迎頭趕上國產(chǎn)存儲躋身世界一流

2019年12月，合肥長鑫存儲正式成為了國內(nèi)第一家，也是唯一一家DRAM供應(yīng)商。這標(biāo)志著中國的內(nèi)存芯片徹底破冰，在國外銅墻鐵壁般的市場和專利圍堵中，撕開了一條口子，拿掉了卡著脖子的那只手。那么發(fā)展國產(chǎn)存儲有什么意義？現(xiàn)在的表現(xiàn)如何？

切膚之痛

2018年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總規(guī)模是4780億美元，其中存儲器銷售額1692億美元，占了35%。但這么大塊蛋糕，跟我們完全沒有關(guān)系。以DRAM為例，全球市場被三星、SK海力士、美光三家吃掉了96%左右的份額，剩下一點(diǎn)蛋糕渣子被東芝、閃迪、臺灣南亞科技等瓜分，國產(chǎn)存儲沒有任何市場份額。

這樣的后果是什么呢？相信每一個DIY玩家提到2017年，都會淚流滿面。那一年，剛剛經(jīng)歷了顯卡“礦難”的玩家們又被內(nèi)存閃了腰，內(nèi)存價格開始發(fā)瘋，到年底已經(jīng)翻了三到四倍。一時間內(nèi)存成為新的炫富和理財產(chǎn)品。甚至有段子說，開網(wǎng)吧虧錢倒閉，只能把店里的東西全賣了，沒想到之前買的幾百根內(nèi)存賣掉之后，最后不但沒賠還小賺一筆。

千夫所指，源頭工廠表示很委屈，因?yàn)閺S里生產(chǎn)線又雙叒叕停電了，或者失火了，或者被洪水沖了，總之對不起啊我們的安全管理部門就是一群驢。但是每個人都清楚，這是三星、美光和海力士三家壟斷巨頭，通過“假裝”生產(chǎn)事故控制產(chǎn)量，從而操控市場價格大賺黑心錢。就算有反壟斷調(diào)查，也不過罰點(diǎn)款，回去大家繼續(xù)拉電閘燒工廠。

現(xiàn)在，同規(guī)格內(nèi)存300元上下。是巨頭們良心發(fā)現(xiàn)了？當(dāng)然不是，而是因?yàn)殚L鑫、長江存儲這群國產(chǎn)“鯰魚”，在“壞事”。

中國作為全球最大的電子產(chǎn)品制造國和重要的電子產(chǎn)品消費(fèi)市場，對存儲芯片有著巨大的需求。我國一直在努力減少對國外半導(dǎo)體制造公司的依賴，據(jù)報告，2019年我國集成電路進(jìn)口4451.3億塊，同比增長6.6%，進(jìn)口額為3055.5億美元，同比下降2.1%。集成電路出口2187億塊，同比增長0.7%，出口額為1015.8億美元，同比增長20%。

困境與難題

長久以來，我國的科技公司其實(shí)都是組裝廠，只能生產(chǎn)一些邊角的低技術(shù)含量產(chǎn)品，關(guān)鍵的核心芯片一直是中國制造之痛。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的三大支柱中，面板我們有京東方，處理器在桌面領(lǐng)域有龍芯、申威，在手機(jī)領(lǐng)域有麒麟，然而存儲器完全是零。

所謂存儲器，是指用于內(nèi)存的DRAM和用于閃存的NAND顆粒，兩者的根本區(qū)別就是斷電后DRAM不再保留數(shù)據(jù)，而NAND可以。DRAM的研發(fā)難度和生產(chǎn)工藝要比NAND更高，所以全球范圍內(nèi)生產(chǎn)DRAM顆粒的廠商也比NAND廠商更少，并且NAND有P/E次數(shù)限制而DRAM沒有。

在電腦里，硬盤要想與CPU溝通數(shù)據(jù)，需要經(jīng)歷一條長長的I/O路徑，包括存儲介質(zhì)（磁盤、NAND）——介質(zhì)驅(qū)動器/主控——I/O接口控制器（SATA/SAS/PCIE）——I/O通道擴(kuò)展器/交換器（SAS Expande、PCIE Switch）——I/O通道主機(jī)總線適配器（SAS/SATA HBA/Raid適配器），最后才到CPU。且每一個零件都需要通過軟件層面也就是固件來溝通、管理、優(yōu)化性能等，非常復(fù)雜。目前如果想讓這條路徑全部國產(chǎn)化，無異于癡人說夢，但我們可以首先考慮一下介質(zhì)和主控的突破，通俗地說就是搞定SSD的主控和NAND Flash顆粒，以及內(nèi)存的DRAM顆粒。

機(jī)械硬盤構(gòu)造精密，制造工藝極高，但全世界只有希捷和西數(shù)兩家在吃肉，剩一點(diǎn)湯全被HGST喝完，加之面對SSD的圍堵，這幾家也吃得并不開心，所以我們沒有技術(shù)攻堅的必要。正如當(dāng)年索尼的磁帶Walkman堪稱機(jī)械和電子結(jié)合的藝術(shù)品，但最終還是被沒什么技術(shù)含量的閃存mp3打敗。SSD的門檻遠(yuǎn)比機(jī)械硬盤低，沒有精密機(jī)械部件和模擬信號處理部件，SATA、PQE、NVMe等各種接口和協(xié)議都是標(biāo)準(zhǔn)開放的，但企業(yè)級NAND顆粒能占到SSD成本的90%。因此，在存儲器上實(shí)現(xiàn)彎道超車，是可行的。

2015年，我國啟動了“中國制造2025”的大規(guī)模融資計劃，將國內(nèi)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)量從2015年的不到20%提高到2025年的70%。約有20個地方政府設(shè)立了指導(dǎo)基金，總投資計劃超過900億美元。但是，存儲器的制造是個極具競爭力和挑戰(zhàn)性的產(chǎn)業(yè)。由于3D NAND和DRAM的復(fù)雜性和利潤率三星、美光、海力士等頭部公司不會允許任何技術(shù)許可和合作，即便財大氣粗想并購也會遭到其背后的政府的阻撓。

縱觀國外的巨頭，固然有其自身雄厚的技術(shù)力量，但也離不開政府在背后的各種支持。同時半導(dǎo)體行業(yè)也是投入高、周期長、風(fēng)險大、人才密集的行業(yè)，我們要發(fā)展國產(chǎn)存儲器，來自國家層面的支持是唯一的路。在這種舉國體制下，目前國內(nèi)已經(jīng)建成三大內(nèi)存基地，分別是武漢的長江存儲、合肥長鑫、福建晉華。三大基地總投資規(guī)模預(yù)計超過5000億元，其中長江存儲主要生產(chǎn)3D NAND閃存，合肥長鑫、福建晉華則專攻DRAM內(nèi)存。不過福建晉華深陷與美光的專利訴訟被美國制裁，業(yè)務(wù)已經(jīng)癱瘓，復(fù)盤無望，而長鑫和長江，已經(jīng)各自實(shí)現(xiàn)了突破。

主控方面，我國已經(jīng)有了龍芯、聯(lián)蕓科技以及國科微，性能方面中規(guī)中矩，并非一窮二白的狀態(tài)，所以國產(chǎn)存儲器的誕生，才更讓人熱淚盈眶。

進(jìn)擊的國產(chǎn)存儲

1.長鑫存儲

合肥長鑫存儲于2016年6月成立，相關(guān)制造基地總投資超過2200億元，目前已建成第一座12英寸晶圓廠并投產(chǎn)，擁有19nm的工藝制程能力，是目前國內(nèi)唯一的DRAM設(shè)計制造一體化企業(yè)。全部建成之后，產(chǎn)能將占到全球20%左右。

2019年，長鑫完成了首顆國產(chǎn)19nm工藝的DDR4、LPDDR4內(nèi)存研發(fā)量產(chǎn)，隨后就有威剛、七彩虹、光威等五六家品牌宣布推出采用該內(nèi)存芯片的內(nèi)存條，長鑫也成為全球第四家DRAM采用20nm以下工藝的廠商。

2020年底，長鑫提前達(dá)到4萬片/月的預(yù)期產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)了從投產(chǎn)到量產(chǎn)再到批量銷售的關(guān)鍵跨越，現(xiàn)已啟動6萬片/月產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo)。根據(jù)規(guī)劃，長鑫計劃于2021年完成17nm的工藝研發(fā)，并在三年內(nèi)攻堅LPDDR5內(nèi)存。

長鑫如何在短時間內(nèi)就完成0到1的突破呢？當(dāng)然是采用微軟和蘋果等土豪公司的通常做法：買！長鑫買下了奇夢達(dá)留下的1000萬份關(guān)于DRAM技術(shù)的文件，總量達(dá)到2.8TB，其中就包括奇夢達(dá)的Buried Wordline技術(shù)，直接避開了美韓巨頭的專利陷阱。

奇夢達(dá)，這家已經(jīng)破產(chǎn)的公司曾經(jīng)是DRAM行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，成功研發(fā)了業(yè)內(nèi)應(yīng)用至今的蜂巢式電容排布和埋入式字線晶體管技術(shù)，一度是全球第4大DRAM內(nèi)層供應(yīng)商，可惜沒能抗住DRAM的價格地震，于2009年4月破產(chǎn)。但在破產(chǎn)前，奇夢達(dá)還研發(fā)出了Buried wordline技術(shù)，將內(nèi)存工藝推進(jìn)到了46nm工藝。而長鑫通過購買技術(shù)，也形成專利防御，以避免重蹈福建晉華的覆轍。

買來了技術(shù)，還得改進(jìn)，畢竟46nm工藝已經(jīng)老掉牙。長鑫在奇夢達(dá)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過引入雙重圖案對準(zhǔn)（SADP）以及四重圖案對準(zhǔn)（SAQP）等技術(shù)，并從內(nèi)外雙面電容逐漸走到外部柱狀電容，成功將工藝推進(jìn)到了1×nm，距三星、美光的技術(shù)僅一步之遙。他們還有一項(xiàng)名為“半導(dǎo)體存儲器件結(jié)構(gòu)及其制作方法”的發(fā)明專利，解決了目前DRAM性能改善日趨困難的問題。

不過長鑫一直沒有公布過營收及盈利數(shù)據(jù)。有消息顯示長鑫在2020年Q1季度就虧了差不多1個億。但在半導(dǎo)體行業(yè)，這已經(jīng)是非常樂觀的數(shù)字。作為剛剛起步芯片行業(yè)的國內(nèi)廠商而言，技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)品測試、客戶配合都是燒錢的階段，前期賺不到錢是必然的，但至少國產(chǎn)DRAM實(shí)現(xiàn)了從無到有，未來可期。

說長鑫，不得不提一下合肥國資委，主投了破冰面板行業(yè)的京東方，還有原本奄奄一息的蔚來汽車，現(xiàn)在這兩家有多滋潤大家都很清楚。而借錢押寶半導(dǎo)體存儲產(chǎn)業(yè)明顯也走對了，所以有人開玩笑，合肥國資委才是最牛的風(fēng)投機(jī)構(gòu)。而長鑫這套完整的產(chǎn)業(yè)鏈一旦形成并成長起來，合肥市有望成為中國乃至世界的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地，其背后的價值是無可估量的。

2.長江存儲

2016年7月，由紫光集團(tuán)、國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金、湖北省集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金、湖北科投在武漢新芯的基礎(chǔ)上組建成立國產(chǎn)存儲領(lǐng)域的“航母”——長江存儲。總投資約1600億美元，其中紫光集團(tuán)占股51.04%。同年12月，以長江存儲為主體的國家存儲器基地正式開工建設(shè)，其中包括3座全球單座潔凈面積最大的3D NAND Flash FAB廠房、1座總部研發(fā)大樓和其他若干配套建筑。

2017年，長江存儲成功設(shè)計并制造了首款32L堆疊的NAND閃存芯片，但是實(shí)在太落后了完全進(jìn)不了市場。2019年9月，長江存儲宣布量產(chǎn)基于Xtacking架構(gòu)的64L 256Gb TLC 3D NAND Flash。該閃存滿足固態(tài)硬盤、嵌入式存儲等主流市場應(yīng)用需求與目前業(yè)界已上市的64/72層3D NAND閃存相比，其擁有同代產(chǎn)品中更高存儲密度。光威的弈系列SSD成為首款搭載該顆粒的產(chǎn)品上市。

根據(jù)長江存儲的介紹，Xtacking架構(gòu)可在一片晶圓上獨(dú)立加工負(fù)責(zé)I/O及記憶單元操作的外圍電路。這樣的邏輯電路加工工藝，可以讓NAND獲取所期望的高I/O接口速度和功能。存儲單元同樣也將在另一片晶圓上被獨(dú)立加工，縮短生產(chǎn)工序和周期。當(dāng)兩片晶圓各自完工后，只需一個處理步驟就可將二者堆疊結(jié)合，而且只增加了有限的成本，這似乎還是長江存儲的獨(dú)門絕技。

令人欣慰的是，長江存儲并沒有因?yàn)檫@點(diǎn)成績滿足和坐下來，因?yàn)?4L堆疊NAND量產(chǎn)的時候，主流市場已經(jīng)進(jìn)入96L。所以長江存儲做出了重要決定：跳過96，直接攻堅128L堆疊。2020年4月，長江存儲的128L 133Tb QLC 3D NAND芯片X2- 6070通過了SSD平臺上的示例驗(yàn)證，超出所有業(yè)內(nèi)人士的預(yù)期。

128L堆疊是什么概念呢？意味著長江存儲的新NAND僅僅落后美光和海力士兩個季度，與鎧俠和西數(shù)聯(lián)合開發(fā)的112L NAND不相上下。我國半導(dǎo)體終于在NAND這個細(xì)分領(lǐng)域唯一無限接近世界頂尖水平。長江存儲用了四年時間，練出了可以和美光、三星等國際巨頭掰掰手腕的力量。

值得一提的是，長江存儲的NAND器件使用的是DUV浸沒式光刻技術(shù)制造，即使沒有ASML光刻機(jī)，也能夠生產(chǎn)3D NAND芯片。因此，在追趕NAND巨頭的路上，我國并沒有太多設(shè)備方面的障礙。

目前，國內(nèi)真正拿出了干貨的就是長鑫存儲和長江存儲，其他項(xiàng)目仍在籌建中。長江存儲的母公司清華紫光集團(tuán)正在武漢建造第二家晶圓廠同時考慮在十年內(nèi)對其DRAM業(yè)務(wù)進(jìn)行總計8000億元人民幣的投資。2018年10月，總投資達(dá)240億美元的紫光成都存儲器制造基地項(xiàng)目開工。清華紫光還與重慶市政府簽署協(xié)議，在重慶成立研發(fā)中心和DRAM晶圓廠

基石已有，道路仍長

我們不希望國產(chǎn)存儲還是像龍芯那樣有產(chǎn)品無市場。幸好，一切還算順利。采用長鑫DRAM顆粒的光威弈Pro 8GB DDR4-3000內(nèi)存，完全可以超頻使用。光威奕PRO SSD采用聯(lián)蕓科技主控，長江存儲的顆粒。還有長江存儲旗下品牌致鈦，采用了慧榮和聯(lián)蕓科技的主控，這些都是很純正的國產(chǎn)存儲，也是能夠?qū)崒?shí)在在買得到的產(chǎn)品。綜合性能都很不錯，但是價格還需進(jìn)一步調(diào)整才能更有競爭力。不過，這已經(jīng)迫使國外巨頭“加強(qiáng)”了安全生產(chǎn)體系，那些打算繼續(xù)用黑片的廠商也該被淘汰出市場了。

寫在最后：

相信我們多數(shù)的消費(fèi)者，都是從價格和性能方面選購產(chǎn)品，而國產(chǎn)產(chǎn)品如果能達(dá)到主流水平，大家也不會吝惜鈔票。只是多年來，我們受夠了自詡民族企業(yè)家的商人欺騙，比如漢芯，比如水氫汽車。但我們應(yīng)該支持這些品牌，因?yàn)樗麄冇姓嬲膰a(chǎn)存儲產(chǎn)品，他們需要得到市場認(rèn)可，需要資金的回籠和再投入，我們也希望在研發(fā)的同時，質(zhì)量、渠道和售后都要跟上。很多東西，國產(chǎn)之后其實(shí)會給消費(fèi)者帶來更大的實(shí)惠。就像汽車，如果我們沒有自己的汽車工業(yè)，那么桑塔納現(xiàn)在還得賣20萬元。