《芯财料》 溫佳琦

公開資料顯示，2018年到2020年中國半導體存儲器進口金額分别為8137.6、6526.9和6608.7億元，其中貿易逆差分别達到5228.1、2908.9和2718.2億元。

如此大貿易逆差的背後，反映的是國内産業無論是在規模上還是競争力上，都還不能滿足龐大的市場需求。但同時，近年來的數據也有力的表明了國内集成電路産業正在快速成長。

存儲芯片，也叫存儲器，是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。根據斷電後數據是否被保存，可分為 ROM（非易失性存儲芯片）和RAM（易失性存儲芯片），即閃存和内存，其中閃存包括NAND Flash和NOR Flash，内存主要為DRAM。

圖片來源：億歐

如果把執行一段完整的程序比喻成制造一個産品，那麼存儲器相當于倉庫，而處理器則相當于加工車間。

要想提高産品制造的速度，有兩種方式，一種是提升加工車間的效率，即提高處理器的性能。

另一種則為縮短原材料從倉庫到加工車間的時間，去設置一個臨時的小倉庫來堆放原材料。

在這個比喻中，大倉庫是存儲芯片中的閃存，小倉庫為内存，兩者對電子産品的運行都不可或缺。

内存和閃存有各自的優缺點，内存在寫入和讀取數據方面比閃存快，但在斷電後數據會丢失，而閃存速度較慢，但容量大且可以進行數據保存，因此在計算機系統中會結合兩者一起使用。

盡管存儲器産品品類衆多，但從産品營收規模來看，DRAM和NAND Flash的市場份額最大。

據IC Insights統計，2020 年，全球半導體市場規模 為4402 億美元，存儲器市場規模為 1172 億美元，NAND 閃存市場規模達到494 億美元。其中NAND閃存是存儲器的第二大細分市場，占比高達42%。

圖片來源：IC Insights

從應用端來看，NAND Flash的具體産品包括USB（U盤）、閃存卡、SSD（固态硬盤），以及嵌入式存儲（eMMC、eMCP、UFS）等。

USB屬于常見的移動存儲設備，閃存卡則用于電子設備的外設存儲，如相機、行車記錄儀、玩具等。SSD即固态硬盤，一般應用于個人計算機、服務器等領域。

SSD作為新興的大容量存儲設備，具有磁盤（傳統HDD硬盤）所不具備的優點。近年來SSD産品價格的下降，以及數據中心的快速擴張，使得數據存儲的需求在不斷上升，由SSD驅動的NAND Flash市場增長較為明顯。

行業寡頭壟斷 長江存儲有望破局

如今，在5G及企業雲建設的推動下，全球NAND Flash市場規模持續擴大，産業處于上行周期。據民生證券預計，2022年NAND Flash産值将會達到770億美元，實現10%的同比增長。

在NAND Flash市場中，三星、東芝、西部數據、海力士、美光和英特爾6家廠商長期壟斷着全球99%以上的份額，市場格局較為集中。其中三星的市占率排名第一， 在3D NAND技術上也一直處于領先地位。

而存儲芯片公司間的競争主要是依靠技術水平的突破，因此各大廠商都在積極推進最新的技術工藝。

據相關新聞報道，三星于2020年推出了176層第七代“V-NAND”，接着美光也不甘落後，在2020年10月宣布量産全球首款176層3D NAND閃存，而西部數據則和日本閃存芯片公司铠俠聯合宣布，推出162層3D閃存技術，廠商之間的技術競争激烈。

據民生證券2021年7月統計，中國是全球第二大NAND Flash市場，占比為31%，但芯片自給率卻不足1%。

圖片來源：民生證券

不過，長江存儲作為國内領先的存儲廠商，正在不斷縮短和國際巨頭們的差距。民生證券研報顯示，截至2020年末，長江存儲取得全球接近1%的市場份額，成為六大國際原廠以外市場份額最大的玩家。

如果根據長江存儲的産能規劃測算，2025年長江存儲的全球市占率将達到約6%，有望打破國際壟斷的格局，引領國産NAND産業的崛起。

圖片來源：民生證券

一波三折的發展曆程

公開資料顯示，長江存儲成立于2016年，是由紫光集團聯合國家集成電路産業投資基金和湖北省科投等機構共同出資設立的，是一家專注于3D NAND閃存及存儲器解決方案的半導體集成電路企業。

然而長江存儲的曆史背景不止于此，其前身是成立于2006年的武漢新芯，是湖北省和武漢市進軍集成電路制造領域的産物。

武漢新芯成立之初，是從事DRAM（動态随機存儲）的生産，可惜不久後便遭遇了DRAM芯片的價格低谷周期，于是轉而為美國飛索半導體生産NAND Flash閃存。

但好景不長，2008年經濟危機來襲，武漢新芯的訂單也因此被波及，處境十分艱難。此時，多家外資芯片大廠紛紛向武漢新芯抛出橄榄枝，提出了合資計劃。但出于對自主創新的堅持，武漢新芯還是放棄了這個機會。

2014年，國家集成電路大基金成立，發展存儲器芯片正式被确定為國家戰略，武漢新芯也終于得以拯救。

2016年，集成電路産業基金和其他機構出資240億美元，準備将武漢新芯打造成一個世界級的半導體存儲企業，集中精力研究生産NAND Flash和DRAM。

随後紫光集團也加入了這個陣營，最終各方在武漢新芯的基礎上共同出資成立了長江存儲。

自主研發Xtacking架構，實現芯片跨越式發展

成立後的長江存儲深知自身的技術實力不夠，便通過自主研發和國際合作相結合的方式，于2017年成功設計并制造了中國首批3D NAND 閃存芯片。

雖然當時長江存儲研發的32層3D NAND Flash芯片取得了突破性的進展，但與國外的存儲器巨頭相比，還隻能算是個弟弟。

在經曆刻苦鑽研後，2018年長江存儲發布了一項業内堪稱颠覆性的技術- Xtacking，在閃存技術架構上成功實現創新。

在傳統的3D NAND架構中，存儲單元和邏輯電路是在同一片晶圓上加工出來的。随着NAND層級不斷疊加，外圍邏輯電路的面積就會越來越大，相應的存儲密度就會降低。

Xtacking技術則是将存儲單元和邏輯電路放在兩片晶圓上分别加工，最後将邏輯電路置于存儲單元上，實現了面積的減少和存儲密度的提高。這樣不僅能縮短研發及生産周期，還可以極大的提升閃存芯片的存取速度。

基于Xtacking技術，2019年長江存儲量産出64層256 Gb TLC（每單元存儲 3 比特數據） 3D NAND閃存，并成功打入華為Mate40 供應鍊，開始在存儲芯片領域闖出一番自己的天地，具備一定競争力。

2020年，長江存儲更是直接跳過96層NAND的研發，成功制造出128層TLC/QLC 兩款産品，可以說是公開叫闆三星同時期量産的96層NAND。

而長江存儲的128層NAND Flash也引起了國外著名逆向分析機構TechInsights的注意，TechInsights對一款搭載有長江存儲128層閃存芯片的産品進行了拆解和分析。

通過與三星、美光和SK海力士的128層閃存芯片對比，TechInsights認為，長江存儲的128層堆疊工藝無論在容量、位密度還是I/O速度方面都足以與其他廠商的産品競争，技術方面已趕上業内領跑者。

NAND産品更新換代速度快，各大廠商也在積極推進産品的研發。目前，NAND 内存技術已在 100 層實現量産，新一輪技術之争也推進到了200 層。

雖然長江存儲的産品暫時還停留在128層，但相信假以時日，很快便能與國際巨頭們持平。

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