中國集成電路NANDFhlash發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

中國集成電路NANDFhlash發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

NANDFhlash是集成電路的一種。NANDFlash屬于半導體產(chǎn)品，是集成電路的一種。所以，NANDFlash的生產(chǎn)和其他半導體產(chǎn)品一樣，都基于對硅材料進行加工，經(jīng)過設計、

封裝、測試等步驟，最終成為芯片產(chǎn)品。在晶圓加工環(huán)節(jié)，通過半導體加工工藝，每片晶圓上有數(shù)百顆NANDFlash芯片。這些由無數(shù)個晶體管電路組成的芯片稱為Die，每個Die都是一個獨立的功能芯片。

NANDFlash容量結構從大到小可依次分為Device、Die、Plane、Block和Page。一個Device有若干個Die，每個Die有若干個Plane，每個Plane有若干個Block，每個Block有若干個Page。而一個Page中包含著多個Cell，Cell是Page中的最小操作擦寫讀單元，對應一個浮柵晶體管，這些晶體管的存儲量決定于存儲單元的類型。

3DNAND工藝持續(xù)提升，堆疊層數(shù)不斷增加。自三星在2013年研發(fā)出24層3DNAND技術后，各原廠均投入對3DNAND技術研發(fā)。在三星、SK海力士等原廠在3D技術快速發(fā)展的推動下，3DNAND迅速普及且產(chǎn)出比例持續(xù)攀升，現(xiàn)已成為主流制程。此外，根據(jù)技術發(fā)展路徑，3D堆疊技術也在持續(xù)提升，3DNAND持續(xù)向更高層數(shù)進行堆疊，從而實現(xiàn)產(chǎn)品不斷迭代。

在2019年5月GSAMEMERY＋論壇上其預測在未來5年內(nèi)，3DNAND堆疊層數(shù)將達到500層，10年內(nèi)將可達到1000層。層數(shù)增加意味著對工藝、材料的要求會提高。此外，在堆疊層數(shù)增加的情況下，雖然存儲堆棧的高度在增大，但每層的厚度卻在縮減。按照目前技術發(fā)展趨勢，每升級一次堆棧厚度都會變成原來約1.8倍，而層厚度會變成原來約0.86倍。目前，各原廠商都在對3DNAND產(chǎn)品的各項指標進行優(yōu)化，包括讀寫速度、容量、功耗等。此外，對于成本控制也是原廠需要考慮的因素之一。各原廠對于技術和成本的追求，將有助于其保持和鞏固市場。

增加存儲孔密度、增加存儲單元密度、邏輯擴展增加比特密度是目前擴大存儲容量的三個主要有效方法。三種維度增加容量的效果各不相同，從64層擴展到96層時，存儲孔密度大概增加了10%;存儲單元密度增加了68%;TLC比特密度增加了65%。綜合這三種方法就可以看到整個閃存容量的增長了。根據(jù)各代產(chǎn)品發(fā)展情況，3DNAND單位面積存儲容量在不斷增大。從三星量產(chǎn)32層128Gb存儲容量為1.86Gb/mm2，到目前東芝存儲堆積到128層512Gb存儲容量為7.8Gb/mm2，單位存儲容量提升已達到逾4倍。此外，在Die容量相同情況下，由于單位面積存儲容量提升，單Die尺寸將會縮小。所以在相同尺寸的晶圓上，Die產(chǎn)量將會得到提升。技術迭代在提升單位面積容量的同時，通過規(guī)?；a(chǎn)降低制造成本，將對原廠形成內(nèi)在激勵。

雖然各方對于3DNAND技術突破的預測不盡相同，但產(chǎn)品迭向更高堆疊層數(shù)迭代的趨勢得到一致認同。由于堆疊技術迭代，單位面積存儲容量將得到提升。此外，由于容量提升，對于單Die容量相同的兩代產(chǎn)品而言，新一代產(chǎn)品尺寸將會有所縮減。所以，這將使得同樣大小晶圓產(chǎn)出量將上升，而規(guī)模化生產(chǎn)有助于降低生產(chǎn)成本。

一、需求

手機和數(shù)據(jù)中心服務器作為NANDFlash產(chǎn)品主要應用方向之二，其出貨量將對NANDFlash產(chǎn)生影響。目前，我國智能手機出貨量占全球市場份額超過20%，隨著國內(nèi)品牌在性能等方面升級，將提高品牌知名度，銷售量將有望提升。智能手機出貨量上升使得華為、OPPO、VIVO、小米等已是存儲原廠重要客戶。在服務器領域，我國廠商在市占率具有一定優(yōu)勢的情況下，疊加國內(nèi)IDC產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，出貨量有望提升。所以，我國相關廠商對NANDFlash需求有不斷擴張的趨勢，基于產(chǎn)能保障等方面考慮形成國產(chǎn)替代需求。

國產(chǎn)品牌正走向世界，我國是智能手機重要產(chǎn)地之一。華為、OPPO、VIVO、小米等國產(chǎn)品牌近幾年在智能手機領域發(fā)展迅速。據(jù)調查數(shù)據(jù)顯示，華為、小米和OPPO出貨量位居全球品牌第3、第4和第5位；而根據(jù)全年的數(shù)據(jù)，排名2019全年全球智能手機市場出貨量和市場份額前五的廠商分別為：三星、華為、蘋果、小米、OPPO。2019年全年數(shù)據(jù)顯示，華為已經(jīng)超于蘋果，成為全球第二大智能手機廠商。我國國產(chǎn)手機品牌已經(jīng)逐步走出國內(nèi)，面向全球市場。對于我國智能手機產(chǎn)業(yè)而言，除國產(chǎn)品牌外，還有部分國外品牌在我國企業(yè)代工。根據(jù)調查數(shù)據(jù)顯示，我國智能手機出貨量在全球份額持續(xù)保持在20%以上，我國已經(jīng)成為智能手機重要產(chǎn)地之一。

數(shù)據(jù)流量爆發(fā)已經(jīng)成為趨勢，而在這種趨勢下，建設及升級將激發(fā)對服務器需求。從全球服務器市場看，我國服務器制造商具有一定市場份額，其中新華三市占率為全球第二，而浪潮信息則位列第三。兩者合計市占率在2019年有小幅度增長。隨著國內(nèi)云計算產(chǎn)業(yè)加速和5G下游應用開發(fā)，國內(nèi)建設逐步加速，國內(nèi)服務器需求將會有所增加，國內(nèi)領先廠商有望進一步提升市場份額。

二、政策

在集成電路領域，我國與國外領先國家之間具有一定差距。這種差距在芯片領域尤為明顯，大部分高端芯片需要進口，對于產(chǎn)業(yè)安全具有較大影響。而國家對于集成電路產(chǎn)業(yè)扶持在政策和資金上均有所傾斜，為我國集成電路發(fā)展不斷注入活力。目前，在某些領域已取得一定進展，并不斷縮小與領先集體之間的差距。

國家發(fā)布政策支持集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展。集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎和核心，國家將產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升到戰(zhàn)略高度。自2014年以來，國家大力主導推動整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后頒布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》、《集成電路產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》等政策。此外，各地方政府也頒布地方性政策以扶持相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。存儲器和3D封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展在相關政策中也有所提及。國家政策對于集成電路產(chǎn)業(yè)扶持將有助于相關企業(yè)在技術上對先進隊伍進行追趕。

根據(jù)相關政策，國家對于集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一個較為明確的目標；到2020年要達到與國際先進水平的差距逐步縮小、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力大幅增強；到2030年，我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達到國際先進水平，一批企業(yè)進入國際第一梯隊，實現(xiàn)跨越發(fā)展。為實現(xiàn)這些目標，國家加大對相關企業(yè)的資金支持，將產(chǎn)業(yè)基金導入到企業(yè)中，實現(xiàn)資金和政策雙扶持格局。2014年9月24日，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(“大基金”)正式設立。截至目前，大基金已經(jīng)設立兩期。對于大基金一期，截至2018年已經(jīng)基本投資完畢，投資額度接近1400億元。而大基金二期在2019年已完成募集，募集規(guī)模約為2000億元，主要聚焦集成電路產(chǎn)業(yè)鏈布局投資，重點投向芯片制造以及設備材料、芯片設計、封裝測試等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，支持行業(yè)內(nèi)骨干龍頭企業(yè)做大做強。大基金資金導入對企業(yè)研發(fā)將有一定促進作用，能更好的幫助企業(yè)在技術上進行追趕。

三、3DNAND技術趨勢

早期由于我國集成電路產(chǎn)業(yè)技術落后于先進集團，許多高端產(chǎn)品需要進口來滿足需求。在2016年前，中國在存儲芯片市場為0，而3DNAND技術被幾大巨頭所壟斷。長江存儲即是在此背景下成立，其主攻方向為存儲芯片。在國家政策和大基金扶持下，3DNAND技術研發(fā)得到支持。長江存儲作為國家存儲器基地的主要承擔單位，其與中國科學院微電子研究所聯(lián)合承擔3DNAND存儲器研發(fā)項目。該項目在2017年取得了標志性進展，32層3DNAND芯片順利通過電學特性等各項指標測試，達到預期要求。此外，該項目成功實現(xiàn)了工藝器件和電路設計的整套技術驗證，向產(chǎn)業(yè)化道路邁出具有標志性意義的關鍵一步。

在面臨國外領先廠商在技術壓制情況下，2019年8月長江存儲發(fā)布了Xtacking2.0，此次優(yōu)化意味著在自主研發(fā)的道路上取得了一些進步。預計在2.0版本構架下，將有助于提升NAND吞吐速率、提升系統(tǒng)級存儲的綜合性能。此外，長江存儲表示將跳過96層3DNAND技術，從而直接進入到128層技術研發(fā)。由于公司跳過中間一代技術節(jié)點，而進入到當前領先原廠的研發(fā)節(jié)點上，這將使得公司需要面對更為嚴峻的挑戰(zhàn)。新一代技術的研發(fā)將加快縮小與先進集團之間的距離，也有助于打開國家市場，打破外資壟斷的局面。

長江存儲是我國3DNAND技術上的龍頭企業(yè)，其基于Xtacking構架的64層產(chǎn)品而長江存儲僅有64層產(chǎn)品，但我國與國外領先原廠的距離已經(jīng)在逐步縮小。此外，長江存儲已推出Xtacking2.0且直指128層3DNAND技術，這將有助于加快對先進技術的追趕。已經(jīng)量產(chǎn)。雖然國際領先原廠已經(jīng)量產(chǎn)96層3DNAND產(chǎn)品并向下一代產(chǎn)品進行研發(fā)。

5G通信所激發(fā)的換機潮和數(shù)據(jù)流爆發(fā)將會致使NANDFlash需求上升。就手機而言，一方面5G網(wǎng)絡使得用戶體現(xiàn)提升吸引著消費者；另一方面，各種定位的5G手機使得各種需求得到滿足。這將激發(fā)消費者更換手機的欲望。此外，5G手機所使用的NANDFlash容量有所上升，根據(jù)目前所發(fā)布5G手機的情況,大部分手機NAND容量為128G起，容量較4G手機有一倍的提升。手機對于NANDFlash的需求將會逐步顯現(xiàn)。伴隨著數(shù)據(jù)流量爆發(fā)，IDC行業(yè)景氣度