NAND閃存市場(chǎng)持續(xù)高漲，2020年將超DRAM

迎九

摘要：9月6日，深圳市閃存市場(chǎng)資訊有限公司（ChinaFlashMarket）在深圳主辦了“中國(guó)存儲(chǔ)，全球格局”為主題的中國(guó)閃存市場(chǎng)峰會(huì)（China Flash Market Summit 2017），本文根據(jù)部分會(huì)議內(nèi)容整理了國(guó)內(nèi)外NAND閃存及部分非易失存儲(chǔ)器市場(chǎng)信息。

關(guān)鍵詞：閃存；NAND；3D Xpoint

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.9.001

閃存的重要性提升

國(guó)家集成電路設(shè)計(jì)深圳產(chǎn)業(yè)化基地主任周生明稱， 目前，存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)占據(jù)IC總體產(chǎn)值的近三分之一，其中NAND Flash（閃存）超過40%。NAND Flash的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋將會(huì)呈現(xiàn)暴發(fā)式增長(zhǎng)的智能終端、車載、5G應(yīng)用、VR、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等方面。據(jù)中國(guó)閃存市場(chǎng)（ChinaFlashMarket）預(yù)測(cè)：2017年閃存總存儲(chǔ)密度將達(dá)1620億GB當(dāng)量，閃存芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)400億美元。其中SSD（固態(tài)硬盤）在消費(fèi)類市場(chǎng)和企業(yè)級(jí)服務(wù)器市場(chǎng)正在迅速壯大，將持續(xù)推動(dòng)閃存市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。

同時(shí)，閃存也正面臨技術(shù)轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵期，從平面2D到立體3D的技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了向存儲(chǔ)量更大、性能更強(qiáng)、功耗更低、可靠性更高的演進(jìn)，目前3DNAND已經(jīng)成為了延續(xù)摩爾定律的重要角色。存儲(chǔ)器已經(jīng)成為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，市場(chǎng)也期待新型非易失存儲(chǔ)器——3D Xpoint等新型存儲(chǔ)技術(shù)的涌現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和應(yīng)用的迭代，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步。閃存市場(chǎng)供不應(yīng)求，價(jià)格高漲

據(jù)深圳市閃存市場(chǎng)資訊有限公司總經(jīng)理邰煒介紹，預(yù)計(jì)2017年全球半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到950億美元，2020年預(yù)計(jì)將達(dá)到甚至超過1200億美元，NAND FlasH 2017年市場(chǎng)規(guī)模大約為400億美元，到2020年，將超過DRAM芯片達(dá)到650億美元。

目前全球范圍內(nèi)主要的NAND Flash供應(yīng)商有三星、東芝、西部數(shù)據(jù)、美光、SK海力士及英特爾（如圖1），此外，在中國(guó)以長(zhǎng)江存儲(chǔ)為代表的存儲(chǔ)器制造廠商也在積極追趕，預(yù)計(jì)很快可以在市場(chǎng)見到相關(guān)產(chǎn)品，這意味著從根本上將解決中國(guó)長(zhǎng)期以來在閃存芯片完全依賴海外的現(xiàn)狀。

從2016年二季度開始，閃存市場(chǎng)經(jīng)歷了有史以來持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)且幅度最高的漲價(jià)、缺貨潮，其中消費(fèi)類閃存產(chǎn)品每GB銷售單價(jià)從2016年的0.12美元上漲到現(xiàn)在的0.3美元以上，主流的eMMC產(chǎn)品上漲幅度超過60%，SSD產(chǎn)品超過80%。2017年全球NANDFlash的總產(chǎn)量也達(dá)到了1620億GB當(dāng)量，較201 6年提升了40%。目前市場(chǎng)價(jià)格依然較高，部分市場(chǎng)的供應(yīng)依然得不到滿足。

NAND Flash后續(xù)市場(chǎng)：3D NAND日臻成熟

首先看看NAND Flash廠商的技術(shù)情況，如圖2。在2D工藝上，三星主要量產(chǎn)的是14納米的MLC和TLC，東芝和西部數(shù)據(jù)則是15納米的MLC/TLC，美光和英特爾是16納米的MLC，并且應(yīng)用在高端市場(chǎng)，SK海力士則是14納米的TLC，這些2D產(chǎn)品最高容量都是128Gbit。

3D方面，現(xiàn)階段三星正從48層轉(zhuǎn)到64層，井且已經(jīng)率先應(yīng)用到自己的產(chǎn)品中，預(yù)計(jì)64層3D NAND第四季度會(huì)出貨給市場(chǎng)其他客戶。東芝和西部數(shù)據(jù)同樣也是從BtSC2的48層轉(zhuǎn)到BISC3的64層，目前基于BISC3的64層已經(jīng)開始量產(chǎn)。美光和英特爾直接從32層提升到64層的B16A和B17A，目前B16A已經(jīng)量產(chǎn)，B17A則還要等一段時(shí)間。目前各原廠在64或者72層都包含256Gbit/512Gbit兩種規(guī)格，主要應(yīng)用在嵌入式產(chǎn)品和SSD產(chǎn)品，用于應(yīng)對(duì)未來持續(xù)增加的手機(jī)和SSD市場(chǎng)。

至于2D NAND因?yàn)橛行∪萘康氖袌?chǎng)和尺寸等因素還會(huì)持續(xù)兩、三年的時(shí)間，并且未來主要應(yīng)用在汽車、監(jiān)控、工業(yè)等領(lǐng)域。

3D NAND部分領(lǐng)域還需要時(shí)間去做驗(yàn)證。3D因?yàn)槭切录夹g(shù)，工藝復(fù)雜，且工期更長(zhǎng)，加上各個(gè)原廠幾乎都同時(shí)投產(chǎn)，這也導(dǎo)致芯片的生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)緊張，這也是影響目前3D NAND進(jìn)度的重要因素之一，此外新投產(chǎn)的3D產(chǎn)品也不能完全滿足市場(chǎng)的需求，加上主要原廠優(yōu)先保障自己的服務(wù)器客戶，所以在部分市場(chǎng)，供應(yīng)緊張的狀況還會(huì)持續(xù)到2017年年底。

2D和3D的區(qū)別類似平房和樓房的區(qū)別，蓋得越高，住的人也就越多，雖然在2D轉(zhuǎn)3D的過程中導(dǎo)致市場(chǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重缺貨，但隨著各家在64層的投產(chǎn)，容量將提升2-4倍，下一個(gè)階段的96層，容量將可提升到lTbit，這將是2D可量產(chǎn)最大容量的8倍。

3D最大的特點(diǎn)就是體積更小，容量更大，成本更低。在32層時(shí)受到良率等因素的影響，相比2D并沒有明顯的突破：48層也只是比32層提升了30%左右，仍不及2D工藝：但到了64層以后不但容量翻倍，產(chǎn)量也較2D提升了25%以上，這就意味著在原材料成本不變的前提下，存儲(chǔ)產(chǎn)品的容量提升了2-4倍，甚至8倍，這也是各原廠積極推進(jìn)的最主要的原因。

目前主要原廠新增加的產(chǎn)能分布是：三星主要的3D工廠是中國(guó)西安工廠，F(xiàn)ab18工廠，另外西安工廠正在建設(shè)第二條產(chǎn)線。東芝和西部數(shù)據(jù)則主要是Fab2工廠，還有為96層準(zhǔn)備的Fab6工廠。美光和英特爾主要是F10X和大連工廠。海力士主要是M14工廠。原廠的晶圓主要用于嵌入式產(chǎn)品SSD

在2017年嵌入式產(chǎn)品中，包括UFS、eMMC、eMCP、E2NAND加上SSD合計(jì)消耗了全球85%的產(chǎn)能，如圖3。

2017年全球智能手機(jī)市場(chǎng)的銷量達(dá)到15億臺(tái)。SSD方面隨著服務(wù)器和企業(yè)級(jí)的快速增長(zhǎng)以及消費(fèi)類客戶的滲透，SSD已經(jīng)成為NAND Flash最大的應(yīng)用產(chǎn)品。

目前UFS正逐漸在高端旗艦型手機(jī)中取代eMMC產(chǎn)品，主芯片平臺(tái)包括三星、高通、MTK、海思等都已支持UFS2.1，并向UFS3.0發(fā)展。隨著UFS和eMMC產(chǎn)品差價(jià)逐漸縮小，UFS產(chǎn)品將很快在中端價(jià)位的手機(jī)開始導(dǎo)入。endprint

SSD市場(chǎng)方面，201 7年全球SSD的出貨量將超過1.5億臺(tái)，總存儲(chǔ)密度將達(dá)到700億GB當(dāng)量，相比HDD（硬盤）市場(chǎng)，西部數(shù)據(jù)的公開財(cái)報(bào)顯示，HDD已基本連續(xù)十幾個(gè)季度下滑，但是密度同樣也在增長(zhǎng)，這也標(biāo)志著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求越來越大，也給SSD持續(xù)增長(zhǎng)的空間

在SSD消費(fèi)類PC市場(chǎng)，目前主要的產(chǎn)品容量需求在120GB和240GB，但受到缺貨、漲價(jià)的影響，120GB的價(jià)格以從2016年的23美元漲到現(xiàn)在的43美元，240GB則從43美元漲到70美元以上（如圖4）。120GB產(chǎn)品在最高峰已經(jīng)超過2016年240GB產(chǎn)品的價(jià)格，這對(duì)市場(chǎng)的容量需求提升以及滲透率都造成比較大的影響。在這個(gè)前提下，SSD在2017年消費(fèi)類的滲透率依然達(dá)到了40%。

PC目前向輕薄、移動(dòng)、便攜等轉(zhuǎn)變，因此SSD的規(guī)格形態(tài)也從2.5英寸到mSATA、到M.2、再到BGASSD。前段時(shí)間國(guó)內(nèi)的江波龍公司發(fā)布了全球最小的BGA SSD，這顛覆了我們對(duì)傳統(tǒng)硬盤的認(rèn)識(shí)。在接口方面，現(xiàn)在是以SATA3為主，到2019年P(guān)Cle將代替SATA3成為SSD主要的接口形態(tài)。

除了消費(fèi)類市場(chǎng)，在企業(yè)級(jí)、數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)需求也快速增加（如圖5）。2017年企業(yè)級(jí)的SSD出貨量將超過1800萬(wàn)，平均容量超過1TB，目前在企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心等市場(chǎng)主要的供應(yīng)商是英特爾和三星，英特爾還推出了非易失存儲(chǔ)器3D Xpoint產(chǎn)品以滿足企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)需求。

閃存卡部分，已經(jīng)從手機(jī)市場(chǎng)轉(zhuǎn)到行業(yè)市場(chǎng)，比如車載、無人機(jī)、監(jiān)控等，U盤則包括手機(jī)U盤、Type-C U盤等（如圖6）。

隨著產(chǎn)品的日益更新，除了傳統(tǒng)的手機(jī)、電腦、家電等，未來汽車市場(chǎng)也將成為市場(chǎng)主要的應(yīng)用，而據(jù)中國(guó)汽車協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)汽車市場(chǎng)的銷量已經(jīng)連續(xù)9年排名全球產(chǎn)銷量第一，此外，中國(guó)還擁有全球最大的汽車后裝市場(chǎng)，這些應(yīng)用也對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)品提出了更高的要求。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求與日俱增，預(yù)計(jì)到2020年智能健康/醫(yī)療、智能城市/交通、個(gè)人/家庭數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用/服務(wù)、生物/科學(xué)研究等領(lǐng)域整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量將達(dá)到45ZB。

NAND Flash產(chǎn)業(yè)鏈的下游市場(chǎng)

隨著這些變化，除了主要的Flash原廠以外，其他廠商也在各自的領(lǐng)域提升自己的技術(shù)和產(chǎn)品，以應(yīng)對(duì)快速增加的市場(chǎng)與變化（如圖7）。

在中國(guó)企業(yè)方面，在制造端的產(chǎn)業(yè)鏈也在發(fā)展（如圖8），除了之前提到的長(zhǎng)江存儲(chǔ)（YMTC）外，獨(dú)立的主控廠商有硅格、國(guó)科、華瀾等。此外，華為、中興等公司也針對(duì)自己的產(chǎn)品推出了存儲(chǔ)產(chǎn)品解決方案，品牌模組有江波龍（longsys）、記憶科技等。前不久江波龍公司收購(gòu)了美光旗下的雷克沙（Lexar）品牌，以進(jìn)一步拓展海外市場(chǎng)。

在應(yīng)用端產(chǎn)品方面，中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)巨頭以及終端制造巨頭也已進(jìn)入全球主要陣營(yíng)。2017年中國(guó)消耗了全球NAND Flash 30%的產(chǎn)能，到2020年預(yù)計(jì)將消耗全球40%的產(chǎn)能，將成為全球最大的市場(chǎng)。未來更多的國(guó)際巨頭針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)也會(huì)投入更多的資源。對(duì)中國(guó)市場(chǎng)來說，這些既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。

此外，我國(guó)政府也積極推進(jìn)大數(shù)據(jù)平臺(tái)和信息安全的建設(shè)，加上大型互聯(lián)網(wǎng)和電子制造的本土化采購(gòu)和本地技術(shù)支持，中國(guó)在存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)也逐步加強(qiáng)，例如武漢的國(guó)家存儲(chǔ)器基地、南京的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地等。

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、需求的提升，未來品質(zhì)會(huì)成為行業(yè)不可忽視的一個(gè)問題，對(duì)此閃存市場(chǎng)公司也設(shè)立了品質(zhì)分析中心。

中國(guó)閃存市場(chǎng)公司將通過專業(yè)的設(shè)備，測(cè)試項(xiàng)目以及專業(yè)的測(cè)試人員，為市場(chǎng)提供品質(zhì)分析服務(wù)。

目前閃存市場(chǎng)公司正從價(jià)格基準(zhǔn)向品質(zhì)基準(zhǔn)延伸（如圖9）。

部分NAND Flash原廠動(dòng)態(tài)

三星NANDMarketing副總裁KennyHan：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在加速增長(zhǎng)（如圖10）。移動(dòng)和PC/服務(wù)器是NANDFlash應(yīng)用的兩個(gè)主要領(lǐng)域。2017年NAND Flash的需求量是214EB，到2021年將達(dá)到600EB。而在這些數(shù)據(jù)中，2021年預(yù)計(jì)超過50%的移動(dòng)應(yīng)用以及超過30%的PC/服務(wù)器需求來自中國(guó)。

2013年三星首次發(fā)布3D V-NAND堆疊技術(shù)。到如今，已經(jīng)發(fā)展到第四代。201 7年三星量產(chǎn)第四代的V-NAND，64疊層，512Gb單Die（裸片）。第五代產(chǎn)品3D-V5也會(huì)在不久的將來面世，單Die容量達(dá)到lTb， I/O速度達(dá)到1200Mbps。

英特爾中國(guó)區(qū)非易失存儲(chǔ)器事業(yè)部總經(jīng)理劉鋼：在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，在內(nèi)存DRAM和閃存NAND之間存在一個(gè)巨大的鴻溝。這就是內(nèi)存容量太小，閃存又太慢。基于3DXpoint的新型存儲(chǔ)正好填補(bǔ)這個(gè)鴻溝。從時(shí)延看，3D Xpoint比DRAM慢一個(gè)數(shù)量級(jí)，容量比DRAM高一個(gè)數(shù)量級(jí)，比NANDFlash時(shí)延的角度快了1000倍左右，而容量和NANDFlash是類似的（如圖11）。所以3D Xpoint可以滿足很多熱數(shù)據(jù)的需求。

英特爾的OPtane（傲騰）是用3D XPoint的最終產(chǎn)品，它使用3D Xpoint介質(zhì)和英特爾新的存儲(chǔ)控制器、IP和英特爾軟件。傲騰可以用于數(shù)據(jù)中心、消費(fèi)PC中，實(shí)現(xiàn)游戲、事務(wù)處理仿真和人工智能等熱數(shù)據(jù)處理。

美光副總裁Jonathan Shaw：美光第一代3DNAND是32層，從32GB開始做起。現(xiàn)在也可以實(shí)現(xiàn)64層堆疊，提升到64GB（如圖12）。64GB可以用于企業(yè)級(jí)，因?yàn)榇鎯?chǔ)容量更大，2017年年底會(huì)看到其需求量非常大。下一代的QLC價(jià)格會(huì)降低，同時(shí)它的密度會(huì)升高，美光會(huì)保持QLC的出貨量。

關(guān)于SSD市場(chǎng)，首先HDD市場(chǎng)正在萎縮，美光將會(huì)在2017年通過基于3D TLC的SSD來取代企業(yè)級(jí)HDD。

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