24层,第二代为32层,随后是48层……目前市场上的主流3D NAND产品为64层。今年8月三星电子再次宣布实现第六代超过100层的3D NAND 闪存量产。

美光科技也于近期宣布流片128层的3D NAND,并有望于2020年生产商用化的3D NAND。在近日召开的“Mircon Insight2019”技术大会上,美光科技执行副总裁兼首席商务官Sumit Sadana表示,128层3D NAND如果被广泛使用,将大大降低产品每比特成本。

SK海力士于年初宣布将投资大约1.22万亿韩元用于存储芯片的开发和生产。SK海力士目前的主流3D NAND闪存为72层。SK海力士表示,下一代3D NAND堆叠层数将超过90层,再下一个阶段为128层,到了2021年会超过140层。

与NAND闪存不同,因为DRAM比较难堆叠芯片层数,所以制造商大多只能以减少电路间距的方式,提高性能效率。拉近电路距离的好处包含提高信号处理速度、降低工作电压,以及增加每个硅片的DRAM产量。这也是各大制造商展开纳米竞争的缘由。

据报道,SK海力士在成功开发第二代10纳米级工艺(1y nm)11个月后,近日再度取得新进展,成功开发出第三代10纳米级工艺(1z nm)的16G DDR4 DRAM。SK海力士 DRAM开发与业务主管Lee Jung-hoon表示:“1z nm DDR4 DRAM提供了业界最高的密度、速度和能效,使其成为高性能、高密度DRAM客户适应不断变化的需求的最佳选择。”10纳米级的DRAM制程分为1代(1x)、2代(1y)与3代(1z)。1z nm生产效率比前一代高出27%,SK海力士将于明年开始量产并全面交付。

除SK海力士外,三星电子、美光也已成功实施1z工程。三星电子于3月完成1z DRAM的开发,并从9月开始量产。而且三星电子还表示将于今年年底前引入极紫外光(EUV)光刻技术。美光也在今年8月宣布开发1z工艺的16Gb DDR4。目前,美光已经开始量产1z nm的16Gb DDR4,密度更高,功耗降低了40%。

焦点:新一代存储芯片开始量产

云计算与人工智能对数据的运算能力提出越来越严苛的要求,DRAM与NAND的存储能力正在成为瓶颈,越来越多的新一代存储芯片被开发出来。因此,新一代存储芯片的布局与开发也成为各大存储公司角力的焦点。

“Mircon Insight2019”技术大会上,美光科技正式宣布推出了基于3D XPoint技术的超高速SSD硬盘X100。这是美光产品系列中首款面向数据中心的存储和内存密集型应用程序的解决方案,利用新一代3D XPoint存储技术,在内存到存储的层次结构中引入新的层级,具有比DRAM更大的容量和更好的持久性,以及比NAND更高的耐用度和更强性能。

美光执行副总裁兼首席商务官 Sumit Sadana 表示:“美光是全球为数不多的DRAM、NAND和 3D XPoint解决方案垂直整合提供商,该产品将继续推动我们的产品组合向更高价值的解决方案发展,从而加速人工智能能力发展、推动更快的数据分析,并为客户创造新的价值。”

三星则重点发展新一代存储技术MRAM。今年年初,三星宣布量产首款可商用的eMRAM产品。三星计划年内开始生产1G容量的eMRAM测试芯片,采用基于FD-SOI的28nm工艺。

三星代工市场副总裁Ryan Lee表示:“在克服新材料的复杂挑战后,我们推出了嵌入式非易失性存储器eMRAM技术,并通过eMRAM与现有成熟的逻辑技术相结合,三星晶圆代工继续扩大新兴的非易失存储器工艺产品组合,以满足客户和市场需求。”

台积电同样重视下一代存储器的开发。2017年台积电技术长孙元成首次透露,台积电已开始研发eMRAM和eRRAM,采用22nm制程。这是台积电应对物联网、移动设备、高速运算电脑和智能汽车等四领域所提供效能更快速和耗电更低的新存储器。

台积电共同执行长刘德音日前在接受媒体采访时表示,台积电不排除收购一家存储器芯片公司,再次表达了对下一代存储技术的兴趣。

中国:争当与产业共进“贡献者”

目前,中国半导体厂商也在积极发展存储芯片事业。考虑到国际存储大厂仍在不断垒高技术门槛,中国的存储事业仍有很长一段路要走,技术与创新将是成败的关键。

对此,莫大康曾经指出,考虑到整个产业形势,在未来相当长的一段时间内,中国存储产业必须是一个踏踏实实的“跟随者”与“学习者”,同样又要争当一个与产业共同进步的“贡献者”。

2018年,长江存储在FMS(闪存技术峰会)上首次公开了自主研发的Xtacking架构,荣获当年“Best of Show”奖项。它可在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路,这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑工艺,让NAND获取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。

今年9月,长江存储宣布量产采用Xtacking架构的64层3D NAND。长江存储联席首席技术官、技术研发中心高级副总裁程卫华表示:“通过将Xtacking架构引入批量生产,能够显著提升产品性能,缩短开发周期和生产制造周期,从而推动高速大容量存储解决方案市场的快速发展。”长江存储还宣布正在开发下一代Xtacking2.0技术,Xtacking 2.0将进一步提升NAND的吞吐速率、提升系统级存储的综合性能、开启定制化NAND全新商业模式等。

今年9月,合肥长鑫在2019世界制造业大会上,宣布DRAM内存芯片投产。合肥长鑫现场展示了8Gb DDR4芯片,采用19nm(1x)工艺生产,和国际主流DRAM工艺基本保持同步。长鑫存储董事长兼首席执行官朱一明表示,8Gb DDR4通过了多个国内外大客户的验证,今年年底正式交付,另有一款供移动终端使用的低功耗产品也即将投产。

不过,中国存储芯片产业仍然处于刚起步阶段。根据集邦咨询的评估,2020年中国存储产量只相当于全球产能的3%。要想发展壮大,在国际市场中发挥影响力,自立自强始终是企业成败的关键。

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