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反制国外技术垄断,中国半导体公司攻克关键存储技术

2019-09-04 04:55发布

导读 : 紫光集团旗下长江存储在IC China 2019前夕宣布,公司已开始量产基于Xtacking架构的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存,以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求;同时,宣告打破几家国外厂商高度垄断的行业格局。

首发Nand-flash 芯片

9月2日 紫光集团旗下长江存储在IC China 2019前夕宣布,公司已开始量产基于Xtacking架构的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存,以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。Nand-flash存储器是flash存储器的一种,为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash存储器具有容量较大,改写速度快等优点,适用于大量数据的存储,因而在业界得到了越来越广泛的应用,如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。

作为中国首款64层3D NAND闪存,该产品将亮相IC China 2019紫光集团展台。


长江存储64层3D NAND闪存是全球首款基于Xtacking架构设计并实现量产的闪存产品,拥有同代产品中最高的存储密度。Xtacking可实现在两片独立的晶圆上分别加工外围电路和存储单元,这样有利于选择更先进的制造工艺。当两片晶圆各自完工后,Xtacking技术只需一个处理步骤就可通过数十亿根垂直互联通道(VIA)将两片晶圆键合。相比传统3D NAND闪存架构,Xtacking可带来更快的I/O传输速度、更高的存储密度和更短的产品上市周期。

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。”程卫华还提到,“随着5G,人工智能和超大规模数据中心时代的到来,闪存市场的需求将持续增长。长江存储64层3D NAND闪存产品的量产将为全球存储器市场健康发展注入新动力

肩负中国NAND Flash破局重任

过去几年,因为存储产品的大幅涨价,让大家正式认识到存储的重要性,但这是一个被几家厂商高度垄断,而中国几近空白的市场。

据资料显示,三星,镁光、SK海力士和东芝等几家厂商几乎垄断了全球的NAND Flash市场供应,其中三星多年位居龙头。

长江存储就是为了打破这个局面而生的。

从无到有,长江存储是中国第一艘冲破国际巨头垄断的存储基地,堪称中国集成电路产业向空白地带探索的一艘航空母舰。2016年7月,由紫光集团、国家集成电路产业投资基金、湖北省集成电路产业投资基金、湖北科投在武汉新芯的基础上组建长江存储。其中紫光集团出资197亿元,占股51.04%,从而对长江存储形成控股。作为一家集芯片设计、工艺研发、晶圆生产与测试、销售服务于一体的半导体存储器企业,长江存储为全球客户提供先进的存储产品和解决方案,广泛应用在移动通信,计算机,数据中心和消费电子等领域。长江存储以武汉新芯现有的12英寸先进集成电路技术研发与生产制造能力为基础,采取自主研发与国际合作双轮驱动的方式,已于2017年研制成功了中国第一颗3D NAND闪存芯片,填补了国内空白。公司3座全球单座洁净面积最大的3D NAND Flash FAB厂房、1座总部研发大楼和其他若干配套建筑,核心厂区占地面积约1717亩,预计项目建成后总产能将达到30万片/月,2023年年产值达1000亿人民币。

半导体存储行业风云史

最早的存储芯片是DRAM芯片 仅有1Kbit , 是Intel于1970年10月,推出了,售价10美元(相当于今天的60美元),标志着DRAM内存时代的到来。到1974年,英特尔占据了全球82.9%的DRAM市场份额。1973年,德州仪器开始对Intel的内存芯片进行反向工程,仿制并研发出自己的产品,4Kb DRAM,成本更低,行业竞争开始加剧。与此同时,几个德州仪器的人成立的公司Mostek于1976年推出了更便宜的16Kb DRAM,击败Intel,一下子占据全球75%的市场。1978年,又有几个Mostek的工程师在地下室创办了后来大名鼎鼎的美光科技(Micron),生产64Kb DRAM。今天的美光是全球最大的半导体储存及影像产品制造商之一,世界500强。

美国内企业打得火热的时候,真正的敌人却在大洋彼岸崛起。80年代初,日本公司进入了DRAM产业,靠着大量低成本廉价倾销,直接给了美国公司致命一击。其结果是Intel持续亏损,在生死存亡之际靠CPU翻身。Mostek以3.45亿美元(还是挺多钱的)卖给了UTC,后来转投意法半导体门下,美光靠着政府帮助活了下来。

为什么日本能在这么短的时间内崛起为世界第一,美国公司的帮助功不可没。在朝鲜战争后,美国为了拉拢日本对抗苏联,给日本转移了很多尖端技术,比如电视机、收音机、录音机、计算器、电冰箱、洗衣机等,现在有名的日立、三菱、东芝、NEC、松下、三洋、富士通、索尼、夏普等都是靠这时候的廉价专利技术兴起的。这个时期的日本,跟今天的中国一样很重视产业升级,组织了庞大的资金池和技术攻关队伍,对关键半导体技术进行攻关。不仅如此,日通过市场换技术的伎俩,引诱美国公司来日本投资,1968年4月,由日本索尼社长井深大出面,与德州仪器董事长哈格蒂(P.E.Haggerty)签署协议,双方各占股50%,设立合资公司。

日本在仿制美国先进技术的道路上,优先选择了利润高的,容易量产的DRAM方向。于是,开始投入巨资和人力研发更大容量DRAM,最终的结局就是,日本DRAM质量好,容量大,价格还便宜,美国企业望尘莫及。1982年,日本成为全球最大的DRAM生产国。原来价格虚高的DRAM内存模块,价格暴降了90%。一颗两年前还卖100美元的64K DRAM存储芯片,现在只要5美元就能买到了,日本厂商还能赚钱。美国企业由于芯片成品率低、成本高,根本无法与日本竞争,因此陷入困境,而且由于DRAM价格暴跌,美国公司都没钱研发更先进的DRAM,纷纷退出该行业。日本自然成了DRAM霸主,占有90%的市场。

不过好景不长,因为美国公司的利益受损,美国政府开始对日本进行反倾销审查,制定各种打压政策。而且,一旦进入到了大规模生产阶段,量产导致了价格战,80年代末,DRAM价格大跌,日本公司纷纷进入亏损状态,同时,日本房地产景气,资金脱实向虚,导致研发资金不足,新品大大减少。

日本人炒房正疯狂时, 韩国却偷偷地对DRAM 下手了。韩国公司疯狂投资研发DRAM,1992年,韩国三星坐上全球DRAM头号交椅。此时,日本已经在这条赛道上完全丧失了竞争优势,穷途末路的日本DRAM企业纷纷退出市场,1999年,剩下的NEC、日立、三菱DRAM部门合并成了一家尔必达,CEO坂本幸雄2002年赴任后,投入巨资建设新厂,好不容易开始赚钱,结果遭遇了2008年全球金融危机,尔必达之后每年巨额亏损,政府贷款也打了水漂,2012年无奈破产,被美光收购。美光一接手,DRAM开始大涨,直到今天。日本再无DRAM,唯一幸存的是东芝的NAND Flash业务,不过东芝也已经满头包了,最近准备卖掉闪存业务还债了。

再将目光投向韩国,此时是一番完全不同的景象。1974年,美国摩托罗拉公司的韩裔半导体工程师姜基东博士,回到韩国海归创业,后来被并入三星,直到1977年,三星完全收购该公司,变成三星半导体。1983年,三星创始人李秉喆筹措了1.33亿美金开发DRAM,从奄奄一息的美光半导体陆续买到64Kb和256Kb DRAM的技术,但是仍然缺乏生产设备,因为日本拒绝对韩国技术转让。 三星最终如愿以偿,因为他们找到了个漏洞:在日本,夏普被归类为消费电子公司,不是半导体企业,于是三星从夏普顺利地购买到了半导体生产设备,顺手挖了很多美国的韩裔工程师搞技术攻关,最终开始量产DRAM。

三星的DRAM量产是以亏损开始,1985年后,DRAM价格大跌,三星的成本比价格还高,1986年累计亏损3亿美金。靠美国的贸易政策帮忙,才让三星1987年实现盈利。韩国政府的产业资本也支持三星研发4Mb DRAM,并为1.1亿美金研发经费提供了57%的资金。1989年量产4Mb DRAM后,三星最终走到了世界DRAM的技术前沿。

与此同时,韩国现代、LG、大宇等其他四大财团也陆续投入巨资进入DRAM产业,1982年至1986年间,韩国四大财团在DRAM领域,进行了超过15亿美元的疯狂投资,相当于同期台湾投入的10倍。日本人为了和韩国企业竞争,以韩国DRAM成本一半的价格出售,但是,韩国企业扛住了这轮攻击,还追加投资,同时借助美国的反倾销,反而让日本公司玩不下去。1992年,韩国三星超越日本NEC,首次成为世界第一大DRAM内存制造商,并在其后连续蝉联了25年世界第一。1992年,三星领先日本,推出世界第一个64Mb DRAM产品。从此,韩国在技术上领先日本。

现在,中国也意识到DRAM和闪存芯片的战略意义,尤其是前段日期的内存价格飞涨,所以投入大量资本进入存储芯片产业。紫光集团宣布投资240亿美元,在武汉建设长江存储生产闪存芯片,计划2018年月产能20万片,2020年月产能30万片,2030年月产能100万片。投资300亿美元,在江苏南京投资建设半导体存储基地,一期投资100亿美元,建成月产能10万片,主要生产3D闪存、DRAM芯片。福建晋华集团与台湾联华电子合作,一期投资370亿元,在晋江建设12英寸晶圆DRAM厂,计划2018年月产能6万片, 2025年月产能24万片。合肥长鑫投资494亿(72亿美元),2018年建成月产能12.5万片。但愿未来,中国能取代韩国,崛起为半导体存储行业的龙头老大。

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