存儲器是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要分支。

全球半導(dǎo)體協(xié)會 SIA 數(shù)據(jù)顯示，存儲芯片產(chǎn)業(yè) 2019 年全球銷售額約 1200 億美元，約占全球半導(dǎo)體市場營收 4121 億美元的 30%。

中國市場方面，根據(jù)魏少軍教授公布的數(shù)據(jù)顯示，2019 年半導(dǎo)體存儲器國內(nèi)市場規(guī)模為 415.8 億美元，占據(jù)近 35%的全球銷售額。然而，在龐大的市場規(guī)模下，依賴進(jìn)口仍然是國內(nèi)存儲芯片產(chǎn)業(yè)多來年的發(fā)展現(xiàn)狀。以 2019 年為例，我國存儲芯片進(jìn)口額為 947 億美元，占集成電路進(jìn)口額 3041 億美元的 31%。市場份額被三星、鎧俠（東芝）、西部數(shù)據(jù)、美光和 SK 海力士等巨頭幾乎瓜分殆盡。

行業(yè)動態(tài)

國產(chǎn)突圍，迫在眉睫。

在現(xiàn)狀與困境之下，背負(fù)著打破國內(nèi)存儲產(chǎn)業(yè)發(fā)展困局使命的國內(nèi)三大存儲企業(yè)（武漢長江存儲、合肥長鑫、福建晉華）相繼發(fā)力。其中，NAND Flash 作為存儲芯片的重要產(chǎn)品之一，是長江存儲要重點(diǎn)攻克的領(lǐng)域所在。2019 年全球 NAND Flash 市場規(guī)模為 460 億美元，同比減少 27%。

2018-2019 年，由于市場低迷及產(chǎn)能過剩，存儲芯片價(jià)格持續(xù)走低，在經(jīng)歷了近兩年的價(jià)格下行周期后，2019 年底稍有回暖跡象。IC Insights 發(fā)布的《McClean 報(bào)告 2020》預(yù)測，2020 年成長最快 IC 產(chǎn)品中，NAND Flash 排在第一，預(yù)計(jì)增幅達(dá) 19%。

圖源：IC Insights

長江存儲：十年寒窗無人問，一舉成名天下知

三大存儲在追趕業(yè)界領(lǐng)先水平的征程上或悲壯或順利的前行，挫折占了大半?？v然星光不問趕路人，可時(shí)光終也不負(fù)有心人，長江存儲迎來了新的里程碑。

4 月 13 日，長江存儲宣布 128 層 QLC 3D NAND 閃存（X2-6070）研發(fā)成功，且已在群聯(lián)和聯(lián)蕓兩家控制器廠的 SSD 上通過驗(yàn)證。

據(jù)長江存儲介紹，X2-6070 是業(yè)內(nèi)首款 128 層 QLC 規(guī)格的 3D NAND 閃存，也是我國首款 128 層 3D NAND 閃存芯片，擁有業(yè)內(nèi)已知型號產(chǎn)品中最高單位面積存儲密度（QLC，4 bit/cell），最高 I/O 傳輸速度（1.6G/s）和最高單顆 NAND 閃存芯片容量（1.33Tb），是上一代 64 層單顆芯片容量的 5.33 倍。X2-6070 將率先應(yīng)用于消費(fèi)級 SSD，并逐步進(jìn)入企業(yè)級服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，以滿足未來 5G、AI 時(shí)代多元化數(shù)據(jù)存儲需求。此次同時(shí)發(fā)布的還有 128 層 512Gb TLC 規(guī)格閃存芯片（X2-9060），以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

長江存儲預(yù)計(jì)，128 層產(chǎn)品今年底到明年上半年量產(chǎn)，維持明年單月 10 萬片產(chǎn)能目標(biāo)不變。當(dāng)下，長江存儲產(chǎn)能為 2 萬片 / 月， 12 寸晶圓廠的 64 層芯片產(chǎn)能還是屬于爬升期，處于 64 層 eMMC、UFS、SSD 產(chǎn)品最后的研發(fā)階段。公司表示將盡早達(dá)成 64 層三維閃存產(chǎn)品月產(chǎn)能 10 萬片，并按期（二期）建成 30 萬片 / 月產(chǎn)能，提升國家存儲器基地的規(guī)模效應(yīng)。

此外，得益于 Xtacking 架構(gòu)對 3D NAND 控制電路和存儲單元的優(yōu)化，長江存儲上一代 64 層 TLC 產(chǎn)品在存儲密度、I/O 性能及可靠性上廣受好評。在長江存儲 128 層系列產(chǎn)品中，Xtacking 已全面升級至 2.0，進(jìn)一步釋放 3D NAND 閃存潛能。

長江存儲填補(bǔ)了我國在 3D NAND 閃存芯片領(lǐng)域的空白，它是目前中國唯一能夠在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)的廠商。盡管起步晚于國際大廠，但長江存儲發(fā)展迅速，技術(shù)水平已躋身全球第一梯隊(duì)。128 層的 3D NAND 是當(dāng)今國際閃存市場的主流技術(shù)，眾多韓國閃存大廠也剛量產(chǎn)不久。

下面，筆者就本次新品的兩個(gè)亮點(diǎn) QLC 和 Xtacking 架構(gòu)，進(jìn)行一些簡要介紹。

QLC

NAND 閃存通?？梢苑譃?SLC、MLC、TLC 和 QLC 四類，QLC 是繼 TLC（3 bit/cell）后 3D NAND 的第四代存儲方式，也是當(dāng)前最新一代的閃存技術(shù)。

從原理上看，QLC 的每個(gè)單元可儲存 4 個(gè)數(shù)據(jù)，那就意味著與前三種閃存相比，QLC 閃存可以在同等的 die 面積上，存儲更多的數(shù)據(jù)。擁有成本更低、容量更大、高密更高等特點(diǎn)，適合于讀取密集型應(yīng)用。

閃存和 SSD 領(lǐng)域知名市場研究公司 Forward Insights 創(chuàng)始人兼首席分析師 Gregory Wong 認(rèn)為：“QLC 降低了 NAND 閃存單位字節(jié)（Byte）的成本，更適合作為大容量存儲介質(zhì)。與傳統(tǒng) HDD 相比，QLC SSD 更具性能優(yōu)勢。在企業(yè)級領(lǐng)域， QLC SSD 將為服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心帶來更低的讀延遲，使其更適用于 AI 計(jì)算，機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)時(shí)分析和大數(shù)據(jù)中的讀取密集型應(yīng)用。在消費(fèi)類領(lǐng)域，QLC 將率先在大容量 U 盤，閃存卡和 SSD 中普及。因此，QLC SSD 未來市場增量將非?？捎^。”

Xtacking

2018 年 7 月，長江存儲首次發(fā)布了突破性能的 3D NAND 構(gòu)架 Xtacking?。

根據(jù)長江存儲的介紹，采用 Xtacking?可實(shí)現(xiàn)在兩片獨(dú)立的晶圓上分別加工外圍電路和存儲單元。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。當(dāng)兩片晶圓各自完工后，創(chuàng)新的 Xtacking?技術(shù)只需一個(gè)處理步驟就可通過數(shù)百萬根金屬 VIA（垂直互聯(lián)通道）將二者鍵合接通電路。

傳統(tǒng) 3D NAND 架構(gòu)中，外圍電路約占芯片面積的 20~30%，降低了芯片的存儲密度。隨著 3D NAND 技術(shù)堆疊到 128 層甚至更高，外圍電路可能會占到芯片整體面積的 50%以上。Xtacking?技術(shù)將外圍電路置于存儲單元之上，從而實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng) 3D NAND 更高的存儲密度。

同時(shí)，Xtacking?技術(shù)充分利用存儲單元和外圍電路的獨(dú)立加工優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了并行、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造，產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間可縮短三個(gè)月，生產(chǎn)周期可縮短 20%，從而大幅縮短 3D NAND 產(chǎn)品的上市時(shí)間。

此外，這種模塊化的方式也為引入 NAND 外圍電路的創(chuàng)新功能以實(shí)現(xiàn) NAND 閃存的定制化提供了可能。

知乎作者“猛練自然強(qiáng)”將其優(yōu)勢總結(jié)為：

外圍電路置于存儲單元之上，不占實(shí)際芯片面積，提高存儲密度；

存儲單元，外圍電路分別在兩片 wafer 上加工，縮短生產(chǎn)工序和周期；

外圍電路單獨(dú)加工，與存儲單元可以互相獨(dú)立設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、消除二者之間的設(shè)計(jì)、工藝牽制，在實(shí)現(xiàn)更高性能的同時(shí)，降低設(shè)計(jì)和工藝方面的難度。

在長江存儲首次發(fā)布的 128 層 QLC 3D NAND 上，使用的全新升級的 Xtacking2.0 架構(gòu)，X2-6070 在 1.2V Vccq 電壓下實(shí)現(xiàn)了 1.6Gbps/ s 的數(shù)據(jù)傳輸速率，I/O 讀寫性能更強(qiáng)。

憑借 1.6Gb/s 高速讀寫性能和 1.33Tb 高容量，長江存儲通過 X2-6070 再次向業(yè)界證明了 Xtacking 架構(gòu)的前瞻性和成熟度，為今后 3D NAND 行業(yè)發(fā)展探索出一條切實(shí)可行的路徑。

三星動態(tài)

NAND FLASH 行業(yè)的各家公司都在用盡渾身解數(shù)，來爭奪這塊數(shù)百億美金的市場。行業(yè)老大三星也不敢怠慢，長江存儲動態(tài)余溫未盡之際，三星便傳出新聲。

據(jù)韓國媒體《ETnews》報(bào)道，三星目前正在開發(fā)具有 160 層堆棧的第 7 代 V-NAND 閃存，相關(guān)方面技術(shù)取得重大進(jìn)展。三星的第 7 代 V-NAND 閃存將采用“雙堆棧（double-stack）”技術(shù)來達(dá)到更多堆棧層，以此來擴(kuò)大容量和使用范圍。三星目前尚未公布 160 層的 3D 閃存的詳細(xì)技術(shù)信息。

2019 年，三星以 166.7 億美元的營收，成為全球 3D NAND Flash 閃存市場龍頭，市占率達(dá)到 35.9%?？紤]到三星占據(jù)了 NAND 閃存行業(yè)超過 1/3 的市場份額，160 層堆棧閃存若由三星成功首發(fā)，其將繼續(xù)保持閃存技術(shù)上的優(yōu)勢，拉開與對手的差距。

行業(yè)發(fā)展史

廝殺數(shù)十年的存儲器江湖，有人起來，有人倒下。

從最開始美國的獨(dú)霸天下，到八十年代后日本存儲行業(yè)騰飛，再到韓國公司依靠政府支持與時(shí)代機(jī)遇的崛起，撲滅其它人。

2008 年金融危機(jī)，存儲價(jià)格雪崩。三星開始“反周期”戰(zhàn)略，瘋狂擴(kuò)產(chǎn)下，德國奇夢達(dá)宣布破產(chǎn)，2011 年日本爾必達(dá)低價(jià)賣身美光 。..

存儲行業(yè)重新洗牌，有人堅(jiān)持，有人離去。熬過低潮期的存儲大廠們，在 2015-2018 年新一輪的上行周期間賺的盆滿缽滿，甚至在 2017 年，三星營收水平超過半導(dǎo)體霸主英特爾，終結(jié)了半導(dǎo)體霸主英特爾連續(xù) 27 年行業(yè)第一的記錄。

在如今 NAND 地盤上，三星、SK 海力士、美光、愷俠（原東芝存儲）、西部數(shù)據(jù)、英特爾群雄割據(jù)。根據(jù) DRAMe Xchange 數(shù)據(jù)，2019 年全球 NAND Flash 市場前五大廠商三星、鎧俠、西部數(shù)據(jù)、SK 海力士和美光的市場份額合計(jì)占比達(dá)到 89.90％。數(shù)十年來，存儲行業(yè)的廝殺像是一場輪回，十年河?xùn)|，十年河西。

現(xiàn)在輪到中國殺了進(jìn)來，在當(dāng)前的國際局勢下，長江存儲和合肥長鑫們，擔(dān)負(fù)起了振興國產(chǎn)存儲芯片的重任。預(yù)計(jì) 2021 年長江存儲產(chǎn)能將占到 NAND Flash 整體市場的 8%

存儲巨頭進(jìn)展

從 2019 年開始，業(yè)界幾大主要玩家都陸續(xù)跨進(jìn)了 100+層時(shí)代。

三星公司在 2019 年 6 月推出了第六代 V-NAND 100+層（128 層和 136 層各有說法）TLC 3D NAND，8 月宣布基于該技術(shù)已批量生產(chǎn) 250GB SATA SSD，同年 11 月實(shí)現(xiàn)了第六代 512Gb TLC 3D NAND 的量產(chǎn)。

SK 海力士于 2019 年 6 月公開發(fā)布 128 層 4D TLC NAND，11 月向主要客戶交付基于 128 層 1Tb TLC 4D NAND 的工程樣品，包括 1TB UFS 3.1、2TB 客戶端 cSSD、16TB 企業(yè)級 eSSD。2020 下半年都將大規(guī)模量產(chǎn)出貨。近日，SK 海力士宣布推出基于首款 128 層 1Tb TLC 4D NAND 閃存的企業(yè)級 SSD-- PE8111，是針對讀取密集型應(yīng)用設(shè)計(jì)的高容量存儲解決方案。這也是全球首款在商用方案中應(yīng)用 128 層堆疊 1Tb TLC 4D NAND 閃存顆粒。

鎧俠在 2020 年 1 月宣布和西部數(shù)據(jù)攜手研發(fā)出 3D BiCS FLASH 第 5 代產(chǎn)品，采用 112 層 3D NAND 技術(shù)。BiCS5 架構(gòu)主要基于 TLC 和 QLC 技術(shù)，計(jì)劃推出 112 層 1Tb（128GB）TLC 以及 1.33Tb QLC 產(chǎn)品，將在 2020 年下半年大規(guī)模生產(chǎn)。

美光早在 2019 年 10 月第一批第四代 3D NAND 芯片流片出樣。在 2020 財(cái)年 Q2 財(cái)報(bào)上進(jìn)一步透露，已在第一季度開始批量生產(chǎn)第四代 128 層 3D NAND，將在第三季度開始出貨。預(yù)計(jì) 2021 年 3D NAND 將全面進(jìn)入 100+層時(shí)代。

英特爾在過去十年中一直致力于該技術(shù)的研發(fā)。2018 年，英特爾 64 層 1024 Gb/ 裸片的 QLC 3D NAND 問世。2019 年，英特爾升級到 96 層，進(jìn)一步提升了整體存儲密度。2020 年，基于數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)需求，英特爾將在大連廠推出 144 層 QLC 3D NAND。

長江存儲 128 層 NAND 產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)間預(yù)計(jì)將在今年年底到 2021 年上半年之間，隨著產(chǎn)能和良率的逐步提升，預(yù)計(jì) 2021 年將實(shí)現(xiàn) 10 萬片 / 月的產(chǎn)能。在量產(chǎn)時(shí)間上，長江存儲已沒有明顯落后。

依照目前的情況，128 層 3D NAND 已經(jīng)開始大量進(jìn)入企業(yè)存儲市場。如果不能把握住技術(shù)升級帶來的機(jī)會，就可能在新一輪市場競爭中掉隊(duì)。

NAND Flash 行業(yè)動態(tài)與趨勢

存儲芯片價(jià)格存在周期性變化特點(diǎn)，NAND Flash 作為存儲器的一種，價(jià)格自 2018 年初至 2019 年間處于降價(jià)周期。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年 NAND Flash 的價(jià)格平均跌幅達(dá) 46%，銷售重挫 27%，導(dǎo)致主要供應(yīng)商陷入虧損。

經(jīng)過接近兩年的降價(jià)，目前 NAND Flash 價(jià)格雖然仍相對處于低位，但從 2019 年末已逐漸開始有回暖趨勢。此外，在疫情影響下，云端服務(wù)需求加速上升以及遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程教育，對筆記本電腦需求的急速上升，備貨需求逐漸涌現(xiàn)，連帶提升 NAND 存儲需求。

據(jù) Gartner 研究數(shù)據(jù)顯示，在多因素持續(xù)發(fā)酵的影響下，2020 年存儲市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到 1247 億美元，呈增長態(tài)勢。內(nèi)存方面，由于從 2019 年開始持續(xù)短缺，以及晶圓廠的業(yè)務(wù)延遲和技術(shù)轉(zhuǎn)型，NAND 閃存價(jià)格將不斷提升，預(yù)計(jì) NAND 閃存收入將在 2020 年增長 40%。

隨著 NAND Flash 價(jià)格周期波動，主要的行業(yè)廠商針對需求變化調(diào)整產(chǎn)能。在上一輪降價(jià)周期中，各廠商紛紛暫緩了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。如今隨著下行周期的結(jié)束，各廠家又重啟投資計(jì)劃。

頭部廠商產(chǎn)線分布情況（與非網(wǎng)制圖）

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2020 年 NAND Flash 擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃中：

三星電子對其西安芯片工廠二期增加 80 億美元的投資，將用于投產(chǎn) 128 層或更高堆疊層數(shù)的 3D NAND 芯片，三星此次的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，預(yù)計(jì)在 NAND Flash 閃存增加每月 6.5 萬片芯片產(chǎn)能，全部集中在中國西安廠。預(yù)計(jì)于 2021 年下半年竣工，建成后將二期產(chǎn)能將達(dá)到每月 13 萬片；

鎧俠和西數(shù)在巖首縣北上市投資 70 億日元，計(jì)劃 2020 年上半年開始生產(chǎn) 3D NAND；鎧俠計(jì)劃于 2020 年底在四日市工廠內(nèi)建設(shè) Fab7 工廠，用于投資最新的 3D NAND，計(jì)劃 2022 年投產(chǎn)。

可見，NAND Flash 市場經(jīng)過在下行周期時(shí)的調(diào)整，庫存正在逐漸恢復(fù)，自 2019 下半年開始，數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器等領(lǐng)域?yàn)榱蓑?qū)動 5G 網(wǎng)路的發(fā)展，再加上手機(jī)品牌廠 5G 旗艦機(jī)上市需求熱絡(luò)，導(dǎo)致 NAND 市場資源供應(yīng)緊張，導(dǎo)致原廠加緊了 2020 年 NAND Flash 擴(kuò)產(chǎn)的步伐。

但隨著后續(xù)疫情的結(jié)束，以及以智能手機(jī)為主的終端廠商出貨量的減少，又將會對需求端造成一定影響。同時(shí)由于行業(yè)頭部廠商競爭仍較為激烈，技術(shù)與產(chǎn)能并無明顯優(yōu)劣，在各大廠商迅速擴(kuò)產(chǎn)的背景下，NAND Flash 價(jià)格的景氣周期可能較早結(jié)束，因此也要做好價(jià)格將重新進(jìn)入下行軌道的準(zhǔn)備。

結(jié)語

對于國內(nèi)存儲產(chǎn)業(yè)來講，面臨一場下行周期未必是一件壞事。在產(chǎn)業(yè)周期輪轉(zhuǎn)中，資本支出轉(zhuǎn)為保守，國外存儲大廠產(chǎn)能擴(kuò)充規(guī)劃較為謹(jǐn)慎，這也給了國內(nèi)存儲廠商拉近差距的機(jī)會。

隨著長江存儲 128 層 QLC 3D NAND 的發(fā)布，外界對于中國大陸企業(yè)在存儲技術(shù)上的質(zhì)疑之聲正在逐漸減少。

國內(nèi)存儲芯片廠商要想迎頭趕上，埋頭苦研技術(shù)是不二法門。正如半導(dǎo)體專家莫大康曾說，存儲芯片具有高度標(biāo)準(zhǔn)化的特性，且品種單一，較難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化，因此各廠商需要在工藝技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模上比拼競爭力。

然而，技術(shù)之外，如何利用好產(chǎn)業(yè)周期波動帶來的機(jī)遇，也是國產(chǎn)存儲廠商彎道超車的捷徑所在。

十年河?xùn)|，十年河西的存儲產(chǎn)業(yè)，國產(chǎn) NAND Flash 迎來了救贖的曙光。