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2d-nand NAND闪存之争：韩国双雄PK美日同盟

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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NAND闪存之争：韩国双雄PK美日同盟

4月25日，铠侠发文庆祝NAND闪存发明35周年。自铠侠的前身东芝存储在1987年发明NAND闪存以来，NAND市场已发展到700亿美元的规模，容量从最初的4Mb增加到1.33Tb，实现了33万倍的增长。走过了35年的发展历程后，堆叠层数和市场规模，正在成为NAND产业的竞争焦点。独占头把交椅的三星与通过收购冲击第二把交易的海力士，共同构成韩厂在NAND市场的半壁江山。曾长期保持市场份额第二、第三的铠侠与西部数据，则通过22年来持续加深合资战略关系，保证市场规模效应。NAND的市场份额之争，将愈演愈烈。

日美大厂战略合资20年

近期，铠侠公司和西部数据公司签署正式协议，将共同投资位于日本四日市的Fab7（Y7）制造工厂的第一阶段工程，为该工厂建设第六座闪存生产设施，预计今年秋季启动生产。双方表示，将基于共同研发3D NAND及联合投资等方式，继续发挥协同效应、增强各自竞争力，扩大在存储领域的领先地位。

此次的合作投资，被双方视为合资伙伴关系的又一个里程碑。这段持续了20年之久的合作，其源头可追溯到铠侠前身——日本东芝存储业务和西部数据子公司闪迪的合作。2000年，闪迪和东芝成立合资公司，推动双方在市场定义、最新产品技术以及生产制造的全方位合作。合资公司结合了东芝的0.16微米和0.13微米闪存技术，以及闪迪的多级单元闪存技术与控制器系统整合能力，并基于东芝的四日市制造厂进行生产，成品由双方各自进行市场推广和销售。

“闪迪是NAND设计公司，本身没有晶圆厂，为了更好的对抗存储器的周期波动，与东芝进行绑定，一方面产能有了保障，一方面可以在先进存储技术上合作研发。而东芝是存储器IDM企业，和闪迪合作能够分担投资风险，是‘抱团取暖’的表现。” 北京半导体行业协会副秘书长、北京国际工程咨询有限公司高级经济师朱晶向《中国电子报》记者表示。

虽然闪迪在2016年被西部数据收购，东芝存储也有了新名字“铠侠”，但这段战略合作关系穿越了企业的拆分整合，得以存留至今，并成为双方抗衡韩厂的一重保障。据报道，西部数据CEO David Goeckeler曾在采访中表示，铠侠是西部数据重要的合作伙伴，两家企业加起来是全球最大的NAND供应商，市占率略高于三星。

“铠侠与西部数据的合作，有利于双方提升产品的高端化水平，更好地提升核心竞争力，以抗衡韩国存储器巨头的垄断地位。”赛迪顾问集成电路产业研究中心高级分析师杨俊刚向《中国电子报》表示。

双方的合作，也顺应了NAND的产业特点。

“铠侠和西数能长期合作到现在，主要还是NAND发展至今越发仰仗规模效应，需要形成合力。”芯谋研究分析师王立夫向《中国电子报》指出。

韩国双雄包揽市场份额top2

当地时间4月26日，Solidigm推出了面向数据中心和用户的PCIe 4.0固态硬盘系列，其驱动器针对现实世界的计算和存储服务器工作负载进行优化，通过更小的空间占用和更低的功耗加速计算性能并降低总体拥有成本。

虽然是一家新成立的公司，Solidigm在2021年第四季度的市场份额已经达到5.4%，位列全球第六，其前身正是英特尔的NAND业务。2020年10月，SK海力士宣布斥资90亿美元收购英特尔NAND业务，包括NANDSSD业务、NAND组件和晶圆业务，以及大连NAND制造工厂。至2021年底，SK海力士完成了第一阶段收购，并基于来自英特尔的SSD业务在美国成立子公司Solidigm。

Solidigm是“Solid（固态）”与“Paradigm（范式）”的组合，寓意“创建固态存储新范式”，其背后是SK海力士提升市场份额、开拓应用领域、打开美国市场等多重考量。

长期以来，三星和铠侠分别占领NAND市场份额的第一、第二，西部数据、美光、海力士以及被收购前的英特尔NAND业务占据3-6名且名次常有轮换。而2021年第四季度，海力士加上Solidigm的市场总份额来到了全球第二，仅次于三星。在应用领域方面，海力士表示，收购英特尔NAND业务，意在提升包括企业级SSD在内的存储解决方案相关竞争力，Solidigm的首批产品正与英特尔一脉相承，强化了海力士在数据中心市场的能力。而Solidigm设置在美国，也有利于海力士在美国市场的开拓。

至此，从市场份额来看，两大韩厂把握住了NAND市场的半壁江山。

“三星一直是存储行业商业化做的最好的，不管是终端成品使用体验还是生产制造管控。而SK 海力士的巨资收购，将原来两家10%左右市占的厂商合并，将规模做起来了。两者共同组成了韩国厂商的高市占。”王立夫指出。

不过，即便吞下英特尔NAND业务，海力士的市场份额依然与三星存在较大差距。短期内，三星在NAND产业的地位仍然难以超越。

“韩国长期占据存储器产业的龙头地位，与他们对存储器标准化规模化周期性的特点有充分理解，制定了非常战略聚焦和坚定的赶超策略、持续性的逆周期大手笔投入，还有在赶超阶段充分借力大量日本工程师的经验和帮助，是分不开的。”朱晶表示。

层数和规模成竞争焦点

数据存储是数字社会发展的基石。华为在近期发布的《数据存力，高质量发展的数字基石》白皮书指出，数据能否“存得下、存得好”关乎数字基础设施能否“行得稳”，关乎数字经济发展能否 “跑得快、跑得远”，关乎数据要素能否“接地气”切实带来生产生活进步、促进经济社会高质量发展。《白皮书》也指出，在各种存储介质中，闪存因性能优势、稳定安全、节能经济，在业界中受到了较多的关注。而NAND作为闪存产品的主流，也将迎来更广阔的市场空间和更高的技术挑战。

“大数据、云计算、元宇宙等新兴领域的快速发展，对NAND产品的容量、性能、功耗提出了更高的要求。为满足日益增长的需求，NAND产品的堆叠层数将会进一步拓展，TLC （三层单元）NAND/QLC（四层单元）NAND产品也将迎来更大的发展空间。”杨俊刚表示。

堆叠层数是NAND产品最直观的性能指标，率先量产200层以上的3D NAND产品也成为头部厂商的新目标。相比微处理器，NAND更早趋近了制程极限，也探索出了延续摩尔定律的新方式。2014年，东芝和闪迪推出了第一批15纳米制程技术的NAND芯片，是当时最小的闪存芯片之一，也预示着2D NAND逼近了制程极限。也是从那时起，在三星、美光等厂商的推动下，3D NAND成为NAND产业继续提升容量、降低成本的新主流。

“NAND从2D转向3D后，堆栈层数不断增加，SK海力士认为层数到600层以上是没问题的。尽管技术难度随着层数增加也在不断增加，但NAND技术路线目前在成本、存储容量等各方面还是达到了一个均衡，其他新技术想要超越还为时尚早。”朱晶说。

由于存储市场具有周期性强、规模效应显著的特点，加上NAND的价格竞争已经较为充分，更高的市场份额显得尤为重要。海力士的收购、铠侠与西数的结盟，都是通过整合资源提升市场份额的方式。“规模”将成为接下来一段时间，NAND市场竞争的关键词。

“整合是难以避免的，这是正常的市场规律，其实东芝和西数的合作也是一种变相整合。在技术没有代际差异的情况下，NAND产品趋于标准化同质化，竞争规模和成本会成为原厂之间主要的竞争点。”王立夫说。

作者丨张心怡

编辑丨连晓东

美编丨马利亚

3D NAND与2D NAND结构详解

3D NAND是memory的一种十分重要的产品，全球知名的存储厂商必备的技术支撑，详见文章：

《3D NAND介绍》

NAND分为2D和3D,有了2D NAND，为什么要升级到3D呢？

2D NAND与3D NAND的存储单元的结构对比

如图：

在2D NAND结构中：

控制栅（Control Gate）：位于顶部，控制下面的浮动栅。通过控制栅的电压，可以控制电子是否可以进入或从浮动栅中离开。

浮动栅（Floating Gate）：位于控制栅下方，被绝缘层包裹，用于存储电子。电子流入或从浮动栅中离开来表示数据的1和0。

Single-Si Channel：这是连接源极（S）和漏极（D）的硅沟道。电子通过这个通道从源极流向漏极，根据浮动栅的电荷状态来控制这个流动，从而读取存储的信息。

而对于3D NAND，

控制栅（Control Gate）：3D NAND的控制栅是环绕着存储柱的立体结构。

Poly-Si Channel：与2D NAND的单晶硅通道不同，3D NAND中的通道是垂直构建的，并由多晶硅材料构成，形成一个立体的存储柱。

氮化硅（Nitride）：3D NAND使用电荷陷阱存储电子。电子被存储在氮化硅中，氮化硅是包裹在多晶硅沟道周围，代替了2D NAND中的浮动栅。这种电荷陷阱层使NAND具有非易失性的数据存储能力。

我们再进一步解剖3D-NAND的结构， 如图：

Silicon wafer base layer：这是3D NAND结构的基础，即硅片。

Silicon bit cell gates：是控制电子流动的门结构，它们决定了是否允许电子进入或离开Silicon channel，从而实现数据的存储和读取。

Silicon dioxide gate dielectric：位于控制栅和Silicon channel之间的绝缘层，其功能是保持控制栅和Silicon channel之间的电气隔离。

Silicon channel：其内部流动的电子被控制栅的电压控制，用以存储信息。

Silicon dioxide tunnel dielectric：它使电子在写入操作中通过隧道效应流入到Silicon nitride charge trap，以及在擦除操作中从Silicon nitride charge trap中移除。

3D NAND的优势？

3D NAND的结构极大地提高了存储密度，并减少了晶体管间的干扰，从而提高了数据的读写速度，减少了功耗，延长了使用寿命。

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