存儲市場的新變數_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2021-04-05 18:17
據華爾街日報報道，知情人士指出，美光科技公司和西部數據公司都在有意收購Kioxia Holdings Corp，該交易可能使這家日本半導體公司的估值達到300億美元左右。
如果達成這筆交易，也就意味着日本存儲廠商將消失在存儲巨頭行列。
除此之外，此前anandtech的報道顯示，美光科技表示，公司已停止3D XPoint存儲技術的所有研發。而在美光退出後，英特爾就將成為了市場中為數不多的推進3D XPoint發展的企業之一。
由此可見，存儲市場正在醖釀着一場新的風暴。
新興存儲技術商業化進程帶來的變革
存儲器是現代信息系統的關鍵組件之一，由DRAM與NAND Flash所主導的主導的存儲市場規模已超過1600億美元。而隨着處理器性能的不斷提升，滿足市場對速度和容量的需求，打破“存儲牆”的限制，業界開始試圖突破馮諾依曼架構，由此，新興存儲技術走進了市場的視線範圍內。
MRAM、RRAM和PCRAM被行業視為是新興的三大存儲技術。這些技術的出現不僅引起了老牌存儲廠商的注意，也吸引了一些新玩家的加入，在他們的共同推進之下，近些年來新興存儲技術也開始逐漸步入商業化階段。在這個過程中，新興存儲技術又為存儲市場又迎來了新一輪的變革。
由於相較於DRAM，PCRAM能夠提供更低的功耗和成本，並且比固態硬盤和硬盤驅動器具有更高的性能。由此，也引起了一些廠商的注意。由英特爾和美光聯合進行推出的3D XPoint是一種非易失性存儲技術，該技術也被認為是一種基於相變存儲的技術。雖然，英特爾方面曾否認3D XPoint是一種相變存儲器，但PCRAM技術開始被行業所注意，着實有一部分原因是由於英特爾推出了基於3D Xpoint技術的產品。
3D XPoint作為新興的存儲技術之一，從他的商業化進程上看，英特爾率先在2017年完成了3D Xpoint的商業化，推出了傲騰，2019年11月，美光也終於拿出了自己的QuantX。但隨着美光停止對3D XPoint存儲技術的研發，這也就意味着這個新興存儲技術領域的玩家少了一位。而英特爾之所以還在執着於3D XPoint存儲技術的開發，也有一部分原因是因為該技術十分契合數據中心的需求，而這也符合英特爾的發展戰略。而存儲作為英特爾六大技術之一，發展新興存儲技術或可以將英特爾架構實現差異化，從而形成獨特的優勢。
另一值得注意的是MRAM的發展。行業認為，MRAM除了其具備更好的儲存效能外，更重要的是，現今的處理器(CPU)製程不停朝微縮化邁進，以因應高速運算需求。因此，MRAM獲得了很多廠商的關注，在這個過程當中也產生了一些變體，包括STT-MRAM、SOT-MRAM等 。在MRAM的發展過程當中，台積電、三星和GlobalFoundries等幾家晶圓代工廠商的加入也被行業視為是內存市場的一次巨大轉變。
但根據去年IEDM會議中的一些文件顯示，雖然MRAM技術被業界所看好，但從商業化推進上看，其在發展的道路仍充滿挑戰。由此，或許我們可以將之理解成為，在MRAM推進商業化的過程當中，市場也會對相關企業進行一次大浪淘沙。
主流存儲技術面臨的挑戰
新興存儲技術為存儲市場注入了新力量，在新技術迭代的過程當中，老牌存儲巨頭不僅要面臨着新技術的開發，也要直面現有主流存儲技術繼續向前發展的難題。
在目前諸多主流存儲當中，尤屬3D NAND的發展受到了業界的關注。在存儲巨頭們的不斷推進之下，他們在2020年紛紛將3D NAND推進至128層以後，SK海力士及美光等企業又跑步進入到了176層。eetimes Japan的報道中指出，存儲廠商們將在2021年開始大規模生產2020年所推出的新產品。而更新的下一代的生產將在2021年底和2022年初開始，也就是説2022年，存儲巨頭們將開始批量生產160層到192層產品。而到了2023年，市場中將出現具有200層以上的超高層3D NAND閃存。
具體來看，英特爾和美光采用的方式被稱作是 CUA（CMOS Under Array），該技術也被稱為是浮柵方法特有的技術，這項技術可以將大多數NAND芯片的外圍電路置於存儲單元的垂直堆棧之下，而不是並排放置。據ISSCC 2021上的消息顯示，這種改變節省了大量的裸片空間，並允許將超過90％的裸片面積用於存儲單元陣列。除此之外，其他公司都採用了電荷陷阱（CT）的技術。SK 海力士率先實現了這種存儲技術的商業化，其所推出的技術被稱為“PUC（Periphery Under Cell）。eetimes Japan的報道稱，儘管名稱不同，但它與CUA基本上是相同的技術。
而隨着去年十月英特爾以90億美元的價格將其NAND存儲器業務出售給SK海力士，浮柵NAND或將走向盡頭（此前美光也採用的是浮柵技術，但在向176層發展的過程中，美光將 NAND單元技術從傳統的浮動柵極過渡到電荷陷阱）。同時，由於 CUA技術與SK海力士的PUC技術還存在着一定的差異，所以浮柵NAND或將面臨着退出NAND的舞台——該報道還稱，SK海力士宣佈他們將繼續為未來的兩到三代開發浮柵技術，但是並不排除公司將為放棄浮柵技術做準備。
除此之外，還需要提到的是本土廠商長江存儲所推出的3D Xtacking架構，藉以此本土存儲廠商也邁入了一個新的台階，成為了存儲市場當中不可忽視的一股新力量。而其所推出的Xtacking也是一種有別於SK海力士技術之外的另一個發展路線——Xtacking架構，其將外圍電路置於存儲單元之上（這與SK海力士所推出4D閃存技術正相反），從而實現比傳統3D NAND更高的存儲密度。曾有報道評價這兩種技術稱，長江存儲的Xtacking更強調存儲密度和高速的I/O，而SK海力士的4D閃存更強調集成度和成本。
eetimes Japan的報道還稱，三星電子和Kioxia-Western Digital聯盟有望在未來的產品中採用與CUA和PUC類似的技術。它將成為整個3D NAND閃存行業的通用技術。
除此之外，3D NAND也在面臨着從TLC向QLC轉變，這種方式也被視為是實現3D NAND成本降低的一種辦法。
據相關報道顯示，QLC技術於2018年開始商業化生產。從理論上講，存儲單元陣列的存儲密度可以是TLC的1.33倍，每存儲容量的製造成本將降低25％。eetimes Japan的報道中指出，TLC過渡到QLC預計將花費大約7到8年的時間，QLC方法最終將成為比特轉換的主流。在2021年，按位計算，QLC方法將佔NAND閃存的15％左右。預計到2025年，QLC方法將在比特轉換中佔據約50％的比例。除此之外，還有一種“ PLC（五級存儲單元）”技術，可將5位存儲在一個存儲單元中。
與此同時，隨着堆疊層數的增加，存儲原廠將不得不面對越來越複雜、昂貴的工藝。因此，存儲巨頭也要面臨着存儲產品在工藝上挑戰。在這個過程當中，EUV開始被存儲廠商們引入到他們新產品的產線中，這也成為了存儲巨頭們在開發新技術過程中的一個競爭點。
從存儲巨頭在EUV產線的佈局上看，據相關報道顯示，隨着三星DRAM導入EUV工藝，SK海力士內部也已經成立了研究小組專門針對EUV光刻相關技術展開研究，並計劃將其應用於最新的DRAM產線，有望在新建成的韓國利川M16工廠引入應用，或者跟M14一樣是NAND Flash和DRAM的混合生產工廠，最終投產還將根據市場情況和技術發展而定。
另外，根據SK海力士CEO李錫熙此前在IEEE國際可靠性物理研討會（IRPS）所公佈的SK海力士產品的未來計劃來看，他們將採用EUV光刻生產的DRAM和600層堆疊的3D NAND。
產能的角力
除了在技術上較勁之外，各大存儲廠商在產能上也展開了競速。
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）項目的新建項目授予最終批准，新項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芯片的基地。另外，據SK hynix稱，位於首都以南137公里處的清州將成為NAND閃存芯片中心。針對SK海力士在韓國的佈局，韓國方面則表示，最新的投資有望緩解全球市場的供應短缺。該部補充説：“由於芯片產業是該國出口的關鍵支柱，政府將不遺餘力地解決整個項目中的任何潛在問題，以便於今年開始按計劃開始建設。”
三星方面，根據韓國媒體的報道顯示，三星電子正在加大對半導體的投資，並加快設備安裝速度。三星將在第1季度將平澤第2工廠的DRAM產能從最初計劃的3萬片/月提高到4萬片/月。因此，平澤2號工廠的追加投資將使三星2021年DRAM產能從6萬片擴大到7萬片。另外據此前的消息顯示，三星西安（中國）12英寸閃存芯片二期第二階段項目也將正式開工，公司將投資80億美元用於新建工廠，預計於2021年下半年竣工，這也將保障三星在存儲產能上的供給。
國內方面，據日經亞洲評論援引未具名消息人士的話報道稱，，長江存儲計劃今年把產量提高一倍，計劃到下半年將每月的存儲芯片產量提高到10萬片晶圓，約佔全球總產量的7%。這將有助於該公司縮小與全球先進製造商之間的差距。另外，該報道還稱，長江存儲還將準備試產192層NAND閃存芯片，最快將於2021年中試產，不過該試產計劃可能會推遲至2021下半年。
由這種市場情況所現，我們看到存儲廠商之間的競爭愈加激烈，有些技術將在更迭之下逐漸退出了存儲市場的舞台，由此也引發了存儲市場發生一些變化。另一方面，為了搶奪更多的市場份額，各大存儲廠商也在產能上開始進行角逐。而在這些因素的共同作用下，存儲市場也開始了新一輪的變革。