疫情催化,新基建加持,國產存儲能否解決缺“芯”之苦

江湖上,關於存儲的話題從沒間斷。

作為全球最大的電子產品製造國和重要的電子產品消費市場,中國對存儲芯片有著長久且巨大的需求。而在存儲領域,韓國三星、海力士和美國美光三家企業把控了全球主要市場份額。

根據最新的統計數據,2019年中國進口的3000多億美元芯片產品中,存儲芯片大概佔了1/3,價值千億美元的內存、閃存芯片國產率基本為0。觸目驚心的進口數據,更凸顯國產存儲存在的巨大缺口。

國產存儲佈局

在存儲方面,國家並不是從不作為,恰恰相反,中國在存儲器領域一直在持續佈局。

1975年,北京大學物理系半導體研究小組,由王陽元等人設計出我國第一批三種類型(硅柵NMOS、硅柵PMOS、鋁柵NMOS)的1K DRAM動態隨機存儲器。

疫情催化,新基建加持,國產存儲能否解決缺“芯”之苦

圖:王陽元領導的課題組研製成功第一塊三種類型的1024位MOS動態隨機存儲器

1978年10月,中國科學院成立半導體研究所,由王守武領導,研製4K DRAM,次年在中科院109廠投入批量生產(比美國晚六年)。

1981年中科院半導體所又研製成功16K DRAM。

1985年,江蘇無錫江南無線電器材廠(742廠)製造出中國第一塊64K DRAM。

1986 年,電子部廈門集成電路發展戰略研討會上提出“七五”期間我國集成電路技術“531”發展戰略,即普及推廣 5 微米技術,開發 3 微米技術,進行 1 微米技術科技攻關。在技術基礎向前推進的基礎下,1986-1989 年,由 742 廠和永川半導體所無錫分所合併成立了華晶電子集團,成功研製了中國人第一塊 64k DRAM,採用 2.5 微米工藝。

1990年11月,清華大學李志堅院士研製成功具有我國獨立自主版權、在性能指標上達到世界先進水平的1兆位漢字只讀存儲器(1M ROM)芯片,突破國外對先進科技的禁運,滿足國家的戰略需求。

1993年,已經改組的無錫華晶電子公司(原無錫742廠),製造出中國第一塊256K DRAM。

2005年,兆易創新成立,其早期以SRAM起家,並於2006年8月量產低功耗SRAM產品;後期開始做NOR Flash,並於2008年1月開始量產第一顆180nm產品。

2006年,武漢新芯成立(也就是後來的長江存儲的前身),最初決定生產DRAM,孰料工廠還未完工,就遭遇全球DRAM價格崩盤,於是果斷轉向NOR閃存產品。

2014年6月,國家頒佈《集成電路產業發展推進綱要》,提出設立國家集成電路產業基金(簡稱“大基金”),將半導體產業新技術研發提升至國家戰略高度。在存儲器製造方面,大基金與湖北省、紫光集團集中投資了長江存儲NAND Flash項目(投資近190億元),這也是大基金單筆最大投資。

轉折的到來

2016年,國產存儲進入歷史的轉折, 在提高存儲芯片的自給自足率方面,長江存儲、合肥長鑫、福建晉華成為拉動國產存儲產業發展的三股重要力量,長江存儲主攻 NAND,長鑫與晉華則是DRAM。可以這麼說,2016年之後國產存儲開啟了三大廠“三足鼎立”的時期。

國產存儲領域最先取得突破的是長江存儲,其在2017年10月通過“自研+國際合作”方式設計製造了中國首款 3D NAND 閃存。

長江存儲成立於2016年7月,由紫光集團、國家集成電路產業投資基金、湖北省集成電路產業投資基金、湖北科投在武漢新芯的基礎上組建而成。

2016年12月,以長江存儲為主體的國家存儲器基地正式開工建設,其中包括3座全球單座潔淨面積最大的3D NAND Flash FAB廠房、1座總部研發大樓和其他若干配套建築,預計項目建成後總產能將達到30萬片/月,年產值將超過100億美元。

最新消息顯示,2019年9月,長江存儲已經開始量產基於Xtacking架構的64層256Gb TLC 3D NAND閃存。這是全球首款基於Xtacking架構設計並實現量產的閃存產品,擁有同代產品中最高的存儲密度,同時也是中國首款64層3D NAND閃存,意義可謂重大。

疫情催化,新基建加持,國產存儲能否解決缺“芯”之苦

除此之外,根據規劃,2020年底長江存儲的64層3D NAND閃存的產能有望提升至6萬片晶圓/月的規模。2020年,長江存儲會跳過96層堆棧直接殺向128層堆棧,力求進一步縮短與三星、東芝等頭部企業的差距。

在DRAM領域引領國產進步的則是合肥長鑫,它的成長軌跡要短得多。

疫情催化,新基建加持,國產存儲能否解決缺“芯”之苦

2019年9月,合肥長鑫正式投產19nm工藝8GbDDR4,預計2021年完成17nm技術研發。這標誌著我國在內存芯片領域實現量產技術突破,擁有了這一關鍵戰略性元器件的自主產能。

據瞭解,合肥長鑫通過與奇夢達的合作,將一千多萬份有關DRAM的技術文件及2.8TB數據收歸囊中,這也是長鑫存儲最初的DRAM技術來源之一。

合肥長鑫成立於2016年6月,由兆易創新、中芯國際前 CEO 王寧國與合肥產投簽訂協議成立,主要股東為合肥市政府與北京兆易創新,主攻 DRAM 方向。2017年9月,國家大基金宣佈入股國產存儲芯片廠商兆易創新,取得約11%股權,成為了其第二大股東。

根據規劃,長鑫存儲合肥12英寸晶圓廠分為三期,第一期滿載產能為12 萬片,預計分為三個階段執行,第一階段要完成單月4萬片,目前為2萬片,2020年第一季底達到4萬片。2020年開始規劃建設二期項目,並於2021年完成17nm工藝的DRAM研發。

而早於長江存儲和合肥長鑫幾個月成立的福建晉華卻沒有它們那麼順利。

2016年2月,福建晉華由福建省電子信息集團、晉江能源投資集團有限公司等共同出資設立。晉華項目已列入國家 “十三五(2016~2020年) ”集成電路生產力規劃的重要佈局中,並且獲得國家專項建設基金支持。

2017年11月,由聯電與福建晉華集成電路公司合作的12寸DRAM生產線 (晉華項目)主廠房正式封頂。該FAB 主廠房,面積達 27.4萬平方米,將於2018年下半年投入使用。

根據規劃,福建晉華的製造技術工作主要交由聯電進行,整體晉華項目的第1期,總計將投入 53 億美元,並將於 2018 年第3季正式投產,屆時導入32納米制程的12寸晶圓月產能,預計達到6萬片的規模。公司目標最終推出20納米產品,規劃到 2025 年四期建成月產能 24 萬片。

然而到了2018年10月,美國表示福建晉華即將完成DRAM的大量生產能力有可能是來自美國的技術,威脅到了美國軍事系統基本供應商的長期經濟生存能力。隨即,美國商務部宣佈對福建晉華集成電路有限公司實施禁售令,禁止美國企業向後者出售技術和產品。接著,聯電也宣佈暫停為福建晉華提供研發協助。福建晉華的DRAM生產研發由此幾乎陷入停滯。

至此,中國三大存儲廠商似乎走到了命運的分水嶺。已經停擺的福建晉華命運尚未可知,而長江存儲與合肥長鑫都將在2020年進入積極的產能爬坡期,預期將促使設備需求大幅增長。

國產存儲的機會

作為全球最大的存儲芯片消耗國,如果無法實現存儲芯片的自主,就意味著關鍵命脈被掌握在國外廠商手中。而且,存儲芯片不僅是數據最重要的載體,更關乎到各行各業的信息數據的安全。所以,無論是產業需求還是市場戰略,存儲產品的國產化都迫在眉睫。

而近年來,隨著國際形勢的變動和國內政策的推進,國產存儲發展的機會也逐漸清晰。

一方面,疫情已經蔓延到全球,目前韓國已成為中國之外新冠肺炎感染高發地區。2月底,三星集團已有員工確診病例,DRAM 大廠SK海力士也有1名員工出現肺炎症狀,並對800名員工進行隔離。禍不單行,3月8日,三星電子位於京畿道華城市半月洞的半導體工廠廢水處理廠發生火災,該廠主要用於生產DRAM顆粒和NAND存儲芯片。

接連發生的這兩個事件,業內普遍認為,這將對全球消費電子產業帶來持續影響,特別是智能手機以及DRAM兩大產業。而在存儲方面,中國對韓國的依賴非常大,根據韓國產業通商資源部數據,2019年韓國存儲相關產品金額高達468億美金,其中向中國大陸出口金額為259.26億美金,排名第一,排名第二的是中國香港地區,金額163.21億美元。

雖然從目前來看,三星、SK海力士、鎧俠的Fab工廠生產暫無影響,但是如果疫情持續蔓延,出入境或將加強管控,全球貿易貨物進出口檢疫制度也將升級,這會給企業產品運輸和出口增加壓力。反過頭看,國內疫情基本控制住,在國外芯片受到影響而國內影響已經不大的情況下,國產芯片勢必會成為各個公司優先選擇目標。

另一方面,除了受到國際環境的影響外,我國對存儲的需求也與日俱增。2019年,我國正式步入5G商用元年。當前5G的峰值傳輸速度或達1Gbps,未來隨著毫米波技術的引入,這一速度有望超過10Gbps。相比速度的步步高昇,目前的存儲環境,卻顯得有些不匹配,相關設備恐難以“消化”閃送而來的海量數據。有人甚至戲言,數據傳輸用上了5G,但存儲似乎還停在4G時代。此外,採集、存儲、計算、分析,這是大型數據文件一般的處理步驟。傳輸只是開始,接下來就是存儲。沒有存儲,就談不上計算、分析。

另外,今年3月4日,中央召開會議,表示要加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度,簡稱新基建。5G、雲計算等新一代信息技術的應用離不開海量數據的處理、存儲和軟件的雲化,數據中心作為底層基礎設施有望持續增長。業內人士認為,隨著“新基建”的推進,雲計算服務部署提速,數據中心擴容步伐會相應加快,相關設備及服務需求隨之增加。

結語

不管是國際外在因素影響,還是國內需求拉動,國產存儲產業的崛起已是必然。深受存儲芯片短缺之苦的中國,在近幾年掀起了一股存儲芯片發展熱潮。經過堅持不懈的努力之後,中國在存儲芯片領域開始取得新的突破。

金十數據指出,到2020年底,長江存儲和合肥長鑫加起來將有每月10萬片的出貨量。這10萬片意味著中國推動技術自給自足的努力即將取得重大突破,同時也是打破美日韓壟斷的關鍵。而日媒也表示,中國新興芯片產業的產量有望在2020年底佔到全球存儲芯片總產量的5%左右,而這一佔比在去年還幾乎為零。

合肥長鑫董事長兼CEO朱一明曾在公開場合如此評價長鑫:“長鑫的‘樹上結出了蘋果’,儘管是‘青蘋果’,但是會‘成熟’。”而這句自評也同樣適用於目下國產存儲產業。

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