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美光投向“敌营”,留给英特尔3D Xpoint的时间不多了

2018-09-05
关键词: Intel Micron NandFlash

由于对未来技术发展路线的看法出现歧异,英特尔(Intel)与美光(Micron)在NAND Flash方面的技术合作将在一年后告终。未来美光的第四代3D NAND Flash将放弃使用浮闸(Floating Gate)技术,转向电荷捕捉(Charge Trap)。业界常将此事解读为电荷捕捉技术大获全胜,成为未来NAND Flash所采用的主流技术,因为目前除了英特尔跟美光之外,三星(Samsung)、东芝(Toshiba)与海力士(SK Hynix)都已改用电荷捕捉来生产3D NAND Flash。


西瓜偎大边电荷捕捉大获全胜


在半导体的世界里,一项技术能否成功,供需两端的规模都是非常重要的因素。美光的NAND Flash产品发展路线决定从浮闸转向电荷捕捉,正是因为除了英特尔跟美光之外,业内已经没有其他供应商采用浮闸技术。


由于美光决定转向,未来还会坚守浮闸技术的NAND Flash供应商将只剩下英特尔。对英特尔来说,这是一个相当不利的情况。一来日后所有的研发费用将必须独自承担,二来设备供应链业者愿意力挺到何种程度,也是个问题。英特尔的设备采购订单再大,也无法跟三星、东芝、海力士等业者的设备需求总量相比。设备业者在商言商,其NAND Flash相关设备的研发重心必然往电荷捕捉移动,未来还能分配多少资源给浮闸制程所使用的设备,是个大哉问。


事实上,类似的情况在DRAM产业就曾发生过。在21世纪的前十年,DRAM产业就曾发生过沟槽式(Trench)与堆叠式(Stack)的架构大战。沟槽式DRAM(图1)的电容在闸极下方,堆叠式DRAM(图2)的电容器则在闸极上方,是这两种DRAM最大的差异。


在沟槽式DRAM的制程中,必须先在基板蚀刻出沟槽,然后在沟槽中沉积出介电层,以形成电容器,然后在电容器上方再制造出闸极,构成完整的DRAM Cell。这种制程最大的技术挑战有二,一是随着线宽越来越细,沟槽的宽深比跟着增加,如何蚀刻出这种沟槽,是相当大的技术挑战。其次,在进行沉积制程时,由于沟槽的开口越来越细,要在沟槽里面沉积足够的介电材料,形成容值够高的电容器,也越来越难。相较之下,堆叠式DRAM则没有上述问题,因此随着制程节点越往前推进,沟槽式DRAM的采用者越来越少。


两大技术阵营从130奈米开始一路缠斗到75奈米,最后只剩下奇梦达(Qimonda)还能做出沟槽式DRAM,其他DRAM业者则早已改采堆叠式架构。而在这个过程中,DRAM业者不断跳槽到堆叠式架构,设备业者对沟槽式制程的支援也越来越少。最后,随着奇梦达破产,沟槽式DRAM也宣告走入历史。


如果历史经验有任何参考价值,沟槽式DRAM与堆叠式DRAM的大战告诉我们,英特尔可能做出了很危险的决策。台语俗谚说「西瓜偎大边」,看准趋势发展方向,站在主流方,可获得的生态系统资源也越多,规模经济效应也越明显。而站错边的厂商,最后往往只能黯然退出市场。


人多的地方不要去


照理说,英特尔应该也看得出固守浮闸技术的危险性,但英特尔/美光宣布分手已经几个月过去,英特尔看起来没有改变NAND Flash技术发展路线的打算。有些媒体认为,英特尔应该只是不愿公开承认浮闸技术已经走到尽头,试图做最后的努力。


但对英特尔而言,浮闸技术或许仍有值得赌一把的理由。笔者认为,英特尔不是一家会为了面子死撑的企业,从Wireless USB、WiMAX到WiDi,英特尔技术发展押错宝的例子其实不少,最后都是以壮士断腕的结局收场。因此,另一个可能是,英特尔对自己的浮闸技术掌握度深具信心,认为至少还能再支撑一个世代以上,然后将自家记忆体产品过渡到Optane,也就是3D Xpoint技术。


事实上,笔者认为,对手握3D Xpoint技术的英特尔来说,以浮闸技术为基础的NAND Flash,最大的任务是争取时间,而不是真的要一直靠此技术跟其他NAND Flash供应商竞争。


虽说西瓜偎大边,但「人多的地方不要去」也是商业竞争的常识。NAND Flash记忆体跟DRAM一样,是同质性很高的产品,也因为如此,供应商之间的竞争武器,直言之只有三项法宝--产品开发速度、成本控管跟口袋深度。谁的产品开发速度领先同业,谁就能掌握新产品上市初期的高获利时机;成本控管能力较佳、口袋深度够深的业者,则更有筹码打价格战,在市况不佳的时候熬过市场寒冬。


相较于其他记忆体供应商,英特尔其实有很多策略选项,Optane就是一路活棋,而且是其他记忆体供应商所没有的独家技术。Optane的读写效能理论上接近DRAM,但却具有NAND Flash的非挥发特性,被认为是非常有潜力的次世代记忆体。不过,目前Optane固态硬碟(SSD)的效能其实跟NAND Flash SSD相去不远,价格却高出一大截,因此市场接受度并不理想。也因为如此,英特尔还需要时间为Optane做更多准备,包含平台架构/软体的调整跟最佳化,以及最重要的降低成本,Optane的市场接受度才有机会提升。


另一方面,Optane除了用在SSD之外,也可以DIMM模组的型态出现。目前英特尔已经提供基于Optane的DIMM模组工程样品给特定客户,预计2019年开始量产。这是一项非常值得关注的产品,即便短期内Optane DIMM不可能取代DRAM的地位,但至少有搅局的潜力。


某记忆体相关业者就直言,主机板上的DIMM插槽总数不太有增加的机会。换言之,只要Optane DIMM占掉一个插槽,DRAM的DIMM插槽就少一个。由于DRAM报价居高不下,英特尔在2017年拱手把盘据数十年的全球半导体营收龙头宝座让给了三星,而Optane DIMM这项产品在此刻现身,其实颇有牵制三星的意味存在。


前面提到,英特尔不是纯记忆体业者,而是运算平台的主导者,因此,相较于其他记忆体业者只能在英特尔制定的平台框架内竞争,在技术上,英特尔可以用平台设计来拉抬Optane,在商业模式上也有捆绑销售的可能性。


供应商家数不足恐成普及障碍


虽然Optane有其特殊性,而且英特尔还可以将其包裹在平台中推广,但整体来说,这项技术未来的最大隐忧,恐怕就是它的特殊性。3D Xpoint是英特尔跟美光联手开发的次世代记忆体技术,目前已经商品化的厂商则只有英特尔一家,美光则不愿意将基于3D Xpoint技术的记忆体运用在SSD产品上,甚至宁可让其厂房闲置,也不愿生产3D Xpoint记忆体。


某种程度上,这也是Optane SSD价格居高不下的原因之一,因为产能实在太低。没有量就不会有Cost Down,是电子业的基本规律。此外,单一供货商也会使原始设备制造商(OEM)跟品牌厂持观望态度。


或许也是考量到单一供应商可能造成的问题,加上3D Xpoint的部分关键技术也来自美光,因此在英特尔、美光宣布停止合作开发下一代NAND Flash记忆体的同时,美光也明确表示,双方在3D Xpoint技术上的合作将继续进行。


美光的盘算应该是将3D Xpoint记忆体运用在DIMM模组产品上,而非SSD。但即便英特尔跟美光联手提供3D Xpoint记忆体,其供应量相对于整个DRAM或NAND Flash产业来说还是太小,只能稍微纾解单一供应商的疑虑。


总结来说,3D Xpoint虽有发展潜力,但其市场普及仍有诸多障碍需要克服,英特尔跟美光的操盘手,对此必须小心翼翼,做好缜密规画。