打破美日韩垄断！国产3D NAND成功研发：投入1000人2年时间10亿美随着国家对于存储芯片的重视和大力扶持

近年来，中国在半导体领域的发展可谓是突飞猛进。随着国产智能手机的崛起，国产芯片也取得了出色的成绩，特别是在核心的处理器和通讯芯片上。但是，在存储芯片领域，中国的发展相对滞后，这块市场也一直被美日韩厂商所垄断。不过，随着国家对于存储芯片的重视和大力扶持，以及众多国产存储芯片厂商的努力，这一局面正在改变。近日，国产存储芯片领域再获突破，长江存储已成功研发32层3D NAND。

美日韩大厂垄断下的存储器市场

2016年全球半导体的销售额之和为3389.31亿美元，其中集成电路为2766.98亿美元，占82%（注意集成电路是半导体的一部分）。但存储器市场容量约780-800亿美元，占全球半导体市场的23%，是仅次于逻辑电路的第二大产品。

从存储器的种类看，主要分DRAM和Flash，2016年DARM市场容量约414亿美元， NAND Flash约346亿美元， Nor Flash市场容量较小，约33亿美元。据预测2017年，DRAM市场将达到720亿美元的规模，DRAM预计将成为2017年半导体行业最大的单一产品类别，超出NAND闪存市场(498亿美元)222亿美元

根据IC Insights 在 2016 年推出的调查报告，目前全世界前十大半导体厂商中，从事内存和闪存芯片的设计与制造的，主要有5家：三星电子、SK 海力士、英特尔、镁光科技、东芝半导体，韩国和美国的厂商，几乎已经垄断了全球的存储器市场。

DRAM方面，根据集邦咨询半导体研究中心(DRAMeXchange)调查显示2017年第三季度DRAM产业营收数据显示，三星、SK海力士两大韩厂的市占各为45.8%与28.7%，合计已囊括74.5%的市占率。美光市占21.0%，三家企业的市占率已达95.5%。

NAND Flash方面，同为集邦咨询半导体研究中心数据，2017年全球NAND Flash品牌厂商产能市占率中，三星占据36.9%、东芝及西数占据34.4%，加上SK海力士、美光及英特尔，五大厂商垄断市场。

Nor Flash方面，同为集邦咨询半导体研究中心2017年6月数据，2016年全球市场份额美国Cypress第一25%、台湾旺宏第二24%、美光第三18%、台湾华邦第四17%、我国兆易创新第五7%。

以上可见，在占据绝大部分市场容量的DRAM和NAND Flash方面，中国基本为零，仅在市场容量不及DRAM 1/10容量的Nor Flash上有兆易创新入围。

2017年存储器疯狂增长，让韩国成为全球半导体领域增长最快的国家。根据ICinsight 2017年10月的预计，2017年NAND闪存市场强势增长44%，DRAM市场更是逆天增长74%，两相加持之下，带动2017年IC市场将实现强劲增长22%，2017年存储器占世界半导体的份额将从23%变成30%。

由于市场需求的激增及韩美大厂的垄断，今年存储器价格上涨现象极其严重。集邦咨询半导体研究中心（DRAMeXchange）研究协理吴雅婷指出，以主流标准型内存模组（DDR44GB）合约价为例，从去年中开始起涨，由当时的13美元均价拉升至今年第四季度合约价30.5美元，报价连续6个季度增长，合计涨幅超过130%，带动相关DRAM大厂获利能力大幅提升。

目前，在连续数季内存价格上升的带动下，SK海力士、美光皆累积许多现金在手，几大厂商已开启扩产计划。

SK海力士将在年底展开18nm制程，无锡二厂也将在明年兴建，预计2019年产出；美光借着股价水涨船高之际宣布现金增资，代表未来在盖新厂、扩张产能与制程升级上做好了准备；三星也有意将其平泽厂二楼原定兴建NAND的产线，部分转往生产DRAM，并全数采用18nm制程，加上原有Line17还有部分空间可以扩产，预计三星此举最多将2018年DRAM产出量提升80K~100K晶圆，带动三星明年产出供给量由原本预估的增长18%上升至23%。

3D NAND成弯道超车机会

近年来随着智能设备、云存储、移动互联以及物联网的快速发展，数据呈现爆炸式增长，人们对于存储的需求也是越来越大。但是随着半导体制程的不断推进，摩尔定律在存储领域所遭遇的阻力也越来越大，NAND Flash芯片在14nm之后，在存储容量、良率、成本、价格等诸多方面都出现了重大挑战。而3D NAND技术的出现则成为了解决这些问题的关键，同时也成为了国产存储器厂商弯道超车的机会。

什么是3D NAND？

3D NAND通过将原本平铺的储存单元堆叠起来，形成多层结构，来提供容量，使原本只有1层的储存单元，堆叠成64层甚至更多。

从2D NAND到3D NAND就像平房到高楼大厦，我们之前见过的闪存多属于PlanarNAND平面闪存，也叫有2D NAND或者直接不提2D的，而3D 闪存，顾名思义，就是它是立体堆叠的。

普通NAND是平房，那么3D NAND就是高楼大厦，建筑面积一下子就多起来了，理论上可以无限堆叠。

3D NAND闪存也不再是简单的平面内存堆栈，而是建立在2D的基础上的一种新型技术，3D NAND还有VC垂直通道、VG垂直栅极两种结构。

传统的平面NAND闪存现在还谈不上末路，主流工艺是15/16nm，但10/9nm节点很可能是平面NAND最后的机会了，而3D NAND闪存还会继续走下去，目前的堆栈层数不过32-48层，厂商们还在研发64层甚至更高层数的堆栈技术。

3D NAND的优势

前一代2D NAND闪存不仅有SLC、MLC和TLC类型之分，为了进一步提高容量、降低成本，NAND的制程工艺也在不断进步，从早期的50nm一路狂奔到目前的15/16nm，但NAND闪存跟处理器不一样，先进工艺虽然带来了更大的容量，但NAND闪存的制程工艺是双刃剑，容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降，因为工艺越先进，NAND的氧化层越薄，可靠性也越差，厂商就需要采取额外的手段来弥补，但这又会提高成本，以致于达到某个点之后制程工艺已经无法带来优势了。

相比之下，3D NAND解决问题的思路就不一样了，为了提高NAND的容量、降低成本，厂商不需要费劲心思去提高制程工艺了，转而堆叠更多的层数就可以了，这样一来3D NAND闪存的容量、性能、可靠性都有了保证了，比如东芝的15nm NAND容量密度为1.28Gb/mm2，而三星32层堆栈的3D NAND可以轻松达到1.87Gb/mm2，48层堆栈的则可以达到2.8Gb/mm2。3D NAND闪存在容量、速度、能效及可靠性上都有很强优势。

国产厂商发力3D NAND

从去年开始，三星、SK Hynix、东芝、Intel、美光等存储芯片大厂都在积极的由2D NAND全面转向3D NAND，目前这些厂商都已开始量产32层甚至64层的3D NAND。相比之下，中国的国产存储芯片过去还几乎是一片空白，市场长期被韩国、日本、美国厂商垄断。不过随着国家对于存储芯片的重视和大力扶持，以及国产存储芯片厂商的努力，这一局面正在改变。

2016年3月28日，总投资240亿美元的“国家存储器基地”在武汉正式启动。“国家存储器基地”项目由紫光集团联合国家集成电路产业基金、湖北省地方基金、湖北省科投共同投资建设。将建设3座全球单座洁净面积最大的3D NAND Flash FAB厂房、一座总部研发大楼和其他若干配套建筑，其核心生产厂房和设备每平方米的投资强度超过3万美元。项目一期计划2018年建成投产，2020年完成整个项目，总产能将达到30万片/月，年产值将超过100亿美元。

2016年7月26日，“国家存储器基地”项目的核心载体——长江存储科技有限责任公司正式成立，法人代表为紫光集团董事长赵伟国。同时，武汉新芯成为长江存储的全资子公司。长江存储将以武汉新芯现有的12英寸先进集成电路技术研发与生产制造能力为基础，继续拓展武汉新芯目前的物联网业务布局，并着力发展大规模存储器。

12月30日，“国家存储器基地”项目正式开工。

2017年2月，长江存储与中国科学院微电子研究所联合承担的3D NAND存储器研发项目取得新进展。32层3D NAND芯片顺利通过电学特性等各项指标测试，达到预期要求，向产业化道路迈出具有标志性意义的关键一步。

今年6月，长江存储的产房提前封顶。11月中旬，长江存储已成功研发32层3D NAND Flash芯片，长江存储原本规划12月底才提供32层3D NAND样本，然该颗芯片样本提前出来，且第一版就通过终端实测，象征研发获得重大突破。

根据长江存储的规划，预计在2018年下半年正式开始3D闪存生产，初期产能5000片晶圆/月，不过一旦解决良率问题，后续就会大规模量产，武汉基地的设计产能最终可以达到30万片晶圆/月，未来足以比肩SK Hynix、东芝这样的公司的产能。

据业内人士透露，长江存储已预订5000片产能的机台设备，预计2018年第二季度投入市场。

首款国产32层3D NAND存储芯片曝光：价值10亿美元

11月19日，央视财经频道《对话》栏目播出了与紫光集团董事长赵伟国的采访对话。节目中，赵伟国首次展示了首款国产32层3D NAND存储芯片。赵伟国表示，“这枚芯片价值10亿美元。这是一枚32层64G存储芯片，是长江存储1000人干了2年时间研发出来的。”

值得注意的是，长江存储重点聚焦的是64层3D NAND芯片。如果一切进展顺利，长江存储2019年开始量产64层的3D NAND闪存，届时他们与三星等大厂的差距就可缩短在2年以内。

以下为采访对话节选：

主持人：存储是不是在芯片这个领域当中算是金字塔顶端的技术了？

赵伟国：它所占的比重很大，整个集成电路产值里面，以CPU包括像我们知道的英特尔X86，还有手机上高通、联发科、展讯这些手机基带，这些加起来大概占三分之一的产值，存储占了另外三分之一，其他的芯片加在一起才占三分之一，所以存储是一个，尤其对中国来说是个兵家必争之地，因为它的规模很大，应用非常广泛，而且在中国市场增长非常迅速。

在节目中，赵伟国还谈到了之前紫光收购美光一事：

赵伟国：之前我们秘密发出了对美光的收购要约，在这一天我们基本确定了美国政府不会批准。为什么说失败是好事呢？说明了存储的价值，证明我们的战略是对的。美国白宫报告中提到：抑制中国半导体产业的发展。美光是全球第三的存储芯片企业，也是美国硕果仅存的存储芯片企业了，战略地位非常重要。

我们已经预计到美国政府可能会不批准，但是我们为什么还要继续做这件事呢？第一如果他批准，我会节约很多时间，第二我们既然下决心要在存储领域打一场大战，有时候是明修栈道暗度陈仓，一场奇袭，有时候要大张旗鼓，中国有句话讲，“插起招军旗，才有吃粮人“这种情况下，我要在全世界聚集最优秀的人才资源来支撑我，我要把旗子亮起来。

主持人：于先生，你觉得赵总是个什么风格的人？

于英涛：从芯这个角度来说，他讲过一句话：芯片虽然没印国旗，但是是有国籍的。这话非常到位，这是他对产业的理解，以及对整个世界经济、芯片行业在现今当中几个超级大国在争夺芯片的话语权的理解。我算是企业家里面胆子比较大的，但是我在他的位置上，我会天天睡不着觉的。因为他把所有的个人的身家性命，全部压到了这个芯片上，成功了他将是个留名千古的企业家，失败了，他什么都没了。

赵伟国：我之所以敢把所有都压上去，是因为我认为我能把这件事做成，因为这不仅仅是我个人的财富问题，它也关系到国家战略的实现，其实个人的钱没有了是小事情，如果国家把这么大一件事情主要的希望寄托在你肩上，如果你不能做成，那就不仅是财富损失，你会成为国家民族罪人。

主持人：那到目前为止，这个战役的进展如何？

赵伟国：刚才我展示了这个存储芯片，目前这个存储之战，是中国紫光也是中国半导体制造的最核心之战，现在整个战斗的进程基本上是按照我们的预期在向前演进。

主持人：那它意味着我们和国际最领先的水平之间的差距缩小了多少？

赵伟国：如果说第一名是奔驰宝马的话，排第二的大概是奥迪，我想到19年我们就达到帕萨特的水平，它跟奔驰宝马还是差一些，但是基本上都有了，相当于在市场上有一席之地了。

其他国产存储器厂商的进展情况：

目前国内主流存储器芯片的参与者主要有三家，除了长江存储之外，还有联电的福建晋华和合肥长鑫，近期兆易创新也通过与合肥产投合作，入局DRAM市场。

长江存储初期定位于3D NAND Flash芯片的生产，后期将进行DRAM产品的开发；而福建晋华与合肥长鑫则主攻DRAM内存颗粒，其中福建晋华与台企联华电子合作，根据三家企业的规划，研发与投产均将2018年定为关键节点，2018年有望成为国产存储器主流化发展元年。

从产品方面看，NAND Flash目前仅有长江存储一家，DRAM方面则包括长江存储、合肥长鑫、福建晋华及兆易创新。

从市场状况来看，2017年全球内存芯片价格持续高涨，集邦咨询数据显示，2017年全球内存平均销售单价较去年增长35.2%，全球内存产业营收增长60%～65%。如果这种局面得以延续，对新投入存储市场的中国企业来说将是一大利好，对开局是一个有利条件。

然而，日前三星等国际存储器大厂已有2018年扩产的计划。三星等国际大厂的扩产势必压抑内存价格上涨幅度，同时也将提升中国企业的进入门槛。

合肥长鑫

2017年5月25日，由合肥市政府支持的合肥长鑫公司宣布，预计由合肥长鑫投资72亿美元，兴建12吋晶圆厂以发展DRAM产品，未来完成后，预计最大月产将高达12.5万片规模，其规模将与韩国 SK Hynix 现在的产能差不多，比福建晋华的存储器产能更高。

目前，合肥长鑫高端通用存储晶圆制造项目正在施工，该项目拟建成业界先进工艺制程的12英寸存储器晶圆研发项目，计划2017年厂房建成，明年上半年完成设备安装和调试，并且开始与晶圆供应商进行商谈，以确保2018年内获得稳定的晶圆供应，预计2018年下半年产品研发成功。

福建晋华

2016年5月联电宣布与晋华集成电路公司签约合作，由联电负责开发DRAM制程相关技术。福建省晋华12寸新厂初期将导入32纳米制程，预期在2018年9月开始试产，投入DRAM及相关产品的研发生产与销售，预计2019年到2020年期间将月产能扩大至3万片。

目前一期总投资370亿元，已纳入国家十三五集成电路重大项目清单，并得到第一笔 30 亿元国家专项资金支持，争取 3-5 年内在国内主板上市。

9月5日，福建晋华存储器生产线项目FAB主厂房P1区屋面完成封闭。日前，联电表示将于明年第四季度完成第一阶段技术开发。

兆易创新

10月28日，兆易创新宣布与合肥市产业投资控股(集团)有限公司签署了《关于存储器研发项目之合作协议》，根据合作协议，兆易创新将在合肥市经济技术开发区空港经济示范区内开展工艺制程19nm存储器的12英寸晶圆存储器（含DRAM等）的研发，目标是在2018年12月31日前研发成功，即实现产品良率不低于10%。项目预算达180亿元，兆易创新与合肥产投将根据1∶4的比例负责筹集，兆易创新负责筹集约36亿元。

兆易创新曾计划收购主营DRAM、SRAM等存储芯片厂商ISSI，进军DRAM市场。但8月3日晚间兆易创新宣布终止收购ISSI，事与愿违。现在兆易创新与合肥投资公司合作研发19nm制程工艺的存储器，再次入局DRAM市场。

编辑：芯智讯-林子网络综合

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