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解密长江存储,靠啥打破全球存储垄断格局?

2022-12-31
来源:21ic

昨日,长江存储官宣,公司已开始量产基于Xtacking架构的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存,以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。昨日,紫光集团旗下长江存储科技有限责任公司(下简称“长江存储”)宣布,公司已开始量产基于Xtacking架构的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存,以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。

对于长江存储,大伙一定不陌生。早在成立之初,也就是2016年,就有业内分析师称其为打破垄断而生。这种垄断格局最可怕的是从未再有“新进者”出现,据当时数据显示,2015年,韩国的DRAM及NAND全球市场份额分别达73%%及43.7%。如果从存储器的周期性计,在2001至2010年期间,仅三星和海力士两家盈利80亿美元,而其它诸厂累积亏损达130亿美元。存储业的垄断格局是一步步拼杀血洗出来的,更难打破。

此时长江存储就寄托了中国冲击和改写集成电路格局的希望,自问世始便备受瞩目。但长江存储究竟是什么样的存在,是其历史、技术积累还有所负重任究竟如何?

长江存储核心厂区近况(图源:紫光集团公众号)

长江存储的诞生

长江存储是紫光集团联合国家集成电路产业投资基金(下简称“大基金”)、湖北省科投等,于2016年在武汉注册成立的企业,专门负责武汉国家存储器项目的运营。成立伊始,长江存储整合了已成立10年的武汉新芯集成电路制造有限公司(下简称“武汉新芯”)。

成立于2006年的武汉新芯,是湖北省和武汉市进军集成电路制造领域的产物。建成伊始,湖北省和武汉市把武汉新芯交给中芯国际运营。但当时,因中芯国际发展并不顺利,尤其是技术上被台积电诉讼侵权时,实际上无暇顾及武汉新芯的发展。

据宁南山一篇关于长江存储发展史的文章介绍:成立时的武汉新芯当时是想做DRAM的,但公司成立不久遭遇了DRAM的价格低谷周期,而不得不放弃DRAM的生产。于是,武汉新芯2008年9月开始为美国Spansion(飞索半导体)生产NAND Flash闪存,那个时候武汉新芯的技术水平还在65nm这个阶段。

好景不长,飞索半导体遭遇经济危机之后业绩一路下滑,武汉新芯在2010年订单量急剧下降,而不得不寻求出售。其时,台积电、美国美光、豪威都成为潜在合资对象,但由于国内业界的呼吁及武汉市对自主创新的坚持,最终放弃了合资计划。

当然合资未果还是带来了机会,那就是美国豪威的图像传感器(豪威,索尼和三星是手机摄像头的图像传感器芯片的高端三巨头)开始找武汉新芯生产制造,但新芯公司仍处于艰难地步。于是2011年,中芯国际投资10亿美元最终控股子武汉新芯。

但2011年,中芯国际的营收只有13.2亿美元,净利润为大幅亏损2.47亿美元,分别同比大幅下滑。因此,业内有推断认为,中芯国际的10亿美元注资计划实际上最后没有完成。最后,2013年,中芯国际退出了武汉新芯。

一切的开始都源于2014年,2014年10月14日,工信部办公厅宣布国家集成电路产业投资基金已经于9月24日正式设立,并且透露这只基金将采用公司制形式。这个基金推动中国先进集成电路产业发展。2016年3月武汉新芯宣布,将投资240亿美元在武汉打造一个世界级的半导体存储企业,集中精力研究生产NAND FLASH和DRAM。

项目分三个阶段部署,第一家工厂专注NAND闪存生产,第二家工厂专注DRAM芯片生产,第三个阶段的设施将专为供应商服务。

由于一直和飞索半导体(Spansion)合作制造NAND FLASH产品,所以武汉新芯还是选择和Spansion合作研发新一代的32层3D NAND FLASH。遗憾的是,由于2017年上游的12英寸硅片被日本公司卡脖子,导致武汉新芯拿不到硅片产能,所以找中芯国际签协议买硅片。

那么这一个整个项目下来的240亿美元,是哪里的大风给武汉新芯刮来这么多钱呢?正是集成电路产业基金、湖北省集成电路产业投资基金股份有限公司、国开发展基金有限公司、湖北省科技投资集团有限公司(以下简称省科投)共同出资并作为股东。

2016年7月,紫光集团参与进来,各方在武汉新芯公司的基础上成立了长江存储公司并控股武汉新芯。成立伊始,长江存储整合了已成立10年的武汉新芯集成电路制造有限公司。当中,紫光团体占51.04%。

2017年1月,紫光集团进一步宣布投资300亿美元(约2000亿人民币),在江苏南京投资建设半导体存储基地,一期投资100亿美元,建成月产能10万片,主要是生产3DNANDFLASH(闪存)、DRAM存储芯片。

至此长江存储正式成立并进入研发生产阶段。

长江存储项目于 2016 年启动,2018 年实现试投片(来源:长江存储官网)

2017年11月,赵伟国在央视《对话》节目中,首次展示了一颗价值10亿美金的芯片。这是长江存储的1800位工程师,历时两年打造的32层3DNANDFlash芯片。长江存储,由此成为全球第5家能生产3DNANDFlash芯片的厂家。

所谓3DNAND,是一种全新闪存技术。如果将闪存中的存储空间比作房子,那么2DNAND就是盖平房,3DNAND就是盖高楼,这样就能大幅提高闪存的存储速度与容量。

而当长江搞定32层时,三星、海力士、美光们的64层芯片已经成为主流,并正朝着96层迈进。但就在今天(2019年9月2日)长江存储正式对外宣布,其基于Xtacking®架构的64层256GbTLC3DNAND闪存(每颗裸芯片的存储容量为256千兆字位,每个存储单元为三个字位的三维闪存)正式量产,以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求。长江的这一突破意味着我国存储技术与领先国家的差距又拉进一大步。

何为Xtacking架构?

讲到这里,必须要提一下长江的Xtacking技术。2018年8月7日,在美国加州圣克拉拉召开的闪存峰会上,追赶中的长江存储发布了Xtacking技术,在闪存技术架构上成功实现突破性创新。传统的3DNAND芯片,通常是在同一片晶圆上,把存储单元和逻辑电路一并加工出来。随着层级不断叠加,外围逻辑电路的面积会越来越大,到更高层时,存储密度会大幅降低。

Xtacking架构,则会将存储单元和逻辑电路在两片晶圆上分别加工,并各自选择最先进的制造工艺,用数百万根金属通道把两者“接通”。这样做的好处是,不但研发周期缩短三个月、生产周期缩短20%,闪存的最高存取速度更将大幅提升至DDR4内存的水平。

而Xtacking架构的64层3DNANDFlash闪存,其存储密度能与其他厂商96层的相差无几。

这意味着,长江在存储芯片领域已闯过了迷茫探索期,更拥有了实施弯道超车的“杀手锏”。

但国外半导体巨头们也不会停滞不前,坐视长江崛起,来与自己分一杯羹。

目前据IHS统计全球NANDFlash约为430-440万片/季度,三星产量约为140-145万片季度,海力士产量约为55-57万片/季度,两者份额之和占据全球产能近45.8%。


全球NAND产量分布情况(来源:DRAMexchang)

长江存储一期主要产品为 3D NAND,预计投入 240 亿美元(1612 亿人民 币),到 2020 年形成月产能 30 万片的生产规模(分三期,每期 10 万片 /月),到 2030 年建成每月 100 万片的产能;而合肥长鑫项目主要产品 为 DRAM,预计投资额 72 亿美元(484 亿人民币),规划到 2019 年底一厂 实现产能 2 万片/月,2020 年开始规划二厂建设;福建晋华项目主要产 品为 DRAM,一期总投资 370 亿人民币(55 亿美元),到 2019 年底一厂一 期项目实现月产 6 万片产能,到 2020 年底一厂二期同样达产 6 万片。

如新闻稿中长江存储联席首席技术官、技术研发中心高级副总裁程卫华所说:“随着5G,人工智能和超大规模数据中心时代的到来,闪存市场的需求将持续增长。长江存储64层3DNAND闪存产品的量产将为全球存储器市场健康发展注入新动力。”机遇与艰难格局并存,长江存储只顾风雨兼程。



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