长江存储闪存芯片已打入苹果供应链?回应:不予置评
【文/观察者网 吕栋 编辑/周远方】
3月29日,台湾媒体《科技新报》曝出,中国大陆闪存芯片厂商长江存储今年正式打入苹果iPhone供应链。该报道还称,从出货时间来看,长江存储应该是为刚刚发布的新款iPhone SE供货。
《科技新报》报道截图
随后观察者网就此事联系长江存储,该公司相关人士回复称:不予置评。
CINNO Research 半导体事业部总经理Elvis Hsu告诉观察者网,苹果手机闪存现在的主要供应商为韩国SK海力士和日本铠侠。如果长江存储能够打入苹果供应链,则意味着中国闪存技术的发展已经受到国际上的认可与肯定。2022年,将是长江存储代表中国闪存技术突破并站上国际高端产品供应链的元年。
长江存储武汉厂区 拍摄/观察者网 吕栋
有外媒称苹果还在评估
观察者网注意到,在《科技新报》之外,国外科技媒体Light Reading也在关注长江存储打入苹果供应链一事。不过该报道3月28日援引瑞信的报告称,苹果目前还在评估长江存储的产品,通过后可能为即将上市的iPhone14提供闪存芯片。
“据我们所知,苹果自2021年以来一直在努力改变其开发的NAND控制器的设计,以支持长江存储的产品,”瑞信的报告称,“然而控制器IC设计已被推迟,虽然目前还不清楚是否会采用长江存储,但我们预计苹果将在未来1-2个月内决定。”
Light Reading报道截图
闪存是一种非易失性存储器,即断电数据也不会丢失,因此也是最常见的存储芯片。用最通俗易懂的话来说,手机参数8G+128G中的128G指的就是闪存容量,电脑中的固态硬盘(SSD)也会用到闪存芯片。
由于三星、铠侠、SK海力士、西部数据、美光等企业长期在闪存市场占据主导地位,苹果之前也都是从这些美日韩厂商采购闪存产品。但长江存储的出现,让这个高度集中的市场出现一个中国大陆玩家。长江存储成立于2016年7月,总部位于武汉,是一家专注于3D NAND闪存设计制造一体化的IDM集成电路企业。
观察者网注意到,日媒《日经亚洲》早在2018年2月就曾报道过苹果和长江存储洽谈合作一事。当时的报道称,由于长江存储的闪存尚未量产,该公司可能要在2020年之后才能生产出符合苹果要求的产品,“苹果与长江存储的交易将是中国科技发展的里程碑”。
但观察者网专栏作者铁流彼时撰文解读称,这场谈判更像是苹果的公关和宣传。他认为,在技术水平和产品成本相对于国外巨头都存在差距的情况下,像苹果这样非常商业化的公司未必会牺牲自己的利益扶持中国存储芯片厂商。但他也提到,在长江存储达到国外企业的水平后,苹果向其采购闪存芯片并非完全没有可能。
随着四年时间过去,长江存储不仅实现中国首款64层3D NAND闪存量产,还在2020年跳级推出128层TLC/QLC两款产品。2021年7月,有业内人士告诉观察者网,长江存储128层TLC闪存已量产,并且其首创Xtacking技术,不存在专利风险。
图源:CFM闪存市场
CINNO Research半导体事业部总经理Elvis Hsu向观察者网分析指出,长江存储以其自研的闪存技术在2018年正式推出了Xtacking架构3D闪存32层堆叠,仅用三年时间就研发出128层堆叠的3D QLC NAND闪存芯片,效率相当高。
“与三星(V-NAND)、美光(CTF CuA)和SK海力士(4D PUC)现有的128层堆叠512Gb 3D TLC NAND闪存产品相比,长江存储裸片尺寸更小,这使得它拥有最高密度。乐观期待长江存储继续研发196-200层以上的技术超越日韩的技术发展,同时尽快完成产能的扩充以取得更多市场份额。”Elvis Hsu表示。
2020年11月,观察者网曾独家报道,长江存储CEO杨士宁在一场公开活动上透露,该公司用3年时间实现从32层到64层再到128层的跨越,这是国际厂商6年时间才走完的路,并且该公司产品已经打入国内某知名手机厂商的供应链。杨士宁还形容这是“出道即巅峰”。
不过与三星等闪存龙头相比,长江存储作为后来者无论是技术和产能仍存在差距。在技术方面,三星已在布局200层以上产品,美光和铠侠等也已在过去一年多推出176层和162层等产品。在市场份额上,TrendForce集邦咨询数据显示,截至2021年四季度,国外前六大NAND闪存厂商仍占据着96%的市场份额。
图源:TrendForce集邦咨询
“制裁对美国企业来说是灾难”
尽管在规模上尚无法与国际巨头相提并论,但长江存储成立以来的进展不仅引起了苹果公司的注意,也吸引了美国政客的目光。Light Reading报道称,美国鹰派一直在推动将长江存储纳入出口管制,因为其产能扩张对美国企业构成了潜在的低成本威胁。白宫曾预估,长江存储2022年将达到英特尔闪存产能的两倍。
而长江存储之前曾在一份公告中称,该公司自成立以来,始终秉承守法合规的经营理念。在国内外各项业务中,长江存储严格遵守所在地法律法规,所提供的产品与服务均为面向商用及民用市场。
2021年底,丹麦咨询公司Strand Consult的罗斯林•莱顿(Roslyn Layton)在《福布斯》杂志撰文指出,尽管美国鹰派政客竭力游说,但许多美国半导体设备制造商正在与长江存储的合作中获得“可观收入”。这一利益纠葛的存在,似乎让美国政府不得不三思后行。
总部位于美国加州的半导体设备厂商应用材料公司(Applied Materials),是莱顿提到的公司之一。在提交给美国证券交易委员会(SEC)的文件中,应用材料披露,中国大陆是该公司2021年最大的收入来源地,贡献了该公司三分之一的收入,约75亿美元。同样位于加州的泛林半导体情况类似,该公司去年在中国大陆的销售额约为51亿美元,占总销售额的35%,而2019年仅为22%。
应用材料公司 图源:Electronic Design
Light Reading评论称,美国商务部如果进一步实施制裁,对依赖中国大陆市场的美国企业来说将是一场灾难(a disaster)。在美国商务部没有明确禁令的情况下,苹果使用长江存储的芯片不会遇到法律障碍。
多供应商一直是苹果的重要策略。今年2月,苹果闪存供应商之一的日本铠侠遭遇材料污染事故,使其3D NAND闪存产量至少减少6.5EB(约合70亿GB)。在此背景下,TrendForce集邦咨询研究显示,随着市场整体供给明显下修,今年第二季度NAND Flash的价格将翻涨5-10%。
数据来源:TrendForce集邦咨询
这种情况可能也是苹果考虑长江存储的原因之一。芯谋研究分析总监宋长庚向观察者网分析指出,自长江存储成立以来,依次推出32层、64层和128层等3D NAND闪存产品,预计下一代产品也已经在路上。产品稳步迭代,可以算是“小步快跑”。最近NAND存储器处于供不应求的状态,终端公司也乐见多一个供应商,以提升供应链的健壮性。
除此之外,中国市场2021年为苹果贡献营收680亿美元,同比增长70%,是该公司增长最快的市场,选用中国生产的零部件对品牌形象的帮助,或许也是苹果在意的因素。Light Reading评论称,“任何对苹果生意的威胁都会被严肃对待。”
本文系观察者网独家稿件,未经授权,不得转载。
长存被制裁一年后,三星、SK海力士宣布3D NAND将迈入300层!
2022年,美光、SK海力士、三星等相继量产了232层3D NAND Flash,但是在美方的制裁之下,长存128层及以上NAND Flash的供应链受到严重阻碍。在此背景之下,这些国际大厂纷纷加速迈向300层,希望能主导未来3D NAND Flash的技术路线。
今年8月初,SK海力士公布了其最新的321层堆叠4D NAND Flash闪存样品。近日三星也被爆出将会在明年推出拥有超过300层堆叠的第9代V-NAND技术,未来的第10代V-NAND技术将可能达到 430层芯片。
值得一提的是,由于美方对于长江存储(YMTC)制裁导致供给侧产能的下降,原有的市场竞争机制被美国的行政令所打破,三星等海外存储器企业正在考虑重新涨价。据中国台湾媒体DigiTimes报道去年12月报道称,在YMTC被制裁后,三星马上就将其3D NAND Flash的报价提高了10%。
随着三星、SK海力士等大厂纷纷向更具竞争力的超过300层、400层堆叠的3D NAND Flash迈进,而长江存储受到制裁成本进一步提高,海外存储器企业很可能将进一步占领市场。
300层意味着什么? 更低的成本+高大的市场份额
自从NAND Flash闪存引入3D堆叠技术以来,随着堆叠的层数的持续攀升,使得NAND Flash的存储密度也在持续提升,单位容量的生产成本也越来越低。数据显示,每年单位面积下NAND Flash的密度都会增加约30%,使得每bit容量的成本每年可下降约21%。尽管未来NAND Flash堆叠层数的提升可能会面临很多制造工艺(比如高深宽比的刻蚀、键合等)上的挑战,但预计仍将可以继续扩展。
△图片来源:semianalysis
2022年5月,存储芯片大厂美光(Micron)发布了业界首个 232 层堆栈的3D NAND芯片。随后在2022年7月26日,美光宣布其232层堆栈的TLC闪存正式量产。这是全球首个量产的超过200层的闪存,也是业界密度最高的,达到了14.6Gb/mm2,单个die的原始容量为 1Tb(128GB),接口速度提升到2.4GB/s,写入速度提升了100%,读取带宽提升75%。2022年 12月15日,美光宣布其最新的基于232层堆叠的NAND Flash闪存芯片的SSD模组——美光 2550 NVMe SSD 已正式向全球 PC OEM 客户出货。
△图片来源:美光
今年6月8日,SK海力士宣布其在2022年8月开发完成的238层堆叠的NAND Flash芯片正式开始量产。据介绍,SK海力士238 层堆叠技术 NAND Flash芯片,与上一代 176层堆叠 NAND Flash芯片相比,最高传输速率提升了50%达2.4Gb/s,使得整体的平均读写速度提升了约20%,同时制造效率也提高了 34%,使得成本竞争力显著提升。
△图片来源:pc.watch.impress.co.jp
今年8月8日,SK海力士宣布,借助其最新发布的321层堆叠4D NAND Flash闪存样品,使其正式成为业界第一家完成300层以上堆叠NAND Flash闪存开发的公司。
据介绍,SK海力士321层堆叠的1Tb TLC 4D NAND Flash,相比上一代238层堆叠的512Gb 4D NAND Flash的单位容量提升了41%,延迟降低了13%,性能提升了12%,功耗降低了10%,并且生产效率也提升了59%。而其生产效率之所以能够大幅提升59%的原因在于,数据储存单元可以用更多的单片数量堆叠到更高,这使得在相同大小面积的芯片上达到更大储存容量,也进一步增加了单位晶圆上芯片的产出数量。
△图片来源:pc.watch.impress.co.jp
根据SK海力士公布的资料显示,其321层NAND Flash由三个deck(可以理解为单元串)堆叠而成,每个deck有107层堆叠。SK海力士现有的238层NAND Flash则是两个deck,每个deck为119层堆栈。
△图片来源:pc.watch.impress.co.jp
不过,目前SK海力士的这款321层NAND Flash还是样品,真正商用还需要进一步优化。根据SK海力士的计划,需要到2025年上半年才开始量产供货。
相比之下,三星的超300层NAND Flash进展则更快。三星在2022年底就已经开始批量生产采用第8代V-NAND技术的产品,为1Tb(128GB)TLC 3D NAND闪存芯片,达到了236层,相比于2020年首次引入双堆栈架构的第7代V-NAND技术的176层有了大幅度的提高。其所采用的双堆栈架构,即在300mm晶圆上先生产一个3D NAND Flash堆栈,然后在原有基础上再构建另一个堆栈。
根据最新曝光的资料显示,三星的超300层堆叠的第9代V-NAND将会沿用上一代的双deck架构。也就是说,三星的超300层3D NAND Flash将通过将两个150 层堆叠的deck堆叠在一起制成。尽管制造时间更长,但堆叠两个 150 层组件比构建单个 300 层产品更容易制造。不过目前三星并未披露其超300层NAND Flash的技术规格。
三星计划在2024年开始生产基于其超300层的第9代V-NAND技术的产品。三星还计划会在2026年推出430层堆叠的第10代3D NAND Flash,届时可能会采用三deck堆叠架构。此外,三星在今年FMS 2023 技术大会上还透露,其计划在2030年开发出1000层的V-NAND技术。
除了三星、SK海力士之外,美光、西部数据/铠侠等NAND Flash制造商也在积极向300层以上突破,因为如果他们不这么做,他们的单位存储容量的NAND Flash生产成本将会高于三星和SK海力士,从而使得他们在市场竞争当中处于劣势。根据预计美光将会在2025年量产超过300层的3D NAND Flash技术。而西部数据/铠侠目前拥有218层的 BiCS Gen 8 技术,至于何时会推出超300层的技术尚不确定。
更高的堆叠层数的3D NAND Flash,意味着单die的存储位元密度和容量都将大幅提升,同时单位容量的存储位元的制造成本也将得到大幅降低。这将直接为率先量产300层以上的3D NAND Flash芯片的三星和SK海力士带来更强的产品竞争力。
鉴于目前三星和SK海力士两家韩国厂商就已经占据了全球超过50%的3D NAND Flash市场,率先量产300层以上的3D NAND Flash也将有望帮助他们进一步提升市场份额,巩固他们在市场上的垄断地位。
需要指出的是,随着3D NAND Flash堆叠层数的持续提升,也将会面临技术架构及制造工艺上的挑战,比如在转向CBA架构(CMOS 键合阵列)以及在高深宽比的刻蚀、沉积等方面。
转向CBA架构
过去传统的NAND Flash制造是只使用一块晶圆,NAND 阵列和CMOS电路的集成要么是将CMOS电路放置在单元阵列旁边(CMOS Next Array 或 CAN),要么将CMOS电路放置在 NAND 阵列 (CUA) 下方。大多数 NAND 供应商在其最初的 3D NAND 工艺中实施 CAN 方法,然后在后续工艺中迁移到 CUA。仅美光和英特尔 (Solidigm) 在 32 层 3D NAND 路线图之初就实施了 CUA。随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高,外围CMOS电路所占据的芯片面积或将达到50%以上。为了解决这一问题,YMTC(长存)在2018年推出了全新的Xtacking技术,推动了高堆叠层数的3D NAND制造开始转向了CBA(CMOS 键合阵列)架构。
△图片来源:YMTC
CBA 架构则是通过将两块独立的晶圆分别制造NAND阵列和外围CMOS逻辑电路,然后将CMOS逻辑电路堆叠在NAND阵列之上,二者之间的垂直连接则需要相应的键合技术来实现,形成间距为10μm 及以下的互连,且不会影响 I/O 性能。另外,由于两种类型的芯片可以在不同的生产线上制造,因此可以使用各自优化的工艺节点分别生产,不仅可以缩短生产周期,还可以降低制造复杂度和成本。此外,CBA 架构也使得每平方毫米的存储密度、性能和可扩展性可以进一步提高。
但是,从传统的单片生产,转换到CBA 架构,需要增加对新的洁净室空间和设备的额外投资。尽管成本高昂,但随着使用传统方法实现 3D NAND 扩展变得越来越困难,所有主要3D NAND Flash供应商都将会转向CBA架构,升级混合键合技术。
作为率先转向CBA架构的YMTC来说,其在CBA架构方向上已经进行了大量的投资,不仅其自研的Xtacking技术已经进展到了3.0版本,其斥巨额投资的生产设施也是围绕着CBA架构的需要来构建的。2021年,YMTC还与Xperi达成DBI混合键合技术相关专利组合许可。这些方面的积极投入都成为了YMTC能够快速在数年时间内在3D NAND Flash技术上追平国际一线厂商的关键。
铠侠和西部数据是继YMTC之后首批采用CBA 架构技术大规模生产3D NAND Flash 产品的主要制造商,他们发布的BiCS8 就是基于CBA 架构。此外,SK海力士和美光也分别在2020年和2022年向Xperi(子公司Adeia)拿到了混合键合技术的授权。
根据Yole Intelligence今年7月发布的研究报告显示,其预计三星、SK海力士、美光和西部数据/铠侠都将在2026年量产基于CBA 架构的300层以上的3D NAND Flash。并预计三星将在2027年量产400层以上的3D NAND Flash。
△图片来源:Yole Intelligence
但是,从三星和SK海力士最新公布的信息来看,三星的300层以上的3D NAND Flash提前到了2024年量产,SK海力士也提前到了2025年上半年量产。这比Yole Intelligence的预测提前了一年。显然,在长存被制裁之后,三星和SK海力士进一步加快了迈向300层的进程。而这无疑将进一步扩大对于包括长江存储在内的其他竞争对手的竞争优势。
技术挑战之外
除了需要转向CBA架构之外,随着3D NAND Flash堆叠层数的持续提升,也对于高深宽比的刻蚀、沉积等制造工艺带来了更多的挑战,需要半导体设备厂商推出更为先进的制造设备来进行应对。
△图片来源:泛林集团
但是由于美方的持续打压,这也导致了国产NAND Flash厂商在迈向更高堆叠层数的3D NAND Flash将面临更大的非技术因素的挑战。
随着美国去年出台的半导体新规,以及联合日本、荷兰对于先进半导体设备的对华出口进行了限制,同时YMTC也遭遇了美方的直接制裁,不仅相关生产设备及零部件的获取受到了影响,而且此前购买的一些设备也面临不能交货或无法使用困境。即便是能够切换其他可以采购到的设备,也必然会影响到生产,并且会带来额外的成本。
作为转向CBA架构的领军企业及Xtacking技术开创者,此时YMTC不仅向300层升级发展受限(比如所需的先进的刻蚀设备采购受限),这将意味着难以通过进一步的技术升级来降低3D NAND Flash成本。同时,原有128层以上的继续生产也受限,当下的生存也面临较大压力。如果无法继续采用CBA架构,那么YTMC则需要另辟蹊径,这必然需要带来更大的研发投入和额外的生产设施投资。再叠加近两年来NAND Flash市场的需求和价格的持续下滑影响,对于YMTC带来了极大的成本压力和财务压力。
所幸的是,近期NAND Flash市场开始出现回暖迹象。TrendForce的数据显示,在下半年供应商大幅削减产量后,NAND Flash 现货价格不再出现低价交易,连续数周出现止跌趋势;本周现货市场 512Gb TLC wafer 现货上涨 0.28%,来到1.440 美元。三星近日也被传出将要对NAND Flash涨价8~10%的消息,国内的存储模组厂商也将配合涨价。这对于正处于困境当中的YMTC来说,也正是一个“回血”的机会。
近几年,在YMTC与三星等全球头部的存储厂商的积极竞争之下,成功将2TB的SSD价格从2000元打到了500元。可以说,在市场逆势之下,三星等头部大厂的降价竞争并未打败YMTC,但是来自美方的打压确实是给YMTC带来了非常大的生存压力。而手握Xtacking专利的YMTC在“CBA”的时代能否抗住供应链端的重重挑战和成本压力,应对友商300层以上产品的强力围攻?短期内我们恐怕还不能盲目乐观,先要看下半年存储价格的反弹机会长存是否能把握,毕竟先要生存,然后才能谈后续的发展。
编辑:芯智讯-浪客剑
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