spi nand应用市场 SPI NorFlash行业与热门应用市场分析

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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SPI NorFlash行业与热门应用市场分析

写在前面：（这篇文章是我在18年的时候在《电子圈》公众号发表的，有些数据已经过时，请大家见谅）本人从事集成电路行业20余年，近年来随着存储芯片技术的飞速发展和广泛应用，我也有幸进入了这个领域，行业资历尚浅，本文部分数据和内容由本人工作中的经验理解和网络资料整理而成，望请大家指正，互相交流！

什么是SPI NOR FLASH？

NOR Flash是一种非易失闪存技术，是Intel在1988年创建。NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。

像“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。

NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口。

SPI NOR FLASH行业应用初探

目前全球90%市场在前5大Nor flash公司，他们是：美光、旺宏、华邦、CYPRESS（已收购台湾宜杨科技）、兆易创新。其他的百分之十的市场被国内的XMC（武汉新芯）、PUYA（普冉）、BOYA（博雅）、XTX（芯天下）和其他品牌等占有。涉及的行业应用涵盖了：玩具、手机、数码相机、电脑、家电、数字机顶盒（DVB、DAB）、安防、蓝牙音响、智能硬件、iOT、AI应用、汽车电子、工控应用等行业。

NorFlash目前的晶圆厂有：台积电、华润上华、联华电子、和舰科技、华虹NEC、华力微电子、武汉新芯、中芯国际等，前几大封装测试厂有：日月光、安靠封测、矽品科技、京隆科技、南通富士通、华润安盛、天水华天等。

大数据运算和AI的广泛渗透性应用，并对侧端的数据运算和储存有更高的需求，IC Insights预计，从现在到2021年，存储器价格平均每年都将上涨1.8%，2017全球存储器市场规模将达到853亿美元，同比增长10%，此后几年存储器市场都将保持健康的增长态势，于2020年达到1000亿美元的规模，2021年可能接近1100亿美元左右，年均增速7.3%，比集成电路整体市场年复合增长率高2.4个百分点。鉴于NorFlash的特性，更多的MCU及DSP需要配备大容量的NorFlash是的需求暴涨。

就拿Norflash的热门应用智能音箱来说（每个智能音箱上最少一颗NorFlash），市场分析公司Canalys发布一份智能音箱报告预测，指出2017年全球智能音箱销量突破3000万台，也验证了智东西在去年11月份结合产业链消息做出的预测。它进一步预测，到今年年底智能音箱全球出货量将达到5630万台，并称2018年将是智能音箱普及的“决定性年份”。那国内的智能音箱又是什么情况呢？

随着互联网巨头的相继涌入，语音交互生态相继建立；尽管未达到“百箱大战”，也有数十款智能音箱产品推出；整个市场规模已初出茅庐达到百万量级，用户认知初步教育，市场前景广阔；产业链各个环节都诞生数家优质企业，专用语音芯片、优质的方案商、语音技术提供商百花齐放，产能逐渐扩大，呈现欣欣向荣之态。数十家智能音箱产品涌入，产品性能逐步稳定，且呈多样化发展。2017年尤其是下半年智能音箱玩家纷纷入局，从互联网巨头的阿里、百度、京东到手机厂商的小米、老牌制造业厂商联想、海尔、国际音频巨头索尼和Sonos、移动运营商中国移动和中国电信再到智能硬件创业公司出门问问、Rokid、互联网内容公司喜马拉雅等纷纷抛出自家品牌的智能音箱，智能音箱已成为一款跨行业跨领域的产品。此外还有一些面向B端并不为大家所知的创业公司如我哥们的公司迪韵科技（mediawin）及问之科技、彩易生活等也推出了智能音箱方案及产品，未来会有更多的传统蓝牙音箱、传统音箱行业涌入，据行业内部人士透露2018年的智能音箱总出货量要超过2亿台。

SPI NorFlash这两年的热门应用就是手机全面屏触控显示电路TDDI AMOLED对8Mb（Full HD）或者32Mb（QHD），18年的市场空间在2.4亿美金左右，考虑到一部分驱动IC嵌入了NorFlash，但是因为芯片的高压制程不同（12V和28V）所以很大的一部分要外挂NorFlash。

SPI NorFlash/SPI NandFlash应用市场

路由器市场也是增量恐怖。国内高速宽带建设正在如火如荼进行，运营商不断提速降费，有些城市的家庭宽带已经50M起步，100M和200M宽带越来越多的进入家庭，甚至千兆宽带已经开始支持办理。面对高速宽带网络，老旧的无线路由器不能让用户在移动端畅享高速上网，将被淘汰。能够支持光纤宽带高速无线路由器，迎来了"改朝换代"的良机。路由器国际前几个品牌：网件、华硕、谷歌、Linksys、TP-LINK、UBNT、TP-link、D-link、腾达、华为、斐讯、小米、360、极路由、荣耀、磊科、水星等，全球出货量最大的公司非TP-link莫属，这两年也开始进军光猫市场（我家里用的光猫就是TP-link品牌的），第二大品牌就是华硕了。这里不可忽视的2、3线品牌的出货量也是非常恐怖，有家路由器厂家（B-link）出货量在每个月3-4KK左右。数据显示， 2017 年上半年家用路由器整体销量占比近17.8%，较 2016 上半年销量增长1.2%，增长明显;较 2015 上半年销量增长7.9%;较 2014 上半年销量增长15.8%，连续四年保持高速增长状态，智能路由器市场保持了良好的增长势头，并加速向纵深发展，产品更新换代速度也不断加快。2016年-2017年千兆路由器增长36%，随着千兆宽带的普及，路由器升级换代会愈演愈烈。随着路由器功能的增加，SPI NorFlash的容量有的厂家已经用到256Mb了，智能路由器用到更大容量的1Gb-2Gb的SPI NandFlash。

电子教学与智能玩具市场：目前SPI NorFlash用在玩具上面主要集中在幼教发声玩具、电动智能玩具（机器人、机器动物等）、原来的应用主要是用OTP（One Time Programmable 一次性可编程）语音IC，随着玩具的功能越来越多，AI语音识别的应用，庞大的侧端数据应用对Flash程序容量需求大增，通常这类玩具会用DSP+外挂SPI NorFlash+MCU的组合来实现功能需求。目前使用的SPI NorFlash容量从4Mb-128Mb均有。早期国内的SPI NorFlash因为抗干扰能力较差，应用在带马达的玩具里面经常会出现丢程序和程序跑飞死机的情况，大多数这类应用不敢使用国产品牌，但随着国内设计能力的提高这类问题很少发生了。有趣的是现在有些客户还会问“你们的Flash能用在有马达的玩具上吗”？看来不少人真是在这个问题上栽过跟头。玩具上的基本应用可以用单通或者双通普通传输速度的芯片，但是在一些功能复杂或者需要录音时延很小的应用上就需要快速的四通道芯片。SPI NorFlash的工作电压分为1.8V/3.3V两种，在应用的时候根据供电情况千万不能选错。

音响市场：主要应用在音响设备的数码回声处理部分，DSP+SPI NorFlash（64Mb主流应用），以前的音响的kalaok主要用模拟回声处理芯片以台湾普诚科技的芯片最为出名，随着DSP（主流芯片为台湾建荣科技的DSP）和存储芯片的广泛应用单价目前也很低，所以目前主流带kalaok的功放及广场舞kalaok机器都用数码回声电路。还有个应用就是舞台音响的防回啸电路也用到DSP+SPI NorFlash。目前也有大量的数字调音台也大量用到SPI NorFlash芯片。

NorFlash市场在未来几年预计维持在两位数以上增长，中性预期下未来几年产能小幅稳健提升。

NorFlash的供给关系：

从供给角度整体收缩，美光逐步退出市场，CYPRESS退出中低容量，台系与大陆厂商进行扩产。中性预期下我们预计17/18/19年全球NOR的产能在20.16/22.95/25.98万片/月，YOY分别为-5.81%/13.84%/13.22%。

美光已经停产其生产NOR的8寸产线，对应月产能2万片/月，而我们预计其另一条月产能1.2万片/月，生产汽车和工控产品的12寸线也有可能在未来几年退出。

另一方面，CYPRESS近期也宣布持续退出中低容量的NOR，转而专注汽车与工控领域。2017年的CYPRESS分析师见面会， CEO Hassane El-Khoury声明公司NOR的目标是维持毛利率在50%，而传统应用毛利率普遍在25%左右（兆易创新存储部分2016年毛利率25%；旺宏2016年毛利率24 %），因此公司将会专注于汽车与工控等高端市场。CYPRESS此前已经退出部分传统市场，对应8000万美元的市场规模，预计未来2-4年将会将其产能减少至50%以下。

而另一方面，台湾和大陆预计未来将会持续扩产，抢占市场。根据华邦电、旺宏、力晶等台系大厂未来几年都有明确的扩产计划，其中力晶甚至会逐步将LCD驱动IC转移至合肥厂生产，空余产能生产NOR，最高产能高达2.4万片/月（12寸）。而对于大陆NOR扩产，我们持有谨慎关注态度，与竞争对手不同，国内NOR生产主要由代工厂生产，而NOR一般是毛利率最低的产品，代工厂一般不会主动加大NOR的产能，另一方面国内NOR大厂武汉新芯上游硅片受到日系厂商限制，预计今明两年对大陆NOR总供给产生影响，产能的供给侧还有个大鳄不容忽视那就是兆易创新（GD）的12寸晶圆厂，10月27日，兆易创新发布关于签署合作协议的公告，公告称为进一步推动发展，兆易创新与合肥市产业投资控股（集团）有限公司（以下简称“合肥产投”）于10月26日签署了《关于存储器研发项目之合作协议》（以下简称“《合作协议》”），约定双方在安徽省合肥市经济技术开发区合作开展工艺制程19nm存储器的12英寸晶圆存储器（含DRAM等）研发项目（以下简称“项目”），项目预算约为180亿元人民币。因此，综合以上信息，假定不存在新的进入者，中性预期下我们预计17/18/19年全球NOR的产能在20.16/22.95/25.98万片/月（该数据不包括GD合肥的19nm的晶圆厂量产的产能，预计量产时间要在2020年以后才会影响供给侧），YOY分别为-5.81%/13.84%/13.22%。

写在后面：随着国内IC设计公司涌入存储产品领域，进口SPI NorFlash的中低端应用将全面退出中国，而在汽车电子、工业控制、机器人应用、航空航天、军工产品等领域的应用，国外的产品还将占据一定份额，但我相信随着国内人才的递增、海龟行业精英的归来和国家政策的扶持，我们一定会占领行业制高点！

作者： 蒋卫华（13724373451），现任深圳市彤芯科技有限公司总经理，从事半导体行业二十多年，曾在台湾MCU原厂佑华、台湾义隆MCU代理商、智联纬创（智能家居方案商）等任职。

Flash出货130亿颗，兆易创新三大核心业务成绩如何？

在近日的“2020兆易创新全国巡回研讨会·深圳站”上，兆易创新各业务部的负责人系统介绍了其生态系统的产品组合，并分享了最新的产品，包括了全新GD25/GD55 B/T/X系列SPI NOR Flash、基于RISC-V/Cortex-M33内核的MCU和高性能光学指纹识别方案等。

受新冠疫情影响，上半年“国产替代”需求旺盛，据《国际电子商情》了解，2020年Q1兆易创新的营收为8.05亿元，同比增长76.51%，归属于上市公司股东净利润1.68亿元，同比激增323.24%。 据观察，近年来兆易创新致力于构建其“存储+控制+传感”生态系统，在各个领域都已做出显眼的成绩。

三大核心构建完整生态系统

图1 兆易创新存储+控制+传感生态系统

自2005年成立，2008年发力SPI NOR Flash，2013年推出MCU和SPI NAND Flash，到2016年成功上市，2017年大基金入股并与合肥政府签订DRAM合作项目，到2019年收购思立微涉猎传感器领域，累计出货超130亿颗Flash……经过15年的发展，兆易创新在中国乃至全球市场都取得了优异的成绩，并建立起以存储器（Memory）、微控制器（MCU）、传感器（Sensor）三大核心业务为主体的生态系统。

据兆易创新代理总经理何卫介绍，现在兆易创新是全球排名第一的无晶圆厂NOR Flash供应商，市占率为国内第一、全球第三；中国排名第一的32位Arm通用型MCU供应商，包括24个系列、320余款产品，累计出货量超过4亿颗；中国排名第二的指纹传感器供应商，其触控芯片在全球排名第四，指纹芯片排名第三。

在万物互联的时代，中国市场还有很大的发展空间，为了能在未来市场获得一席之地，需要企业提前做好布局。对此，兆易创新不断地完善Memory+MCU+Sensor产品组合，力求形成更完整的物联网产品内部生态系统，好为用户提供一站式解决方案。为实现该目标，兆易创新已经与产业链上下游供应商，如中芯国际、华天科技、联华电子等厂商建立了合作关系。以MCU为例，《国际电子商情》记者注意到，近年来兆易创新推出了MCU百货商店计划，围绕该计划将陆续推出更多的MCU周边产品。

图2 MCU百货商店

NOR Flash & NAND Flash共赢利基市场

作为发家业务板块，存储是兆易创新最重要的核心业务。在存储板块，当前兆易创新主要侧重于利基市场，主要产品有SPI NOR Flash、SPI NAND Flash等。

图3 NOR Flash业务线

图4 SPI NOR Flash产品线路图

目前全球NOR Flash的市场规模大约为30亿美金，未来该市场还可保持10%以上速度成长。据介绍，兆易创新量产的NOR Flash满足1.8V、2.5V、3.5V以及宽电压，512Kb到512Mb2Gb容量（1Gb、2Gb容量NOR Flash正在研发中），主要适用于手机、PC等传统应用中，未来也将在智能穿戴、汽车电子等以5G/IoT为基础的领域有较好的应用。

兆易创新Flash事业部市场经理薛霆则从市场方面来探讨。他认为以前的NOR Flash产品形态单一且市场也相对较集中，但客户的需求让市场趋于碎片化，在规格及产品多样化需求下，单一的形态不再适用于市场发展。

与NOR Flash相比，NAND Flash具有单元尺寸更小、写入和擦除速度更高的特点。但它的缺点是较慢的读取速度和I/O映射类型或间接接口，这让它更复杂且不允许随机访问。而NAND Flash中的代码执行，一般是通过将内容映射到RAM来实现。另外，NAND Flash存在坏块，器件内需要集成ECC（错误检查和纠正）功能。因此，IoT终端客户可根据实际情况选择采用NOR Flash或NAND Flash。

据何卫介绍，NAND Flash全球市场规模约为500亿美金，兆易创新的SPI NAND Flash覆盖了2D SLC NAND的主流产品，其市场规模约为NAND Flash的10%，达到50亿美金。而国际大厂正在淡出2D NAND市场，对国内2D NAND企业来说，是一个很好的机遇。兆易创新希望能复制NOR Flash模式，在NAND Flash产品上形成一个新的增长点。

六大应用场景和五大趋势

按照Flash产品的特性，它主要可应用于六大场景。第一个是消费电子，如收音机、DVD、电视机、TWS耳机等；第二个是物联网，如WiFi、蓝牙、loT产品等；第三个是汽车和工业控制，如基站等；第四个是网络、通信，如有线/无线连接；第五个是手机，如指纹解锁、屏幕解锁等；第六个是计算机，启动电脑需要Flash，显卡、硬盘内部也需要Flash。

不同应用场景对存储提出了新的要求，未来存储将趋向大容量、高性能、高可靠、低功耗、小封装方向发展。以兆易创新为例，它为迎合存储的未来趋势，做了一系列新动作。比如：大容量NOR Flash产品即将应用于5G基站；NAND Flash技术将从38纳米升级到24纳米；推出业内最高吞吐量的产品系列，在可靠性上支持ECC纠错功能；推出针对可穿戴和电池应用的产品，继续发展1.2V产品系列；推出业内最小的1.5mm×1.5mm USON封装产品。据了解，从2020年起，兆易创新的Flash产品开始从65nm切换到55nm，这将减少芯片的面积，适应于更小型化的器件。

MCU应用处于持续爆发期

图5 MCU业务线

目前，MCU的发展正处于持续爆发期，预计5年内全球市场规模将超过200亿美金。作为智能控制的核心，MCU受惠于物联网、汽车电子等应用领域的持续爆发。据了解，截至目前，兆易创新MCU出货已超过4亿颗，客户数量也超过了2万个。

图6 GD32 MCU产品发布里程碑事件

兆易创新MCU事业部产品经理陈奇表示，GD32 MCU保持着多项全国首发的成绩。比如，2013年4月，发布第一颗国产Cortex-M3 32bit MCU；2016年6月，发布第一颗国产Cortex-M4 32bit MCU；2018年10月，发布第一颗Cortex-M23 32bit MCU；2019年8月，发布第一颗国产RSIC-V 32bit MCU。

在诸多全国首发背景下，兆易创新在中国MCU市场上的表现也可圈可点。根据HIS Market 2018年中国Cortex MCU厂商市场份额与排名统计表，兆易创新的排名是第三、市占比9.4%。排第一和第二的企业分别是ST（47.4%）和NXP（25.2%），仅这两家就占据了中国Cortex MCU 70%以上的市场份额。这体现出在与欧美厂家的对标中，中国厂商还有很长的路要走。

·GD32 MCU覆盖全性能产品

图7 GD32 MCU产品介绍

目前，GD32 MCU系列根据性能分为：专用型、入门型、主流型、高性能四大类，又可根据不同内核细分为Cortex-M3、Cortex-M23、Cortex-M4、RISC-V四个型号。其中，Cortex-M23型号都是入门级MCU；Cortex-M3型号横跨入门型、主流型、高性能三类；Cortex-M4型号覆盖全部性能，品；RISC-V型号暂时只有主流型产品GD32VF103。

Cortex-M4内核是针对主流市场主推的产品型号，其高性能产品在内核主频上有明显的提升，容量也比较大，还新增了高速存储外设接口、MCU接口以及直接驱动的接口。Cortex-M4高性能MCU主要的应用场景是人机互动以及工业标记应用。Cortex-M4入门型MCU比主流型MCU更精简，通常是以20pin到48pin的小封装应用场景为主，面向电机控制、传感器模块等应用。

图8 GD32 V系列RISC-V内核MCU

基于RISC-V内核的通用MCU GD32VF103在2019年8月发布，该产品的性能比Cortex-M4内核GD32F103提升了15%，主要是因为产品工艺有了提升。

图9 GD32 Cortex-MCU不同的封装类型

陈奇强调GD32 MCU产品具备丰富的封装类型，从最小3mm*3mm封装到24mm*24mm，同时还在规划0.5mm pitch的QFN64和QFN56。各种封装类型使得该产品可适用的领域非常广泛。比如无线连接，今年兆易创新推出loT领域的Wi-Fi产品，后续将会面向工业级别市场推出相应的产品；超低功耗MCU，针对电池供电的设备、便携式设备以及可穿戴设备；汽车级产品，包括满足汽车级产品认证、车身控制系统、辅助驾驶系统。针对汽车应用MCU产品，兆易创新将于2022年计划立项。

Cortex-M33是基于Cortex-M4内核的升级版，Cortex-M33是2016年左右推出的产品，面向未来loT市场。兆易创新沿袭了Cortex-M4在工业市场上的优势，新增了模拟外设。同时，Cortex-M33的内核可提高边缘端处理的安全性。对可基于MCU做无线连接的设备而言，使用该系列MCU可提高自身的边缘端的安全能力和计算能力，还能通过工作模式来降低功耗。

传感器市场应用将增长到百亿级别

2019年兆易创新成功收购了思立微，后者专注研发生物识别传感器SoC芯片和解决方案。通过此次收购，兆易创新初步搭建起“Memory+MCU+Sensor”的生态模式。

兆易创新Sensor事业部高级产品经理孙云刚透露说，思立微在2018年就已经推出了全球第一颗单芯片光学指纹芯片，同年还大规模量产了光学指纹方案，到2019年研发出第一颗一体式MEMS超声波指纹芯片，2020年还将推出ToF芯片。

图10 传感器下游应用

孙云刚说：“兆易创新传感器事业部的产品是以声、光、电为基础，具体涉及到光学指纹、光学ToF、电容指纹、触控芯片、超声波指纹等技术，具体应用包括智能手机、平板电脑、工业控制、汽车电子、可穿戴设备等。”

据了解，兆易创新传感器产品线按应用分，可分为触摸应用、指纹应用、健康、音频以及视觉五大类。在触摸应用上，支持全部尺寸的应用；指纹应用中包含声学、光学全系列的指纹识别的芯片；在健康领域有超声波心率/血压检测；音频领域有硅麦；视觉领域有ToF。

图11 ToF解决方案

值得注意的是，孙云刚特别强调了ToF解决方案。该解决方案基于9001 ToF芯片，可支持1350nm和1550nm长波段以及940波段，符合未来屏下方向需求。基于以上特点，使用ToF解决方案的设备在户外使用时的表现将非常出色。当然，除了ToF之外，兆易创新在指纹识别、触摸业务方面均有做出成绩，同时也在布局硅麦市场。