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台湾nand厂商长存被制裁一年后，三星，SK海力士宣布3D NAND将迈入300层！

发布时间 : 2024-10-09

作者 : 小编

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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

存储芯片巨头环伺，中国企业何以破局？

图片来源@视觉中国

文丨芯锂话

12月1日，沉寂许久的A股芯片龙头公司兆易创新股价突然异动，并在接下来两个交易日延续上涨，三日内的涨幅一度超过20%。

对于兆易创新这样市值千亿的巨头公司来说，20%的市值上涨可谓意义重大，究竟是怎样的利好才能撬动如此大的杠杆呢？

就在股价上涨的前一日，兆易创新曾一口气发布了25条公告，抽丝剥茧之后，一则看似不起眼的《兆易创新关于2022年度日常关联交易预计额度的公告》引起了我们的关注。

在这则公告中，除了以往代销长鑫存储产品和向紫光展锐销售产品相关交易外，另有一项巨大的变化：在2022年公司预计从长鑫存储自有品牌采购代工交易额将达到1.35亿美元，逼近代销长鑫DRAM产品的采购金额。

这表明，兆易创新自有品牌的DRAM产品将在2022年大放异彩；同时也意味着，国产DRAM厂商队伍也迎来了一个强有力的队友，在应对国际巨头们的竞争时，也有相对更大的反击力量。

聚焦全球集成电路市场，存储芯片是市场份额最大的品类之一，2020年市场份额接近逻辑芯片。在某些年份内，存储芯片的市场份额更是超过了逻辑芯片，足以说明其是集成电路市场上最有价值的品类之一。

然而，在如此重要的赛道中，我们却鲜有机会在市场中看到国产品牌的身影。

中国是最大的消费电子生产和消费市场，每年对于存储芯片的需求无比庞大。但正如整个集成电路行业一样，国际巨头们近乎垄断了全部的市场份额。

技术封锁之下，国内存储芯片厂商们只能通过不断的技术进步，谋求一条突围之路。

01、国际巨头瓜分核心赛道

存储芯片可谓人类最伟大的发明之一。

在存储芯片技术被发明之前，人类只能使用打孔卡、磁鼓技术、磁芯技术来进行存储，不仅效率低下，而且需要耗费很大的占地空间。直至1966年，晶体管DRAM内存技术的发明，才让人类正式进入了存储芯片时代。

按照产品功能特性，储存芯片共可以分为两大类：一类是易失性存储芯片，断电后存储信息即消失，主要有SRAM和DRAM两种；一类是非易失性存储芯片，断电后存储信息仍留存，主要有ROM、闪存和EEPROM。

纵观整个存储芯片市场，目前主导行业的是DRAM和NAND Flash两大品类。以2020年数据统计，这两大品类合计占比97%，而NOR Flash仅占比1%，其他产品合计占比2%。

DRAM和NAND Flash常见于电子产品中。在电脑中，DRAM就是内存条。在智能手机中，DRAM即是运行内存，现在主流的是8G和12G DRAM产品；NAND Flash即为机身存储，256G、512G、1T即是此类产品。

在DRAM和NAND Flash两个最大子市场上，国际巨头凭借先发优势和技术壁垒处于垄断性地位。

自从英特尔量产DRAM产品以来的51年间，美国、日本、韩国存储芯片企业激烈竞争，目前形成了韩国三星和SK海力士、美国美光半导体寡头垄断的市场格局，三巨头占据了约95%的市场份额。

截止2021年Q1季度，三星、SK海力士、美光半导体分别占据市场约42%、29%和23%的市场份额，留给其他二流、三流厂商的市场空间总共仅有6%。

相对而言，NAND Flash产品在2010年前后才开始大规模商用，起步较晚。

正因此，NAND Flash行业目前市场集中度并没有DRAM那么高，三星、铠侠、SK海力士、西部数据、美光、英特尔六大行业巨头瓜分市场，今年Q3季度，六巨头合计市场份额达96.7%。

不过随着行业的发展，NAND Flash行业或将迎来属于它的“洗牌时代”，目前西部数据正在谋求收购铠侠，如果并购成功，闪存市场格局将重新改写。

显而易见，在DRAM和NAND这两个市场规模最大的存储芯片产品市场中，韩、美、日三国处于垄断性地位，获得了最大头的利润。

对于起步较晚的中国产生而言，想要获得一席之地，必须必备抗衡国际巨头的实力。无论是技术层面，还是产能层面，中国企业都或将面临极其巨大的挑战。

02、来自中国的“挑战者们”

在巨头强力垄断下，中国主流的储存芯片企业大多规模较小，技术水平较国际巨头仍有较大差距。

由于福建晋华在2018年遭到美光半导体的诉讼，因此陷于停摆状态，这让合肥长鑫成为了国产DRAM“全村的希望”。

长鑫以IDM模式生产DRAM产品，目前可量产19nm DDR4和LPDDR4产品，DDR5和LPDDR5技术正在研发中。虽然这个水平距离国际巨头仍然差距很远，但也是国产DRAM企业最顶尖的水平。

目前三星等DRAM巨头的LPDDR5产品已经大量应用于智能手机市场，并成为现有智能手机的主打卖点之一；DDR5产品已经量产，但目前来说从性价比上尚未能大规模替代DDR4，这也是长鑫和国内DRAM企业为数不多的好消息。

与合肥长鑫存在千丝万缕联系的兆易创新，在年内也宣布，由长鑫代工的19nm 4Gb DDR4产品已经量产。在此之前，兆易创新主要代理销售长鑫DRAM产品，未来自有品牌DRAM产品将成为主导。兆易创新预计，在2022年，代销长鑫DRAM产品采购额为1.7亿美元，稳定增长；而自有品牌采购长鑫代工的关联交易将达到1.35亿美元。

除长鑫和兆易创新，西安紫光国芯也能够量产DDR4产品。此外，刚刚在科创板IPO的东芯半导体能够量产DDR3产品，北京君正在收购北京矽成（即美国芯成半导体母公司）之后，也有DRAM产品业务。

在NAND Flash市场上，国产玩家也并不多。

根据存储原理的不同，NAND Flash存储可以分为SLC、MLC、TLC和QLC四大类，从结构上又可以分为2D、3D两大类。

目前，国产NAND玩家多集中于最原始的SLC NAND市场，处于TLC和QLC的国产厂商仅长江存储一家。

据今年九月消息，长江存储128层TLC 3D NAND已经量产，且良率已做到相当水准；128层QLC 3D NAND也已经准备量产。与三星等国际巨头相比，长江存储技术差距正在逐渐缩小。

从整个NAND市场看，SLC NAND占比仅2%。在SLC NAND市场上，韩国企业爱拓科技、台湾地区企业旺宏电子和华邦电子、美国赛普拉斯和美光、日本东芝占据较大份额。

在大陆地区，目前兆易创新、复旦微电、东芯半导体均有SLC NAND量产产品，其中兆易创新产品技术更为领先，已达到行业主流水平。

除此之外，北京君正旗下ISSI在汽车级NAND市场有量产产品，芯天下则通过购买海外SLC NAND晶圆自行封装策略生产相关产品。

03、国内厂商的另类突围路

虽然在DRAM和NAND市场，中国企业的竞争力暂时薄弱一些，但在NOR Flash和EEPROM两个市场上，国内企业实则表现出不俗的竞争力。

由于下游需求端的迅速放量，全球存储芯片巨头的产能已经不足以满足迅速膨胀的市场需求。在这种情形下，国际巨头往往将产能集中于最大市场上利润最高的板块，从而逐渐退出了SLC NAND、NOR Flash和EEPROM这三个利基市场，国产企业也有了崛起的机会。

具体来看，NOR Flash在2020年占据整个存储芯片市场1%的份额。这种存储芯片的应用，主要集中于手机模组、网络通讯、数字机顶盒、汽车电子、安防监控、行车记录仪、穿戴式设备等消费领域，典型应用场景有智能手机中AMOLED面板和TWS耳机。

NOR Flash已经成为存储芯片国产替代的主要战场。

在2020年，全球NOR Flash市场前两位分别为台湾地区企业华邦电子和旺宏电子，第三名即是近年来迅速崛起的兆易创新。目前，兆易创新已量产55nm工艺NOR Flash产品，处于行业内主流技术水平。

除兆易创新外，复旦微电、东芯半导体、普冉股份均已量产55nm小容量NOR Flash产品，芯天下、珠海博雅、武汉新芯和恒烁半导体亦有相关产品量产。

在另一种非易失性存储芯片EEPROM市场上，国产芯力量也正在崛起。

EEPROM产品市场规模虽然较小，但应用十分广泛。小容量EEPROM代表应用领域包括电脑显示器等领域，中容量EEPROM代表应用领域包括手机摄像头模组CCM等领域，大容量EEPROM代表应用领域包括智能电表等。

复旦微电、聚辰股份、普冉股份、珠海博雅均有EEPROM产品，不同企业各有侧重。

据赛迪顾问数据，2018年聚辰股份EEPROM市场份额排名全球第三，在智能手机摄像头模组这一细分市场，聚辰股份市场份额自2016年以来即一直排名全球第一；普冉股份的产品亦主要应用于摄像头模组，2020年出货量为15.79颗，逊色于聚辰股份的17.13亿颗出货量。

复旦微电则在电脑显示器这一细分市场，2020年市场占有率在30%以上。

可以看到，在巨头逐渐退出的存储芯片利基市场上，国产存储芯片厂商们已经通过研发投入和技术进步赢得了更广阔的市场空间。

这些小赛道的意义并不仅仅体现在营收上，更是给起步薄弱的中国存储芯片企业提供了迭代的机会。放眼未来，这些持续迭代的“小公司”中，或许可以诞生出引领行业发展的领先企业，这也是中国存储芯片的一条另类突围之路。

长存被制裁一年后，三星、SK海力士宣布3D NAND将迈入300层！

存储芯片巨头环伺，中国企业何以破局？

01、国际巨头瓜分核心赛道

02、来自中国的“挑战者们”

03、国内厂商的另类突围路

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