中國集成電路NANDFhlash發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

中國集成電路NANDFhlash發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

NANDFhlash是集成電路的一種。NANDFlash屬于半導(dǎo)體產(chǎn)品，是集成電路的一種。所以，NANDFlash的生產(chǎn)和其他半導(dǎo)體產(chǎn)品一樣，都基于對硅材料進(jìn)行加工，經(jīng)過設(shè)計(jì)、

封裝、測試等步驟，最終成為芯片產(chǎn)品。在晶圓加工環(huán)節(jié)，通過半導(dǎo)體加工工藝，每片晶圓上有數(shù)百顆NANDFlash芯片。這些由無數(shù)個(gè)晶體管電路組成的芯片稱為Die，每個(gè)Die都是一個(gè)獨(dú)立的功能芯片。

NANDFlash容量結(jié)構(gòu)從大到小可依次分為Device、Die、Plane、Block和Page。一個(gè)Device有若干個(gè)Die，每個(gè)Die有若干個(gè)Plane，每個(gè)Plane有若干個(gè)Block，每個(gè)Block有若干個(gè)Page。而一個(gè)Page中包含著多個(gè)Cell，Cell是Page中的最小操作擦寫讀單元，對應(yīng)一個(gè)浮柵晶體管，這些晶體管的存儲量決定于存儲單元的類型。

3DNAND工藝持續(xù)提升，堆疊層數(shù)不斷增加。自三星在2013年研發(fā)出24層3DNAND技術(shù)后，各原廠均投入對3DNAND技術(shù)研發(fā)。在三星、SK海力士等原廠在3D技術(shù)快速發(fā)展的推動下，3DNAND迅速普及且產(chǎn)出比例持續(xù)攀升，現(xiàn)已成為主流制程。此外，根據(jù)技術(shù)發(fā)展路徑，3D堆疊技術(shù)也在持續(xù)提升，3DNAND持續(xù)向更高層數(shù)進(jìn)行堆疊，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不斷迭代。

在2019年5月GSAMEMERY＋論壇上其預(yù)測在未來5年內(nèi)，3DNAND堆疊層數(shù)將達(dá)到500層，10年內(nèi)將可達(dá)到1000層。層數(shù)增加意味著對工藝、材料的要求會提高。此外，在堆疊層數(shù)增加的情況下，雖然存儲堆棧的高度在增大，但每層的厚度卻在縮減。按照目前技術(shù)發(fā)展趨勢，每升級一次堆棧厚度都會變成原來約1.8倍，而層厚度會變成原來約0.86倍。目前，各原廠商都在對3DNAND產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，包括讀寫速度、容量、功耗等。此外，對于成本控制也是原廠需要考慮的因素之一。各原廠對于技術(shù)和成本的追求，將有助于其保持和鞏固市場。

增加存儲孔密度、增加存儲單元密度、邏輯擴(kuò)展增加比特密度是目前擴(kuò)大存儲容量的三個(gè)主要有效方法。三種維度增加容量的效果各不相同，從64層擴(kuò)展到96層時(shí)，存儲孔密度大概增加了10%;存儲單元密度增加了68%;TLC比特密度增加了65%。綜合這三種方法就可以看到整個(gè)閃存容量的增長了。根據(jù)各代產(chǎn)品發(fā)展情況，3DNAND單位面積存儲容量在不斷增大。從三星量產(chǎn)32層128Gb存儲容量為1.86Gb/mm2，到目前東芝存儲堆積到128層512Gb存儲容量為7.8Gb/mm2，單位存儲容量提升已達(dá)到逾4倍。此外，在Die容量相同情況下，由于單位面積存儲容量提升，單Die尺寸將會縮小。所以在相同尺寸的晶圓上，Die產(chǎn)量將會得到提升。技術(shù)迭代在提升單位面積容量的同時(shí)，通過規(guī)?；a(chǎn)降低制造成本，將對原廠形成內(nèi)在激勵。

雖然各方對于3DNAND技術(shù)突破的預(yù)測不盡相同，但產(chǎn)品迭向更高堆疊層數(shù)迭代的趨勢得到一致認(rèn)同。由于堆疊技術(shù)迭代，單位面積存儲容量將得到提升。此外，由于容量提升，對于單Die容量相同的兩代產(chǎn)品而言，新一代產(chǎn)品尺寸將會有所縮減。所以，這將使得同樣大小晶圓產(chǎn)出量將上升，而規(guī)?；a(chǎn)有助于降低生產(chǎn)成本。

一、需求

手機(jī)和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器作為NANDFlash產(chǎn)品主要應(yīng)用方向之二，其出貨量將對NANDFlash產(chǎn)生影響。目前，我國智能手機(jī)出貨量占全球市場份額超過20%，隨著國內(nèi)品牌在性能等方面升級，將提高品牌知名度，銷售量將有望提升。智能手機(jī)出貨量上升使得華為、OPPO、VIVO、小米等已是存儲原廠重要客戶。在服務(wù)器領(lǐng)域，我國廠商在市占率具有一定優(yōu)勢的情況下，疊加國內(nèi)IDC產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，出貨量有望提升。所以，我國相關(guān)廠商對NANDFlash需求有不斷擴(kuò)張的趨勢，基于產(chǎn)能保障等方面考慮形成國產(chǎn)替代需求。

國產(chǎn)品牌正走向世界，我國是智能手機(jī)重要產(chǎn)地之一。華為、OPPO、VIVO、小米等國產(chǎn)品牌近幾年在智能手機(jī)領(lǐng)域發(fā)展迅速。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，華為、小米和OPPO出貨量位居全球品牌第3、第4和第5位；而根據(jù)全年的數(shù)據(jù)，排名2019全年全球智能手機(jī)市場出貨量和市場份額前五的廠商分別為：三星、華為、蘋果、小米、OPPO。2019年全年數(shù)據(jù)顯示，華為已經(jīng)超于蘋果，成為全球第二大智能手機(jī)廠商。我國國產(chǎn)手機(jī)品牌已經(jīng)逐步走出國內(nèi)，面向全球市場。對于我國智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)而言，除國產(chǎn)品牌外，還有部分國外品牌在我國企業(yè)代工。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國智能手機(jī)出貨量在全球份額持續(xù)保持在20%以上，我國已經(jīng)成為智能手機(jī)重要產(chǎn)地之一。

數(shù)據(jù)流量爆發(fā)已經(jīng)成為趨勢，而在這種趨勢下，建設(shè)及升級將激發(fā)對服務(wù)器需求。從全球服務(wù)器市場看，我國服務(wù)器制造商具有一定市場份額，其中新華三市占率為全球第二，而浪潮信息則位列第三。兩者合計(jì)市占率在2019年有小幅度增長。隨著國內(nèi)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)加速和5G下游應(yīng)用開發(fā)，國內(nèi)建設(shè)逐步加速，國內(nèi)服務(wù)器需求將會有所增加，國內(nèi)領(lǐng)先廠商有望進(jìn)一步提升市場份額。

二、政策

在集成電路領(lǐng)域，我國與國外領(lǐng)先國家之間具有一定差距。這種差距在芯片領(lǐng)域尤為明顯，大部分高端芯片需要進(jìn)口，對于產(chǎn)業(yè)安全具有較大影響。而國家對于集成電路產(chǎn)業(yè)扶持在政策和資金上均有所傾斜，為我國集成電路發(fā)展不斷注入活力。目前，在某些領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，并不斷縮小與領(lǐng)先集體之間的差距。

國家發(fā)布政策支持集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展。集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，國家將產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升到戰(zhàn)略高度。自2014年以來，國家大力主導(dǎo)推動整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后頒布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》、《集成電路產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》等政策。此外，各地方政府也頒布地方性政策以扶持相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。存儲器和3D封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展在相關(guān)政策中也有所提及。國家政策對于集成電路產(chǎn)業(yè)扶持將有助于相關(guān)企業(yè)在技術(shù)上對先進(jìn)隊(duì)伍進(jìn)行追趕。

根據(jù)相關(guān)政策，國家對于集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一個(gè)較為明確的目標(biāo)；到2020年要達(dá)到與國際先進(jìn)水平的差距逐步縮小、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力大幅增強(qiáng)；到2030年，我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國際先進(jìn)水平，一批企業(yè)進(jìn)入國際第一梯隊(duì)，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，國家加大對相關(guān)企業(yè)的資金支持，將產(chǎn)業(yè)基金導(dǎo)入到企業(yè)中，實(shí)現(xiàn)資金和政策雙扶持格局。2014年9月24日，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(“大基金”)正式設(shè)立。截至目前，大基金已經(jīng)設(shè)立兩期。對于大基金一期，截至2018年已經(jīng)基本投資完畢，投資額度接近1400億元。而大基金二期在2019年已完成募集，募集規(guī)模約為2000億元，主要聚焦集成電路產(chǎn)業(yè)鏈布局投資，重點(diǎn)投向芯片制造以及設(shè)備材料、芯片設(shè)計(jì)、封裝測試等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，支持行業(yè)內(nèi)骨干龍頭企業(yè)做大做強(qiáng)。大基金資金導(dǎo)入對企業(yè)研發(fā)將有一定促進(jìn)作用，能更好的幫助企業(yè)在技術(shù)上進(jìn)行追趕。

三、3DNAND技術(shù)趨勢

早期由于我國集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)落后于先進(jìn)集團(tuán)，許多高端產(chǎn)品需要進(jìn)口來滿足需求。在2016年前，中國在存儲芯片市場為0，而3DNAND技術(shù)被幾大巨頭所壟斷。長江存儲即是在此背景下成立，其主攻方向?yàn)榇鎯π酒Ｔ趪艺吆痛蠡鸱龀窒拢?DNAND技術(shù)研發(fā)得到支持。長江存儲作為國家存儲器基地的主要承擔(dān)單位，其與中國科學(xué)院微電子研究所聯(lián)合承擔(dān)3DNAND存儲器研發(fā)項(xiàng)目。該項(xiàng)目在2017年取得了標(biāo)志性進(jìn)展，32層3DNAND芯片順利通過電學(xué)特性等各項(xiàng)指標(biāo)測試，達(dá)到預(yù)期要求。此外，該項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了工藝器件和電路設(shè)計(jì)的整套技術(shù)驗(yàn)證，向產(chǎn)業(yè)化道路邁出具有標(biāo)志性意義的關(guān)鍵一步。

在面臨國外領(lǐng)先廠商在技術(shù)壓制情況下，2019年8月長江存儲發(fā)布了Xtacking2.0，此次優(yōu)化意味著在自主研發(fā)的道路上取得了一些進(jìn)步。預(yù)計(jì)在2.0版本構(gòu)架下，將有助于提升NAND吞吐速率、提升系統(tǒng)級存儲的綜合性能。此外，長江存儲表示將跳過96層3DNAND技術(shù)，從而直接進(jìn)入到128層技術(shù)研發(fā)。由于公司跳過中間一代技術(shù)節(jié)點(diǎn)，而進(jìn)入到當(dāng)前領(lǐng)先原廠的研發(fā)節(jié)點(diǎn)上，這將使得公司需要面對更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。新一代技術(shù)的研發(fā)將加快縮小與先進(jìn)集團(tuán)之間的距離，也有助于打開國家市場，打破外資壟斷的局面。

長江存儲是我國3DNAND技術(shù)上的龍頭企業(yè)，其基于Xtacking構(gòu)架的64層產(chǎn)品而長江存儲僅有64層產(chǎn)品，但我國與國外領(lǐng)先原廠的距離已經(jīng)在逐步縮小。此外，長江存儲已推出Xtacking2.0且直指128層3DNAND技術(shù)，這將有助于加快對先進(jìn)技術(shù)的追趕。已經(jīng)量產(chǎn)。雖然國際領(lǐng)先原廠已經(jīng)量產(chǎn)96層3DNAND產(chǎn)品并向下一代產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)。

5G通信所激發(fā)的換機(jī)潮和數(shù)據(jù)流爆發(fā)將會致使NANDFlash需求上升。就手機(jī)而言，一方面5G網(wǎng)絡(luò)使得用戶體現(xiàn)提升吸引著消費(fèi)者；另一方面，各種定位的5G手機(jī)使得各種需求得到滿足。這將激發(fā)消費(fèi)者更換手機(jī)的欲望。此外，5G手機(jī)所使用的NANDFlash容量有所上升，根據(jù)目前所發(fā)布5G手機(jī)的情況,大部分手機(jī)NAND容量為128G起，容量較4G手機(jī)有一倍的提升。手機(jī)對于NANDFlash的需求將會逐步顯現(xiàn)。伴隨著數(shù)據(jù)流量爆發(fā)，IDC行業(yè)景氣度