EUV光刻机+172层3D NAND，2022存储业新赛道攻略

2021年，全球存储器市场先扬后抑，前三个季度内存价格一路攀升，第四季度却转为供过于求，价格开始下跌。2022年，随着三大原厂对EUV的应用将进一步增加，DRAM的成本构成逐步改变，NAND闪存也将进入172层时代，存储器的市场形态或将展现出一些新的特征。

长短料效应明显，存储器或将供过于求

2021年，在5G商用以及新冠肺炎疫情所催生“宅经济”的影响下，市场对芯片的需求持续增长，缺芯成为制约诸多产业发展的瓶颈之一，直到年底长短料问题依然困扰着终端厂商。然而，存储器的市场走势却与逻辑芯片并不一致。集邦咨询资深研究副总经理郭祚荣介绍，今年上半年，人们大多仍维持在家上班与上课，终端企业也因强劲需求而持续拉高库存水位，让前三季度DRAM内存价格一路往上攀升。但第四季度需求下降，DRAM内存产业也从供不应求转为供过于求，价格开始下跌。

NAND闪存市场存在类似情形。受益于数据中心、企业级固态硬盘市场需求的增长及智能手机厂商备货旗舰新机的影响，第三季度NAND闪存营收再创新高，达到188.8亿美元、季增15%。但值得注意的是，PC OEM订单需求开始转弱，这有可能成为NAND 闪存市场趋势转换的一个警讯。目前供应链中长短料问题依然存在，而NANDFlash产品属于供给相对充足的产品，数月以来的累积已使库存水位增加。因此，分析机构普遍预期未来一段时间，推动市场与价格增长的动能将会减弱。

有鉴于此，人们对2022年存储器市场增长情况并不十分看好。集邦咨询报告预测，2022年的DRAM供给位元增长率约18.6%，然而由于目前买方库存水位已然偏高，加上2022年需求增长率仅17.1%，所以明年DRAM产业将由供不应求转至供过于求。不过，DRAM的市场垄断呈度较高，整体产值并不会大幅下跌，预估2022年的DRAM总产值将达915.4亿美元，年增长幅度将上升0.3%。至于NAND闪存由于2021年增幅已高，2022年的需求增长幅度将下降，NAND有可能进入下一轮的跌价周期。

CFM闪存市场总经理邰炜也表示，在“缺芯”大背景下，终端厂商加大了囤货力度。在今年二季度，虽然市场的供不应求态势依旧持续，但是部分终端客户因overbooking引发砍单。虽然服务器需求仍在，但迫切性已有所下降，PC及智能手机客户砍单，存储市场供需关系已经由全面供不应求转变为结构性供需失衡。

采用EUV光刻，DRAM有望突破1x nm节点

DRAM内存的制造需要用到非常精细的光刻工艺。从原理层面上看，存储信息受到存储电容、访问晶体管、字线以及位线等的影响，工艺微缩是降低DRAM成本和芯片尺寸的关键。回看DRAM的发展历程，历经了2008年的4xnm级别（49nm～40nm）、2010 年的3xnm级别（39nm～30nm）。自2016年以来，DRAM一直处于1xnm级别（19nm～10nm）。三星、SK海力士和美光三大存储厂商在这一阶段均推出多代工艺。

根据半导体专家莫大康的介绍，随着工艺的微缩，制造厂商不得不使用多重图形化与光刻方案加以应对，这导致工艺步骤的增加与生产成本的上升，有效的解决方案是采用EUV光刻技术。半导体行业一直在准备以EUV光刻机实现10纳米级规模的工艺。“使用 EUV，可以获得更好的图形保真。因为如果掩模层堆叠得越多，获得的图像就越模糊。”VLSI Research 首席执行Dan Hutcheson亦表示。

目前，三大DRAM原厂均已先后进入EUV DRAM市场。2020年三月，三星便推出业界首款基于EUV的10纳米级DDR4 DRAM 模块；今年10月三星宣布将使用EUV的层数增加至5层，进一步减少了工艺步骤。今年7月，SK海力士采用EUV工艺量产第4代(1a级别)DDR DRAM。美光亦于日前表示在今年年底在研究设施中安装EUV光刻设备，将把新设备应用于量产线进行实验，然后再正式投入量产。美光在三大存储器原厂中对采用EUV相对保守。2022年DRAM有望全面进入EUV时代。

目前DRAM芯片仍处于1x nm级别。通常19 nm～16nm节点泛指1x节点，16 nm～14 nm 为1y，14 nm～12 nm是1z nm。再往下发展，美光提出过1α与 1β节点（SK海力士称1a和1b）。但业界都认为，DRAM 技术再往下微缩，难度非常大。EUV的全面引入或将开启新的契机。同时，这也有望进一步降低DRAM的单位成本，对2022年以后的内存市场增添新的变数。

176层入场，3D NAND再堆“新高”

不同于DRAM至今仍纠结于2D平面的方寸之间，NAND闪存厂商已经开启在3D堆叠领域的“争战”。2022年，176层3D NAND或将成为市场竞争的主旋律。

早在2020年11月，美光就在业界率先宣布量产176层3DNAND。SK海力士也在不到1个月后发布176层512Gb TLC NAND Flash。三星将在平泽第三工厂（P3）安装新的3D NAND产线，提高176层3D NAND产量，届时三星每月投片量将达4万~5万片。铠侠主力工艺目前为112层，预计2022年将投产162层。

专家表示，当前各大原厂的主力工艺在96层和128层，176层的产能占比约为5%，2022年，这个比重预计将进一步提升，预计到2022年底176层NAND的产出比重将超过25%。集邦咨询表示，由于NAND Flash堆叠层数的技术推进，未来供应商仍将持续追求推进更高层数，以降低每GB的生产成本。因此，预期该产业的资本支出仍有增长空间，供应商同时开始研发2XX层产品技术。

终端市场加速导入，DDR5可望成为主流

随着大数据云计算以及人工智能的快速发展，现代数据中心对于提升内存带宽的需求十分强烈，如此才可匹配快速增长的处理器内核数量。这就使得DDR5内存的应用开始加速，有望在2022年成为市场的主流。Cadence IP集团产品营销副总裁 Rishi Chugh表示：“DDR5 的主要优势在于其密度，因此特别适合企业、云和大数据应用。”

2007年DRAM产业迎来DDR3时代，2012年正式步入DDR4。JEDEC规范组织虽然在2017年即已开始制定DDR5标准，但是最终规范2020年才全部完成。不过在标准制定的同时，内存厂商也在致力于相关产品的开发。2015年时，三星电子就已经开始研究DDR4的下一代产品，并披露出部分技术细节和规划。美光科技、SK海力士也不甘落后，纷纷加紧布局开发。2018年10月，Cadence展示了首款DDR5内存验证模组，其中DRAM芯片来自美光科技，而接口层则采取自研，产品容量16GB，数据传输速率4.4Gbps。2020年，美光科技宣布开始向客户出样DDR5，产品基于1z纳米工艺，性能相比DDR4提升了85%。

目前，DRAM厂商三星电子、SK海力士、美光科技等厂商都已提出DDR5/LP DDR5的产品规划，并发布相应产品。在经过多年等待之后，DDR5时代的脚步终于临近。有分析认为，2020—2021年已有部分DDR5/LPDDR5产品被推出，2022—2023年DDR5/LPDDR5有望从高端市场向中端和消费级市场拓展，届时DDR5将超越DDR4成为市场的主流。

美光科技移动产品事业部市场副总裁ChristopherMoore指出，5G网络的部署将大大促进LPDDR5的应用与普及。5G网络具有高速的特点，也会要求有LPDDR5这样更高速和性能更好的内存进行配套，提升终端设备的运行体验。服务器和汽车对DDR5的导入也将提速。

烧了1550亿，终于收获成果！日媒：中国芯片巨头取得技术突破

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在中国正积极推动半导体自给自足之际，中国最大快闪存储器制造商长江存储终于传出一个振奋人心的好消息。

据《日经亚洲评论》1月12日报道，长江存储最快今年中就有机会试产第一批192层3D NAND闪存芯片，但为了确保品质，这项试产计划也可能会推迟到今年下半才实行。

你可能还不了解长江存储192层3D NAND技术有多震撼业界？笔者这么说吧，现在包括韩国三星、美国美光这两大NAND型快闪存储器巨头、长江存储在内，所能量产的最先进的版本都是128层3D NAND而已。

目前，三星下一代技术研发的目标是172层3D NAND，美光则开发176层。

这就意味着长江存储接近量产的192层3D NAND，在技术定义上确实比三星、美光更先进。

笔者依稀记得，韩媒《Business Korea》在今年初还抱怨说，长江存储在完成128层3D NAND闪存芯片量产后，韩国芯片厂能领先中国技术差距，只有不到两年了。

但如今看来，韩媒还是太小瞧中国了，长江存储与韩国三星的差距还要更小，这也代表着中国半导体技术进步的速度恐怕要大大超过外界预期。

不过，虽然192层3D NAND的技术水平肯定比三星的172层和美光的176层更先进，但能否实现真正的超越还要考虑多方面的因素。比如良品率和产能就是重要的技术指标。

根据日经的报道，长江存储的良品率，目前大约在70%左右，这一数据相比于三星、美光还有较大的提升的空间。

至于产能方面，长江存储耗资240亿美元（约1550亿人民币）的武汉工厂已经投产，一期每月可以量产10万片晶圆，大约在全球闪存芯片总产量7%的水平。而三星月产能为48万片晶圆，美光为月产能18万片晶圆。因此，总体上长江存储还需要努力追赶。

但长江存储这次突破192层 3D NAND技术，对中国的半导体自主化有非常重要的意义。

首先，需要了解什么是3D NAND。通俗地说，3D NAND是相对“平面化”而言的。在平面化的要求下，想要实现性能提升，意思就是要在硅片平面上刻出更细微的电路，但细微化是有技术门槛，也有技术天花板的，因此便催生了3D NAND芯片技术的应用，芯片的制程要求可以缩小一倍以上，比如10纳米才可以达到的性能，运用3D NAND后，20纳米甚至30纳米就可以做到。

如果这项技术用得好的话，或许就能摆脱美国对中国半导体的技术钳制，比如3D NAND使用国产的深紫外光刻机就能做到，因此不用再求着荷兰ASML公司卖给中国极紫外线光刻机了，虽然3D NAND技术现在通常只用在存储芯片领域，但电脑和智能手机的核心芯片在理论上也是可以使用的。

笔者认为，长江存储的技术突破是打破外国技术垄断的一场胜利，对于中国半导体自主化进程而言更是一个莫大的鼓舞。

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