打破美日韓定價權!中企攻克128層閃存,直接跳過96層越級研製

從2016年到2018年細數我國集成電路的進口份額,其從2270億美元到首次突破3000億美元的大關,雖然在2019年我國集成電路進口份額降低了2.1%,但仍然保持在3000億美元以上的規模。所謂集成電路在半導體元件產品中普遍是指芯片,而芯片主要分為能夠進行快速運算的非存儲芯片,如計算機的CPU或者功能芯片,以及技術難度相對較低的存儲芯片。這兩類芯片的功能好比大腦的兩種功能,一種是芯片的思考、運算和執行指令的功能,另一種是能夠存儲記憶的功能。

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出品|國器

在2018年全年3120億美元的芯片進口份額中存儲芯片比例達到了40%

存儲芯片總體來說兼具與中央處理器交換數據和保存少量數據的功能,簡單以斷電後能否保存數據的情況上看,可以分為斷電後仍能保存數據的NAND flash閃存芯片和斷電後就會丟失數據的DRAM內存芯片。在2018年近3120億美元的芯片進口份額中,1230億美元的存儲芯片進口份額佔到了近40%,而在存儲芯片的進口種類中,基本上是內存和閃存芯片兩大類。與運算處理芯片設計和加工兩部分分開不同,存儲芯片的設計和加工生產大都由一家企業便可以完成,其研製過程相對簡單。

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DRAM內存芯片和NAND flash閃存芯片基本形成了美日韓三國壟斷局面

反觀全球存儲芯片的市場分佈,基本上形成了以美日韓三國企業長期壟斷的局面,在DRAM內存芯片行業中,韓國三星集團、韓國芯片生產商海力士和美國芯片巨頭美光基本包攬了全球DRAM的市場份額。而在NAND flash閃存芯片行業,依舊是三星、海力士以及日本東芝、美國英特爾等掌握了核心技術和市場。同運算功能芯片相似,存儲芯片市場同樣被形成技術優勢的巨頭佔據,其主要研發和推廣的難點在於低成本的尖端技術、傳統用戶的黏性和存儲芯片的品牌IP等,這也是國產芯片公司面臨的障礙。

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長江存儲投資70億集結上千人研發團隊僅兩年就攻克了32層堆棧閃存芯片

國產存儲芯片的突破和崛起始於2016年夏季成立的長江存儲,這個規劃總投資1600億的國家存儲器基地由集成電路企業紫光集團成立,其關鍵目標就是閃存芯片的研製,填補國內存儲芯片的空白。在長江存儲成立僅僅兩年後,長江存儲就已經成功研製出中國首顆32層3D 閃存芯片,其集結了上千人的研發團隊總投資近70億。這顆32層堆棧的閃存技術雖然在當年不及韓國,但相較於2016年國產存儲芯片市場為零的窘境,對於中國半導體行業其意義頗為重大。

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去年五月長江存儲攻克64層堆棧閃存芯片直接與三星96層堆棧相差一代

從2018年年底32層堆棧的閃存芯片開始實現量產後,時隔近5個月後,去年5月長江存儲再次攻克了64層堆棧的閃存芯片,其技術攻堅之快讓人讚歎不已。而在2019年8月份召開的國際智能產業博覽會上,這顆64層堆棧Xstacking結構設計的閃存芯片第一次公開亮相,其核心容量相當於32層堆棧的4倍,提高到了256Gb,並且將於年底實現批量生產。此時長江存儲研製的64層堆棧閃存與此時三星96層堆棧的閃存相差僅一代的差距,但是長江存儲並不打算投入人力物力研發96堆棧的閃存。

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長江存儲發佈全球首款128層堆棧的QLC閃存其性能和容量世界領先

雖然長江存儲的成立才短短數年,但依靠紫光集團的技術和資金扶持,長江存儲在閃存技術上也做到了從無到有、再到超越。2020年4月份,長江存儲在新一代閃存容量和性能上越過閃存巨頭三星,其最新攻克的128層堆棧閃存芯片全球首發,直接越過了96層堆棧閃存的研發,並且有望於今年實現量產。長江存儲這款128層閃存芯片的磁盤讀寫速度為每秒1600兆比特,高於韓國三星和日本東芝生產1200兆比特每秒的閃存,並且在行業內已知的同規格閃存芯片中,其單顆閃存芯片存儲容量位列首位。

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長江存儲研製的閃存芯片和合肥長鑫研製的內存芯片可謂雙拳齊出

長江存儲的突破得益於其研發的基於Xtacking結構設計的閃存技術,通過單獨加工位於晶圓上的存儲單元和記憶單元等,將上百萬根金屬垂直互聯通道進行一步接通,用最低的成本達到了存儲的高密度和讀寫速度,也帶來了更短的研發週期,這也是長江存儲能夠迅速崛起的關鍵所在。在國產閃存芯片的研發上不僅僅是長江存儲,專注於研製另一類存儲芯片DRAM的存儲企業合肥長鑫,關於內存芯片的研製也在穩步推進中,其於去年已經將10納米的存儲芯片量產。國產存儲企業長江存儲和合肥長鑫雙拳齊出,必將在國際存儲芯片行業佔據一席之地。


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