半導(dǎo)體存儲器是現(xiàn)代以數(shù)據(jù)為中心社會的關(guān)鍵戰(zhàn)略市場，并受到重要的大趨勢的推動，這些大趨勢包括移動性，云計算，人工智能（AI）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。NAND（非易失性）和DRAM（易失性）是當前的主流存儲器，分別用作智能手機，固態(tài)硬盤，PC，服務(wù)器和車輛等廣泛應(yīng)用和系統(tǒng)的存儲和工作的存儲器。2019年，NAND和DRAM占整體獨立存儲器市場的96％，合并收入為1070億美元。
中國是存儲設(shè)備的重要市場，并且由于移動，汽車和服務(wù)器市場的需求旺盛，其需求繼續(xù)保持強勁增長。值得注意的是，中國購買了全球制造的所有NAND和DRAM芯片的1/3以上（圖1）。
中國的中央和地方政府與私人企業(yè)合作，已投資數(shù)十億美元發(fā)展本地半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以彌合國內(nèi)生產(chǎn)與消費之間的差距。早在2015年，中國政府就啟動了一項大規(guī)模資助計劃，以將其國內(nèi)半導(dǎo)體IC生產(chǎn)從2015年的不到20％提高到2025年的70％。大約20個地方政府設(shè)立了指導(dǎo)基金。達成總價值超過900億美元的總體投資計劃。中國一直在努力與這一雄心勃勃的計劃保持同步。
但是我們必須認識到，打造和運營與市場領(lǐng)先者相同的技術(shù)能力的半導(dǎo)體晶圓廠并不是一個僅通過投入資金就能解決的問題。特別地，由于3D NAND和DRAM設(shè)備的高制造復(fù)雜性，存儲器是一項非常具有競爭性和挑戰(zhàn)性的業(yè)務(wù)。應(yīng)考慮的主要挑戰(zhàn)之一是對高級技術(shù)IP和工程人才的需求。美光，三星和SK hynix等外國公司不接受前沿存儲器產(chǎn)品的技術(shù)許可或與當?shù)毓镜暮献骰锇殛P(guān)系。而且，收購?fù)鈬鴮嶓w的交易通常受到全世界外國政府的阻止。
如今，中國OEM必須從領(lǐng)先的國際供應(yīng)商那里購買其大部分NAND和DRAM芯片，例如美光，英特爾和Western Digital（美國），三星和SK hynix（韓國）以及Kioxia（日本）。這些參與者在技術(shù)開發(fā)方面處于領(lǐng)先地位，并制定了快速而積極的擴展計劃。在2019年，同時提供NAND和DRAM產(chǎn)品的制造商（例如三星，SK hynix和美光）將其存儲芯片生產(chǎn)的30％以上賣給了位于中國的公司，以及純NAND廠商（例如Kioxia，Western Digital和英特爾–平均將其NAND生產(chǎn)的30％銷往中國（圖2）。
在與西方的貿(mào)易緊張關(guān)系不斷升級的背景下，在中國建立自給自足的半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)的進程已大大加快。然而，領(lǐng)先的半導(dǎo)體國家可以通過貿(mào)易手段很容易地限制其發(fā)展。因為中國半導(dǎo)體制造商仙子啊依靠外國公司來提供最新的晶圓廠設(shè)備（WFE），因為本地設(shè)備供應(yīng)商無法提供領(lǐng)先的制造工具，而且與全球同行的技術(shù)差距太大，無法在幾年的時間里消除差距。
因此，對于美國（應(yīng)用材料，Lam Research，KLA Tencor）以及歐洲（ASML，EVG）和日本（Canon和Tokyo Electron）的巨型半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商來說，預(yù)計中國仍將是其未來多年的主要市場，美國政府對芯片制造技術(shù)的貿(mào)易限制將極大地限制此類WFE玩家的可服務(wù)市場，并將對中國的存儲器制造能力產(chǎn)生重大影響。
除此以外，如果美國存儲器制造商被禁止向中國出售產(chǎn)品，他們將不得不尋找新客戶來購買他們的產(chǎn)品，而韓國或日本的其他存儲器制造商將看到中國的需求激增。隨著可以從中購買的公司數(shù)量減少，中國公司可能會看到內(nèi)存價格上漲的趨勢。
中國存儲公司概述
中國有幾個正在進行的半導(dǎo)體存儲項目，當中涉及國內(nèi)外參與者（圖3）。SK hynix，三星和英特爾（最近出售給SK海力士）是主要的外國芯片制造商，在中國擁有大量的NAND和DRAM生產(chǎn)。SK hynix的無錫DRAM晶圓廠每月的裝機容量為200,000個晶圓（WPM），而三星和英特爾的3D NAND晶圓廠可分別生產(chǎn)120,000 WPM（西安）和65,000 WPM（大連）。
兩家最具競爭力的本地公司是長江存儲（YMTC）和長鑫存儲（CXMT）。在NAND業(yè)務(wù)中，長江存儲在中國處于領(lǐng)先地位。目前，該公司正在國內(nèi)小批量運送64L NAND（包括SSD），預(yù)計在2021年將有128L產(chǎn)品投入生產(chǎn)和出貨。至于DRAM，CXMT是中國最先進的DRAM公司，已憑借基于10G1制程的8Gb DDR4產(chǎn)品進入市場。2019年，YMTC和CXMT均在半導(dǎo)體制造設(shè)備上花費了巨額資金，為全球WFE供應(yīng)商提供了不少收入。
在DRAM業(yè)務(wù)中，還有兩家值得一提的公司：福建晉華集成電路有限公司（JHICC）和清華紫光集團。JHICC一直在與臺灣聯(lián)華電子合作開發(fā)DRAM，但在2018年10月因為美國的起訴，而遭受了重大挫折。
清華紫光集團是著名的國有控股工業(yè)集團和投資集團，在政府中國集成電路產(chǎn)業(yè)的框架內(nèi)運作推廣策略。它擁有對多家公司的控制權(quán)，其中包括YMTC，西安UniIC半導(dǎo)體，UNIC內(nèi)存技術(shù)（最近已轉(zhuǎn)移到其他子公司）以及Unimos Microelectronics（以前稱為ChipMos，上海）。
盡管中國開始發(fā)展其NAND和DRAM產(chǎn)業(yè)，但由于當?shù)毓?yīng)鏈的完善發(fā)展以及本地主要無晶圓制造商GigaDevice Semiconductor的推動，中國已成為NOR閃存業(yè)務(wù)的領(lǐng)先國家之一。在2019年，GIGADEVICE的SPI NOR業(yè)務(wù)排名全球第三，而在全球的Nor Flash業(yè)務(wù)中，GD排在華邦，旺宏電子和賽普拉斯之后，位居全球第四。
中國還啟動了一些新項目，以推動新型非易失性存儲器（NVM）技術(shù)的商業(yè)化，例如自旋轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)矩磁阻RAM（STT-MRAM），相變存儲器（PCM）和電阻性RAM（ReRAM）。圖3中列出了一些新興的NVM公司。
長江存儲成立于2016年，資金總額為240億美元。該公司總部位于武漢，在中國經(jīng)營著最先進的3D NAND晶圓廠，并計劃將長期生產(chǎn)目標定為30萬WPM。YMTC擁有約4,000名員工，由清華紫光集團控制，清華紫光集團持有該公司51％的股份。成立后不久，YMTC收購了武漢新芯半導(dǎo)體制造有限公司（XMC）代工廠，以利用其300mm晶圓廠。XMC是中國第一家基于TSV技術(shù)的圖像傳感器制造商，并一直與Spansion（后來與Cypress合并）合作開發(fā)和制造32L NAND器件。
YMTC的一個重要里程碑是2018年推出了Xtacking 技術(shù)，自2012年以來，XMC就一直在使用硅片間堆疊技術(shù)。在Xtacking 方法中，首先在兩個不同的die上制造3D NAND存儲器陣列和CMOS邏輯電路，然后進行混合鍵合工藝用于將兩個部分放在一起。Xtacking 聲稱能夠?qū)崿F(xiàn)更高的I / O速度，更大的每個die位密度，更短的開發(fā)時間和更快的制造周期。
2019年9月，YMTC宣布量產(chǎn)中國首款基于Xtacking 的64L 3D NAND 。從那時起，YMTC計劃跳過96L技術(shù)，轉(zhuǎn)而使用128L技術(shù)，以趕上即將增加第一代1xxL 3D NAND產(chǎn)量的國際NAND廠商（見圖4）。值得注意的是，YMTC已開始開發(fā)128L NAND，其128L 1.33Tb QLC 3D NAND已通過多個控制器合作伙伴的樣品驗證。
總體而言，2020年1月爆發(fā)的COVID-19大流行似乎并未對YMTC的路線圖產(chǎn)生重大影響。
2020年5月，Phison宣布其控制器支持YMTC的3D NAND，從而為基于中國NAND的SSD進入市場鋪平了道路。YMTC也可能很快推出基于64L 3D NAND芯片的自有品牌SSD，最初瞄準中國的PC OEM。到目前為止，這些芯片已被兩家中國公司采用：Longsys Electronics用于其Lexar品牌的固態(tài)硬盤和Power Electronic Technology用于其Gloway品牌的固態(tài)硬盤。
在當前激烈的價格競爭中，YMTC進入NAND市場被認為是新一輪市場整合的可能觸發(fā)因素。不論其3D NAND芯片的質(zhì)量水平如何，YMTC都能獲得中國品牌廠商的購買支持。同時，作為中國的“冠軍”，它將獲得中國當?shù)貜娪辛Φ闹С帧?/p>
長鑫存儲于2017年在安徽省合肥市成立。該公司隸屬于政府所有的合肥工業(yè)投資集團（HIIG）。早在2017年，CXMT宣布以72億美元的價格收購300mm DRAM晶圓廠，目標產(chǎn)能為120,000 WPM。CXMT在2019年第三季度完成了第一階段設(shè)施（Fab 1）的建設(shè)，并引進了用于生產(chǎn)40,000 WPM的設(shè)備。它擁有大約3,000名員工，其中超過75％是從事與研發(fā)相關(guān)項目的工程師。CXMT已獲得了奇夢達最初設(shè)計的IP許可。CXMT可以訪問1000萬份文檔，涉及模型，設(shè)計，制造，控制，質(zhì)量系統(tǒng)，OPC，測試模式，包裝等。2020年4月，CXMT還與Rambus簽署了許可協(xié)議。
CXMT的最初目標是解決一些國內(nèi)DRAM需求。除Longsys和Gloway外，第二大內(nèi)存模塊供應(yīng)商ADATA Technology也已將CXMT的8Gb DDR4芯片用于面向中國臺式機/筆記本電腦市場的DIMM產(chǎn)品。
據(jù)報道CXMT計劃在2021年之前完成其17 nm制程技術(shù)的開發(fā)。該公司還概述了未來的制程：在中期，它將使用HKMG和氣隙位線（air-gap bit lin
）技術(shù)，而從長遠來看，它將使用柱狀電容器，柵極全能晶體管以及（EUV）光刻。但是，長鑫存儲未來的挑戰(zhàn)依然巨大。
兆易創(chuàng)新成立于2005年，總部位于北京，采用無晶圓廠模式運作，與代工伙伴以及組裝測試廠保持著牢固的關(guān)系。GigaDevice及其代工合作伙伴半導(dǎo)體制造國際有限公司（SMIC）正在以至少25,000 WPM的產(chǎn)能為中國NOR市場提供動力。當前的產(chǎn)品組合包括NOR（512Kb – 512Mb，現(xiàn)在有1-2Gb采樣），SLC NAND（1-8Gb）存儲器和微控制器（MCU）。GigaDevice還與Rambus建立了一家名為Reliance Memory的合資公司，專注于新興的存儲器，主要是電阻RAM（ReRAM）。最近，它從Rambus和Reliance Memory獲得了180多項與ReRAM技術(shù)相關(guān)的專利和應(yīng)用程序的許可證。
GigaDevice經(jīng)歷了強勁的增長，2019年的收入增長了46％左右。計劃投資4.6億美元，并計劃進一步擴大業(yè)務(wù)。早在2017年，它就與合肥工業(yè)投資集團（HIIG）和CXMT達成了一項為期5年的協(xié)議，開發(fā)總投資額為27億美元（19％的HIIG和20％的GigaDevice）的19nm DRAM技術(shù)。對DRAM技術(shù)的訪問，再加上其現(xiàn)有的NOR閃存和SLC NAND業(yè)務(wù)，可能會使GigaDevice成為中國存儲器行業(yè)的一支新力量。
中國準備從3D NAND開始改變內(nèi)存市場格局
中國廠商開始逐漸成為存儲市場的新興力量，并可能引發(fā)存儲器業(yè)務(wù)的深刻變化。得益于政府投資基金的大量資金支持以及研發(fā)和制造的領(lǐng)先優(yōu)勢，YMTC在所有宣布的中國記憶體生產(chǎn)商中最早取得成功。Yole預(yù)計YMTC的大量NAND產(chǎn)量（？4％）可能會在2021年進入市場，而DRAM需要更長的時間。因為制造DRAM晶圓非常困難，而且中國要想與其他行業(yè)保持競爭力，就可能需要更長的時間。作為中國最先進的DRAM制造商，CXMT將在2020年提高19nm工藝（10G1）的產(chǎn)量。
如今，顯然已經(jīng)將主流內(nèi)存放在優(yōu)先位置，這些內(nèi)存對于不斷增長的數(shù)據(jù)中心和移動業(yè)務(wù)至關(guān)重要。3D NAND和DRAM項目已占據(jù)了大部分資源，而其他內(nèi)存技術(shù)的投資要么相當有限，要么主要集中在最有前途的公司。
但是，中國并沒有忽視所有新興的NVM業(yè)務(wù)，并啟動了許多旨在獲取新的內(nèi)存專業(yè)知識和IP并開發(fā)新技術(shù)工藝和產(chǎn)品的項目，為整個半導(dǎo)體內(nèi)存業(yè)務(wù)的下一步發(fā)展做好準備。
同時，由于發(fā)達的本地供應(yīng)鏈和GigaDevice的活動，獨立的NOR閃存將仍然是中國最堅固的存儲器業(yè)務(wù)。