疫情催化,新基建加持,国产存储能否解决缺“芯”之苦

原创 admin  2020-03-13 09:33 

江湖上,关于存储的话题从没间断。

作为全球最大的电子产品制造国和重要的电子产品消费市场,中国对存储芯片有着长久且巨大的需求。而在存储领域,韩国三星、海力士和美国美光三家企业把控了全球主要市场份额。

根据最新的统计数据,2019年中国进口的3000多亿美元芯片产品中,存储芯片大概占了1/3,价值千亿美元的内存、闪存芯片国产率基本为0。触目惊心的进口数据,更凸显国产存储存在的巨大缺口。

国产存储布局

在存储方面,国家并不是从不作为,恰恰相反,中国在存储器领域一直在持续布局。

1975年,北京大学物理系半导体研究小组,由王阳元等人设计出我国第一批三种类型(硅栅NMOS、硅栅PMOS、铝栅NMOS)的1K DRAM动态随机存储器。

图:王阳元领导的课题组研制成功第一块三种类型的1024位MOS动态随机存储器

1978年10月,中国科学院成立半导体研究所,由王守武领导,研制4K DRAM,次年在中科院109厂投入批量生产(比美国晚六年)。

1981年中科院半导体所又研制成功16K DRAM。

1985年,江苏无锡江南无线电器材厂(742厂)制造出中国第一块64K DRAM。

1986 年,电子部厦门集成电路发展战略研讨会上提出“七五”期间我国集成电路技术“531”发展战略,即普及推广 5 微米技术,开发 3 微米技术,进行 1 微米技术科技攻关。在技术基础向前推进的基础下,1986-1989 年,由 742 厂和永川半导体所无锡分所合并成立了华晶电子集团,成功研制了中国人第一块 64k DRAM,采用 2.5 微米工艺。

1990年11月,清华大学李志坚院士研制成功具有我国独立自主版权、在性能指标上达到世界先进水平的1兆位汉字只读存储器(1M ROM)芯片,突破国外对先进科技的禁运,满足国家的战略需求。

1993年,已经改组的无锡华晶电子公司(原无锡742厂),制造出中国第一块256K DRAM。

2005年,兆易创新成立,其早期以SRAM起家,并于2006年8月量产低功耗SRAM产品;后期开始做NOR Flash,并于2008年1月开始量产第一颗180nm产品。

2006年,武汉新芯成立(也就是后来的长江存储的前身),最初决定生产DRAM,孰料工厂还未完工,就遭遇全球DRAM价格崩盘,于是果断转向NOR闪存产品。

2014年6月,国家颁布《集成电路产业发展推进纲要》,提出设立国家集成电路产业基金(简称“大基金”),将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。在存储器制造方面,大基金与湖北省、紫光集团集中投资了长江存储NAND Flash项目(投资近190亿元),这也是大基金单笔最大投资。

转折的到来

2016年,国产存储进入历史的转折, 在提高存储芯片的自给自足率方面,长江存储、合肥长鑫、福建晋华成为拉动国产存储产业发展的三股重要力量,长江存储主攻 NAND,长鑫与晋华则是DRAM。可以这么说,2016年之后国产存储开启了三大厂“三足鼎立”的时期。

国产存储领域最先取得突破的是长江存储,其在2017年10月通过“自研+国际合作”方式设计制造了中国首款 3D NAND 闪存。

长江存储成立于2016年7月,由紫光集团、国家集成电路产业投资基金、湖北省集成电路产业投资基金、湖北科投在武汉新芯的基础上组建而成。

2016年12月,以长江存储为主体的国家存储器基地正式开工建设,其中包括3座全球单座洁净面积最大的3D NAND Flash FAB厂房、1座总部研发大楼和其他若干配套建筑,预计项目建成后总产能将达到30万片/月,年产值将超过100亿美元。

最新消息显示,2019年9月,长江存储已经开始量产基于Xtacking架构的64层256Gb TLC 3D NAND闪存。这是全球首款基于Xtacking架构设计并实现量产的闪存产品,拥有同代产品中最高的存储密度,同时也是中国首款64层3D NAND闪存,意义可谓重大。

除此之外,根据规划,2020年底长江存储的64层3D NAND闪存的产能有望提升至6万片晶圆/月的规模。2020年,长江存储会跳过96层堆栈直接杀向128层堆栈,力求进一步缩短与三星、东芝等头部企业的差距。

在DRAM领域引领国产进步的则是合肥长鑫,它的成长轨迹要短得多。

图:来源于国泰证券研究所

2019年9月,合肥长鑫正式投产19nm工艺8GbDDR4,预计2021年完成17nm技术研发。这标志着我国在内存芯片领域实现量产技术突破,拥有了这一关键战略性元器件的自主产能。

据了解,合肥长鑫通过与奇梦达的合作,将一千多万份有关DRAM的技术文件及2.8TB数据收归囊中,这也是长鑫存储最初的DRAM技术来源之一。

合肥长鑫成立于2016年6月,由兆易创新、中芯国际前 CEO 王宁国与合肥产投签订协议成立,主要股东为合肥市政府与北京兆易创新,主攻 DRAM 方向。2017年9月,国家大基金宣布入股国产存储芯片厂商兆易创新,取得约11%股权,成为了其第二大股东。

根据规划,长鑫存储合肥12英寸晶圆厂分为三期,第一期满载产能为12 万片,预计分为三个阶段执行,第一阶段要完成单月4万片,目前为2万片,2020年第一季底达到4万片。2020年开始规划建设二期项目,并于2021年完成17nm工艺的DRAM研发。

而早于长江存储和合肥长鑫几个月成立的福建晋华却没有它们那么顺利。

2016年2月,福建晋华由福建省电子信息集团、晋江能源投资集团有限公司等共同出资设立。晋华项目已列入国家 “十三五(2016~2020年) ”集成电路生产力规划的重要布局中,并且获得国家专项建设基金支持。

2017年11月,由联电与福建晋华集成电路公司合作的12寸DRAM生产线 (晋华项目)主厂房正式封顶。该FAB 主厂房,面积达 27.4万平方米,将于2018年下半年投入使用。

根据规划,福建晋华的制造技术工作主要交由联电进行,整体晋华项目的第1期,总计将投入 53 亿美元,并将于 2018 年第3季正式投产,届时导入32纳米制程的12寸晶圆月产能,预计达到6万片的规模。公司目标最终推出20纳米产品,规划到 2025 年四期建成月产能 24 万片。

然而到了2018年10月,美国表示福建晋华即将完成DRAM的大量生产能力有可能是来自美国的技术,威胁到了美国军事系统基本供应商的长期经济生存能力。随即,美国商务部宣布对福建晋华集成电路有限公司实施禁售令,禁止美国企业向后者出售技术和产品。接着,联电也宣布暂停为福建晋华提供研发协助。福建晋华的DRAM生产研发由此几乎陷入停滞。

至此,中国三大存储厂商似乎走到了命运的分水岭。已经停摆的福建晋华命运尚未可知,而长江存储与合肥长鑫都将在2020年进入积极的产能爬坡期,预期将促使设备需求大幅增长。

国产存储的机会

作为全球最大的存储芯片消耗国,如果无法实现存储芯片的自主,就意味着关键命脉被掌握在国外厂商手中。而且,存储芯片不仅是数据最重要的载体,更关乎到各行各业的信息数据的安全。所以,无论是产业需求还是市场战略,存储产品的国产化都迫在眉睫。

而近年来,随着国际形势的变动和国内政策的推进,国产存储发展的机会也逐渐清晰。

一方面,疫情已经蔓延到全球,目前韩国已成为中国之外新冠肺炎感染高发地区。2月底,三星集团已有员工确诊病例,DRAM 大厂SK海力士也有1名员工出现肺炎症状,并对800名员工进行隔离。祸不单行,3月8日,三星电子位于京畿道华城市半月洞的半导体工厂废水处理厂发生火灾,该厂主要用于生产DRAM颗粒和NAND存储芯片。

接连发生的这两个事件,业内普遍认为,这将对全球消费电子产业带来持续影响,特别是智能手机以及DRAM两大产业。而在存储方面,中国对韩国的依赖非常大,根据韩国产业通商资源部数据,2019年韩国存储相关产品金额高达468亿美金,其中向中国大陆出口金额为259.26亿美金,排名第一,排名第二的是中国香港地区,金额163.21亿美元。

虽然从目前来看,三星、SK海力士、铠侠的Fab工厂生产暂无影响,但是如果疫情持续蔓延,出入境或将加强管控,全球贸易货物进出口检疫制度也将升级,这会给企业产品运输和出口增加压力。反过头看,国内疫情基本控制住,在国外芯片受到影响而国内影响已经不大的情况下,国产芯片势必会成为各个公司优先选择目标。

另一方面,除了受到国际环境的影响外,我国对存储的需求也与日俱增。2019年,我国正式步入5G商用元年。当前5G的峰值传输速度或达1Gbps,未来随着毫米波技术的引入,这一速度有望超过10Gbps。相比速度的步步高升,目前的存储环境,却显得有些不匹配,相关设备恐难以“消化”闪送而来的海量数据。有人甚至戏言,数据传输用上了5G,但存储似乎还停在4G时代。此外,采集、存储、计算、分析,这是大型数据文件一般的处理步骤。传输只是开始,接下来就是存储。没有存储,就谈不上计算、分析。

另外,今年3月4日,中央召开会议,表示要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度,简称新基建。5G、云计算等新一代信息技术的应用离不开海量数据的处理、存储和软件的云化,数据中心作为底层基础设施有望持续增长。业内人士认为,随着“新基建”的推进,云计算服务部署提速,数据中心扩容步伐会相应加快,相关设备及服务需求随之增加。

结语

不管是国际外在因素影响,还是国内需求拉动,国产存储产业的崛起已是必然。深受存储芯片短缺之苦的中国,在近几年掀起了一股存储芯片发展热潮。经过坚持不懈的努力之后,中国在存储芯片领域开始取得新的突破。

金十数据指出,到2020年底,长江存储和合肥长鑫加起来将有每月10万片的出货量。这10万片意味着中国推动技术自给自足的努力即将取得重大突破,同时也是打破美日韩垄断的关键。而日媒也表示,中国新兴芯片产业的产量有望在2020年底占到全球存储芯片总产量的5%左右,而这一占比在去年还几乎为零。

合肥长鑫董事长兼CEO朱一明曾在公开场合如此评价长鑫:“长鑫的‘树上结出了苹果’,尽管是‘青苹果’,但是会‘成熟’。”而这句自评也同样适用于目下国产存储产业。

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