前日,，TrendForce 集邦咨詢發(fā)布了2021年第三季度 NAND Flash 市場報告,。第三季度得益于智能手機和服務(wù)器兩大應(yīng)用的強勁需求,，NAND閃存芯片出貨量增長近11％,，平均銷售單價增長近4％,，行業(yè)總營收達(dá)188．8億美元,，環(huán)比增長15％,。
2021年第三季度全球NAND Flash品牌廠商營收排行（單位：百萬美元），來源：TREND FORCE
從營收來看,，大部分廠商的營收較上一季度均有增加,。從市場份額來看，前三大巨頭三星,、鎧俠,、SK海力士瓜分了約67％的市場份額，且較Q2的市場份額均有增加,，頭部廠商開始蠶食后面廠商的市場份額,。
NAND閃存是存儲器市場的第二大細(xì)分市場，占存儲器市場規(guī)模的比例高達(dá)42％,。2020 年,，全球半導(dǎo)體市場規(guī)模 4402 億美元，存儲器市場規(guī)模為 1172 億美元,，NAND 閃存市場規(guī)模為 494 億美元,。
NAND閃存的市場規(guī)模與市場地位，注定了它的“不平凡”,，技術(shù)迭代,、產(chǎn)品更新，備受關(guān)注,。
大勢所趨：從2D到3D
自上世紀(jì)80年代NAND 閃存面世以來,，NAND閃存技術(shù)至今發(fā)生了翻天覆地的變化。
之前,，NAND閃存一直基于二維平面的NAND技術(shù),，也就是我們說的2D NAND閃存,。2D 在平面上對晶體管尺寸進(jìn)行微縮，從而獲得更高的存儲密度,，但晶體管尺寸微縮遇到物理極限,，現(xiàn)已面臨瓶頸，達(dá)到發(fā)展極限,。為了在維持性能的情況下實現(xiàn)容量提升,，3D NAND 成為發(fā)展主流。3D NAND 把解決思路從單純提高制程工藝轉(zhuǎn)變?yōu)槎询B多層,，成功解決了平面 NAND 在增加容量的同時性能降低的問題,，實現(xiàn)容量、速度,、能效及可靠性等全方位提升,。2019 年，3D NAND 的滲透率為 72．6％,，已遠(yuǎn)超 2D NAND,，且未來仍將持續(xù)提高，預(yù)計 2025 年 3D NAND 將占閃存總市場的 97．5％,。
自從NAND 閃存進(jìn)入3D時代,，堆棧層數(shù)猶如摩天大樓一樣越來越高，從最初的24／32層一路堆到了現(xiàn)在的128層甚至176層,。層數(shù)越高,，NAND閃存可具有的容量就越大。增加層數(shù)以及提高產(chǎn)量也是衡量技術(shù)實力的標(biāo)準(zhǔn),。
2019 年 64／72 層 3D NAND 產(chǎn)出比重 64．9％,，為全球產(chǎn)出的主要部分，92層 3D NAND產(chǎn)出比重占總體的 21．3％,。根據(jù) DRAMeXchange 估計,，隨著 110＋層閃存芯片的推出，92／96 層會被快速取代,，產(chǎn)出占有率在 2020 年略微提升后逐步下降,，預(yù)計 2023 年市場總產(chǎn)出的72．5％會被 110＋層3D NAND閃存占據(jù)。據(jù)知情人士透露,，明年,，手機和消費類固態(tài)硬盤將越來越多地采用176層3D NAND閃存。
各大廠商紛紛采取措施,，為盡可能多的占領(lǐng)市場的進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn),，同時正在往更多層數(shù)進(jìn)行技術(shù)邁進(jìn)。
三星：創(chuàng)新“V－NAND”架構(gòu),，搶占200＋層先機
作為NAND閃存的龍頭企業(yè),，三星與3D NAND閃存積緣已久，3D NAND 閃存之風(fēng),，是從2013年的三星那里吹向世界的,。2013年，三星設(shè)計了一種垂直堆疊單元的方法,，它將單元集中在單個樓層（類似高層公寓）上,，這也是全球首個3D單元結(jié)構(gòu)“V－NAND”。三星當(dāng)年推出的V－NAND通過3D堆疊技術(shù)可以實現(xiàn)最多24層die堆疊,。此外,，三星還宣布V－NAND閃存的寫入速度及可靠性都有2倍以上的提高。
三星的V－NAND閃存的技術(shù)進(jìn)步就是放棄了傳統(tǒng)的浮柵極MOSFET,，改用自家的電荷擷取閃存（charge trap flash,，簡稱CTF）設(shè)計。傳統(tǒng)的浮柵極由于絕緣導(dǎo)致相鄰單元格容易互相干擾,，三星用絕緣的氮化硅薄膜充當(dāng)電子的隔離層,，將電子“關(guān)禁閉”而防止互相干擾，等需要讀取時再“解禁”,。這種隔離方法最大的優(yōu)點是可以更大程度地降低存儲單元格間電荷干擾,，從而大大提升芯片的寫入速度、增加芯片的P／E擦寫次數(shù),。使用CTF結(jié)構(gòu)的V－NAND閃存被認(rèn)為是一種非平面設(shè)計,，絕緣體環(huán)繞溝道（channel），控制柵極又環(huán)繞著絕緣體層,。這種3D結(jié)構(gòu)設(shè)計提升了儲存電荷的的物理區(qū)域,，提高了性能和可靠性。
3D V－NAND架構(gòu)在NAND閃存歷史的驗證中不斷成熟,，三星也通過技術(shù)的更迭和產(chǎn)線的擴(kuò)增,，來維護(hù)自己在NAND閃存市場的王者地位。
三星的技術(shù)研發(fā)動作從未拖泥帶水,，去年,，三星推出了領(lǐng)先的176層的第七代“V－NAND”。三星官方表示,，與第六代 100 層 V－NAND 相比,，第七代V－NAND單元體積減少35％，可在不增加模塊高度的情況下放置176 層,，同時還可以降低功耗,，提高 16％ 的效率，176層NAND閃存已量產(chǎn),；前日,，在三星技術(shù)論壇上,，三星搶先業(yè)界公布了第八代V－NAND的細(xì)節(jié)，堆棧層數(shù)超過200層,，容量可達(dá)1Tbit,，512GB容量的厚度也只有0．8mm，可用于手機,，預(yù)計到明年下半年可量產(chǎn),。
除了技術(shù)之外，三星的產(chǎn)能擴(kuò)張也跟上了步伐,。前日,，據(jù)《電子時報》援引消息人士稱，三星電子也將在平澤第3工廠（P3）安裝新的3D NAND芯片生產(chǎn)線,，以提高176層3D NAND芯片產(chǎn)量,，屆時將擁有4萬－5萬片的月產(chǎn)能。
美光：首個量產(chǎn)176層3D NAND閃存,，贏在起跑線
去年10月,，美光宣布已量產(chǎn)全球首款176層3D NAND閃存。美光的176層3D NAND閃存是美光第五代3D NAND產(chǎn)品,，通過應(yīng)用專有的CuA（CMOS－under－array,，CMOS陣列下）架構(gòu)，結(jié)合采用替換柵極工藝和新單元結(jié)構(gòu)的新陣列結(jié)構(gòu),，實現(xiàn)了突破性的176層NAND創(chuàng)新,。所有這些結(jié)合在一起，開創(chuàng)了具有高效CuA 3D架構(gòu)的176層NAND,。CuA技術(shù)在芯片的邏輯器件上構(gòu)建了多層堆棧,，將更多內(nèi)存集成封裝在更緊湊的空間中，極大縮小了 176 層 NAND 的裸片尺寸,，提升了單片晶圓的存儲容量,。
與上一代的高容量3D NAND相比，美光176層3D NAND閃存的讀取延遲和寫入延遲改善超過35％,，可大幅提高應(yīng)用的性能
美光搶先推出全球首個176層3D NAND,，讓廠商之間的技術(shù)競爭越發(fā)激烈。
鎧俠：NAND技術(shù)與NIL技術(shù)雙管齊下
與三星類似,，鎧俠與NAND 閃存的緣分可以追溯到上世紀(jì)80年代,，鎧俠的前身東芝存儲研發(fā)出了NAND閃存。走過幾十年,，鎧俠依舊站在NAND閃存的山頂上,。
去年1月底，日本閃存芯片公司鎧俠（Kioxia）和西部數(shù)據(jù)聯(lián)合宣布,，它們已經(jīng)開發(fā)出第六代162層3D閃存技術(shù),，比上一代這次162層相比之前的112層閃存提升了10％的密度,。
除了不斷更新NAND 閃存技術(shù)外，鎧俠也從光刻技術(shù)入手,，與佳能,、DNP合作研發(fā)納米壓印微影（NIL） 制程技術(shù)。相較于目前已商用化的EUV光刻技術(shù),，鎧俠表示，NIL技術(shù)可大幅減少耗能,，并降低設(shè)備成本,。原因在于NIL技術(shù)的微影制程較為單純，耗電量可壓低至EUV 技術(shù)的10％,，并讓設(shè)備投資降低至僅有EUV 設(shè)備的40％,。對鎧俠來說，NAND 閃存因為采取3D 立體堆疊結(jié)構(gòu),，更容易適應(yīng)NIL技術(shù)制程,。而鎧俠也表示，當(dāng)前已解決NIL 的基本技術(shù)問題,，正在進(jìn)行量產(chǎn)技術(shù)的推進(jìn)工作,，希望能較其他競爭對手率先引入到NAND 生產(chǎn)當(dāng)中。
除了一心搞好技術(shù)之外,，鎧俠也通過新建工廠來提高產(chǎn)能,。
今年5月份，鎧俠估計將投資高達(dá)約2兆日圓（約183．7億美元）,，加碼投資助力提高3D NAND生產(chǎn),。鎧俠計劃在日本巖手縣北上市新建K2工廠，計劃2023年開始營運,。目前鎧俠已對鄰近K1東側(cè)及北側(cè)約15萬平方公尺的土地進(jìn)行土地工程,，除了投資K2廠房、設(shè)施,，也含補充四日市工廠內(nèi)設(shè)備的費用,。此外，鎧俠在日本四日市也正在新建Fab7工廠,，該工廠的建設(shè)分為兩個階段,，第一階段的建設(shè)計劃于2022年春季完成。
長江存儲：實力與魄力并存
據(jù)民生證券2021年7月統(tǒng)計,，中國是全球第二大NAND市場,，占比約31％，但本土供應(yīng)市占不足1％,。
但是,，長江存儲作為國內(nèi)領(lǐng)先的存儲廠商,，不斷縮短和世界領(lǐng)先水平的距離，將有望引領(lǐng)國產(chǎn) NAND 產(chǎn)業(yè)崛起,。
2017 年 10 月,，長江存儲成功設(shè)計并制造了中國首款 3D NAND 閃存。
2019 年 9 月,，公司使用 Xtacking?1．0 架構(gòu)閃存技術(shù),，成功量產(chǎn) 64 層 TLC 3D NAND 閃存。不同于傳統(tǒng) 3D NAND 架構(gòu),，Xtacking?技術(shù)屬于自主創(chuàng)新,。在傳統(tǒng) NAND 架構(gòu)中，I／O 及記憶單元操作的外圍電路和存儲單元在同一片晶圓上制造,。在長江存儲 Xtacking?架構(gòu)中,，I／O 及記憶單元操作的外圍電路被生產(chǎn)在一片晶圓上，而存儲單元在另一片晶圓上被獨立加工,，當(dāng)兩片晶圓各自加工完成后,，Xtacking?技術(shù)只需一個處理步驟即可通過數(shù)十億根金屬垂直互聯(lián)通道（VIA，Vertical Interconnect Access）將二者鍵合接通電路,，并封裝到同一個芯片中,。
之后，鑒于國際領(lǐng)先廠商已擁有100層以上的技術(shù),，因此長江存儲決定跳過業(yè)界常見的96層,，直接研發(fā)128層3D NAND。2020年4月,，長江存儲宣布成功研發(fā)128層3D NAND,，128層3D NAND已在今年量產(chǎn)。
結(jié)語
1％的國產(chǎn)化率代表的不是國產(chǎn)NAND閃存的缺失,，而是眾多國內(nèi)廠商正在努力追趕的技術(shù)之路,。這條路可以走得慢，慢可以匠心鉆研,；但是也一定要努力走得快,，快才能追趕得上日新月異的技術(shù)迭代。
