就存儲(chǔ)器件的發(fā)展話題，編輯部采訪了東芯半導(dǎo)體股份有限公司副總經(jīng)理 陳磊、億鑄科技創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼CEO 熊大鵬博士、記憶科技有關(guān)人員，文章由受訪嘉賓的分享整理而成。
來源：《中國(guó)電子商情》
* 本文字?jǐn)?shù)約4500字，閱讀時(shí)長(zhǎng)約10分鐘
存儲(chǔ)器件行業(yè)在AI浪潮的簇?fù)硐录铀侔l(fā)展，高容量、高帶寬成為存儲(chǔ)器件主要技術(shù)升級(jí)方向。存儲(chǔ)器件上游廠商推進(jìn)技術(shù)革新，廠商格局集中，DRAM、閃存(NAND Flash和NOR Flash)晶圓廠商主要為長(zhǎng)江存儲(chǔ)、長(zhǎng)鑫、三星、SK海力士、美光、鎧俠等。國(guó)信證券研究報(bào)告顯示，DRAM排名前三的廠商市占率超95%，主要產(chǎn)品為移動(dòng)設(shè)備和服務(wù)器;NAND Flash排名前六的廠商市占率98%，主要產(chǎn)品為SSD(固態(tài)硬盤)。
存儲(chǔ)器件下游細(xì)分應(yīng)用較多，具有定制化和長(zhǎng)尾特點(diǎn)，主要由存儲(chǔ)模組廠商開拓，實(shí)現(xiàn)從標(biāo)準(zhǔn)化晶圓到模組和終端產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，涉及主控芯片、固件開發(fā)、封測(cè)等環(huán)節(jié)，最終以成品形式推向市場(chǎng)。目前中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)品需求占全球30%，自給率低于10%，芯片、模組、封裝、設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)都有不同程度的國(guó)產(chǎn)化。
01
中小容量是國(guó)產(chǎn)化主戰(zhàn)場(chǎng)
目前存儲(chǔ)器件的海外龍頭陸續(xù)將產(chǎn)能轉(zhuǎn)向大容量、高毛利存儲(chǔ)器件，國(guó)內(nèi)廠商在中小容量領(lǐng)域逐步獲得市占，營(yíng)收和體量穩(wěn)步增長(zhǎng)。
1、DRAM
中小容量DRAM產(chǎn)品主要為利基型市場(chǎng)，即用于電視、機(jī)頂盒等消費(fèi)型電子與網(wǎng)絡(luò)通信等產(chǎn)品上，多數(shù)為非主流DRAM產(chǎn)品，市場(chǎng)規(guī)模將繼續(xù)保持增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)主要廠商包括兆易創(chuàng)新、北京君正、東芯半導(dǎo)體、南亞科技等。
DRAM是市場(chǎng)主要的易失性存儲(chǔ)產(chǎn)品之一，具有讀寫速度快的特點(diǎn)，常被用于系統(tǒng)硬件的運(yùn)行內(nèi)存，對(duì)系統(tǒng)中的指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
按照應(yīng)用劃分，服務(wù)器和PC領(lǐng)域的DRAM標(biāo)準(zhǔn)為DDR;手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備中的DRAM為L(zhǎng)PDDR;GPU中的DRAM為GDDDR。其中，利基DRAM多為L(zhǎng)PDDR，這部分產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)率比較高。例如東芯半導(dǎo)體的LPDDR系列產(chǎn)品目前具有LPDDR1、LPDDR2、LPDDR4X三個(gè)系列。LPDDR1的核心電壓與IO電壓均低至1.8V;LPDDR2電源電壓VDDCA/VDDQ低至1.2V;LPDDR4X的VDDQ更低至0.6V產(chǎn)品適合應(yīng)用在各種移動(dòng)設(shè)備中。LPDDR系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于可穿戴、遙控設(shè)備等便攜式產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)廠商不斷豐富DRAM自研產(chǎn)品組合，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
圖注：東芯半導(dǎo)體股份有限公司副總經(jīng)理 陳磊
2、NAND Flash
SSD與嵌入式存儲(chǔ)為NAND Flash模組的主要產(chǎn)品，以企業(yè)級(jí)與行業(yè)級(jí)SSD為主增長(zhǎng)點(diǎn)，同時(shí)，5G通信、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等快速發(fā)展推動(dòng)中小容量NAND Flash市場(chǎng)的發(fā)展。
我國(guó)在中小容量NAND Flash領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展，形成了具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的廠商和品牌。東芯半導(dǎo)體股份有限公司副總經(jīng)理陳磊介紹，在NAND Flash產(chǎn)品上，主要廠商有三星電子、鎧俠、海力士、美光科技等國(guó)際企業(yè)，占據(jù)全球主要市場(chǎng)，產(chǎn)品類型以大容量存儲(chǔ)的3D NAND Flash為主。國(guó)產(chǎn)化需求不斷提高，國(guó)內(nèi)企業(yè)將迎來良好的發(fā)展契機(jī)，目前在低容量2D NAND Flash市場(chǎng)。
在產(chǎn)品方面，通過差異化市場(chǎng)需求切入該細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)，東芯半導(dǎo)體聚焦平面型SLC NAND Flash的設(shè)計(jì)與研發(fā)，主要產(chǎn)品采用浮柵型工藝結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)容量覆蓋512Mb至32Gb，可靈活選擇SPI或PPI類型接口，搭配3.3V/1.8V兩種電壓，可滿足客戶在不同應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用場(chǎng)景的需求。目前該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)已取得技術(shù)及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，NAND Flash產(chǎn)品核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，尤其是SPI NAND Flash，東芯半導(dǎo)體采用了單顆集成技術(shù)，將存儲(chǔ)陣列、ECC模塊與接口模塊統(tǒng)一集成在同一芯片內(nèi)。產(chǎn)品在耐久性、數(shù)據(jù)保持特性等方面表現(xiàn)穩(wěn)定，不僅在工業(yè)溫控標(biāo)準(zhǔn)下單顆芯片擦寫次數(shù)已經(jīng)超過10萬次，同時(shí)可在-40℃至105℃的極端環(huán)境下保持?jǐn)?shù)據(jù)有效性長(zhǎng)達(dá)10年，產(chǎn)品可靠性逐步從工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)向車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)。
依托于市場(chǎng)需求，國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)廠商憑借技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)品線提升在細(xì)分領(lǐng)域獲得市占率。東芯半導(dǎo)體聚焦SLC NAND Flash的設(shè)計(jì)與研發(fā)，SLC市場(chǎng)規(guī)模占整體NAND份額較小，因此內(nèi)地廠商替代空間巨大，東芯半導(dǎo)體通過差異化市場(chǎng)需求切入該細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)，產(chǎn)品種類多樣，核心技術(shù)明顯，基于2xnm制程上持續(xù)開發(fā)新產(chǎn)品，不斷擴(kuò)充SLC NAND Flash產(chǎn)品線，并已推進(jìn)至1xnm先進(jìn)制程。2022年，東芯半導(dǎo)體自主設(shè)計(jì)研發(fā)的SLC NAND Flash產(chǎn)品作為公司的拳頭產(chǎn)品已進(jìn)入各領(lǐng)域標(biāo)桿客戶的供應(yīng)鏈體系。
02
主控芯片、封裝方面技術(shù)成熟
國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)器件廠商在封裝和主控芯片方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)力。擁有先進(jìn)的封裝設(shè)備和工藝，能夠根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行主控芯片的定制化設(shè)計(jì)，提供高性能產(chǎn)品，此外，國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)器件廠商還善于供應(yīng)鏈管理，注重與供應(yīng)鏈上下游企業(yè)的合作，通過共享信息和資源，提高供應(yīng)鏈的效率和靈活性。
1、主控芯片
主控芯片是存儲(chǔ)產(chǎn)品的配套芯片之一，受益于上游產(chǎn)能影響，內(nèi)存模組和SSD主控芯片國(guó)產(chǎn)化率逐漸提升，供應(yīng)商包括慧榮科技、群聯(lián)、Marvell、國(guó)科微、記憶科技、得一微、聯(lián)蕓科技、華瀾微等。
據(jù)記憶科技有關(guān)人員介紹，SSD成本受存儲(chǔ)芯片和閃存顆粒的行情影響較大，價(jià)格隨著上游波動(dòng)而頻繁波動(dòng)，尤其是近幾年市場(chǎng)行情變化較激烈，目前國(guó)內(nèi)大部分存儲(chǔ)廠商都需從海外購(gòu)買存儲(chǔ)芯片和閃存顆粒。
圖注：記憶科技SSD實(shí)現(xiàn)主控芯片和閃存顆粒國(guó)產(chǎn)化
從降低供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)、提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)自主的角度來看，擴(kuò)展上游供應(yīng)商，成為存儲(chǔ)器件廠商的供應(yīng)鏈管理的策略之一。實(shí)際上，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有成熟的模組設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)鏈，國(guó)產(chǎn)率相對(duì)較高。
記憶科技一方面具有存儲(chǔ)芯片研發(fā)能力，主控可應(yīng)用于自身SSD產(chǎn)品;同時(shí)基于市場(chǎng)規(guī)模早已經(jīng)和上游廠商建立并保持了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系，使其在市場(chǎng)較為動(dòng)蕩的時(shí)候，仍可以比國(guó)內(nèi)其他友商獲得較為穩(wěn)定的商務(wù)優(yōu)勢(shì)。在SSD的核心組成部件里，記憶科技實(shí)現(xiàn)了主控芯片和閃存顆粒的國(guó)產(chǎn)化，并且還具備自主封測(cè)能力，產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)率較高。其自研控制器經(jīng)過10多年的發(fā)展，已迭代了多個(gè)代次，其中面向企業(yè)級(jí)應(yīng)用的核心企業(yè)級(jí)主控芯片使用12nm制程，與業(yè)界領(lǐng)先工藝對(duì)齊，是國(guó)內(nèi)少數(shù)可同時(shí)支撐PCIe以及SAS雙協(xié)議棧的產(chǎn)品，具有高可靠性，可滿足企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)的核心要求，累計(jì)發(fā)貨量已達(dá)百萬級(jí)，在記憶科技多款主流企業(yè)級(jí)SSD產(chǎn)品中均有應(yīng)用。
2、封裝測(cè)試
嵌入式應(yīng)用和下游終端產(chǎn)品形態(tài)較多，國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)器件廠商已經(jīng)具備成熟的封測(cè)制造能力。通過創(chuàng)新，國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)具備實(shí)力，例如記憶科技已掌握大容量、高密度、超薄系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品封裝測(cè)試的核心工藝，并完成產(chǎn)品的多次迭代，封測(cè)技術(shù)在模式、工藝、精度、技術(shù)布局等關(guān)鍵領(lǐng)域領(lǐng)跑，自封介質(zhì)覆蓋企業(yè)級(jí)、消費(fèi)級(jí)，嵌入式存儲(chǔ)產(chǎn)品。依托全流程、端到端的企業(yè)綜合實(shí)力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)工藝，記憶科技所有SSD產(chǎn)品的存儲(chǔ)介質(zhì)都堅(jiān)持自主封測(cè)，也正因如此，記憶科技已成為國(guó)內(nèi)為數(shù)不多具備全流程SSD制造能力和封測(cè)能力的存儲(chǔ)品牌。在嵌入式領(lǐng)域，記憶科技高性能低功耗的產(chǎn)品特性，適配當(dāng)前輕薄化電子產(chǎn)品;多容量特性可滿足小封裝尺寸和快速接口的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
封測(cè)的基礎(chǔ)實(shí)力造就了國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)產(chǎn)品組合的多樣性。例如東芯半導(dǎo)體的MCP系列產(chǎn)品具有NAND Flash和DDR多種容量組合，F(xiàn)lash和DDR均為低電壓的設(shè)計(jì)，核心電壓1.8V可滿足目前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)對(duì)低功耗的需求。其中DDR包含LPDDR1/LPDDR2兩種規(guī)格使其選擇更加靈活豐富。MCP可將Flash和DDR合二為一進(jìn)行封裝，簡(jiǎn)化走線設(shè)計(jì)，節(jié)省組裝空間，高效集成電路，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，被廣范應(yīng)用于功能手機(jī)、MIFI、通訊模塊等產(chǎn)品中。
03
未來已來：ReRAM存算一體
國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)器件產(chǎn)業(yè)鏈下游比較成熟，具有豐富的產(chǎn)品，實(shí)際上在上游存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域，除了常見的長(zhǎng)江存儲(chǔ)、長(zhǎng)鑫等晶圓廠，面向AI服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心對(duì)算力的需求，國(guó)內(nèi)廠商也在前沿技術(shù)上追趕突破。
1、HBM與3D DRAM殊途同歸
GhatGPT推動(dòng)了生成式AI發(fā)展，也提升了HBM(高帶寬存儲(chǔ)器)和3D DRAM(三維動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)在存儲(chǔ)器件行業(yè)的地位，作為當(dāng)前先進(jìn)存儲(chǔ)技術(shù)，兩者的區(qū)別包含幾點(diǎn)：
第一，結(jié)構(gòu)。HBM是一種通過多個(gè)垂直堆疊DRAM層實(shí)現(xiàn)高帶寬的內(nèi)存技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸更快速。3D DRAM也是一種垂直堆疊DRAM技術(shù)，但還可以包括括邏輯層或其他功能層，因此其結(jié)構(gòu)可以更加多樣化。
第二，帶寬和性能。HBM專注于提供高帶寬內(nèi)存，適用于高性能計(jì)算和圖形處理器(GPU)等領(lǐng)域，提供很高的內(nèi)存帶寬，滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸需求。3D DRAM用于各種應(yīng)用，包括移動(dòng)設(shè)備、服務(wù)器和嵌入式系統(tǒng)，性能因具體實(shí)現(xiàn)而異。
第三，適用領(lǐng)域。HBM通常用于高性能計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、人工智能和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理等需要高帶寬的任務(wù)。3D DRAM可以用于移動(dòng)設(shè)備、服務(wù)器、工作站和嵌入式系統(tǒng)等。
億鑄科技創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼CEO熊大鵬博士指出，HBM和3D DRAM基本解決同樣一個(gè)問題，即存儲(chǔ)芯片與主芯片之間的帶寬問題。目前，AI大模型參數(shù)傳到主芯片的速度不夠，需要HBM和3D DRAM讓外部存儲(chǔ)中的AI大模型參數(shù)傳輸?shù)街餍酒?/p>
圖注：億鑄科技創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼CEO 熊大鵬博士
2、存算一體：解決帶寬問題的根本辦法
通過HBM和3D DRAM可以將帶寬提高2-5TOPS，甚至可以更高，但技術(shù)升級(jí)的不會(huì)太快，甚至存在物理極限，這意味著AI芯片性能會(huì)遇到帶寬的天花板，這是AI應(yīng)用的瓶頸。
由于大模型參數(shù)在芯片內(nèi)，如果參數(shù)數(shù)據(jù)的每個(gè)BYTE的計(jì)算部分與存儲(chǔ)部分合為一體，存儲(chǔ)單元同時(shí)就是乘法器、加法器，這種結(jié)構(gòu)就不存在帶寬的問題，而這就是存算一體。
在帶寬問題上，“這是根本的解決之道”熊博士說到，HBM、3D DRAM是技術(shù)改良，而存算一體是技術(shù)革命。
由于不需要外部存儲(chǔ)器，存算一體在成本方面也具有優(yōu)勢(shì)。相比之下，HBM的成本大約每個(gè)G是40多美元，20-30G的成本接近1000美元，甚至比主芯片還貴。
熊博士表示，存算一體在推理服務(wù)器的市場(chǎng)需求比較大，原因在于存算一體可以解決用戶最關(guān)心的問題：
第一個(gè)是性價(jià)比和能效比。推理端對(duì)性價(jià)比非常敏感，成本可以精算到每一個(gè)token的投資，即每一秒鐘、每一個(gè)token需要投資多少錢。每個(gè)token的功耗也是推理端需要關(guān)注的。在大模型領(lǐng)域，存算一體不管是性價(jià)比還是能效比都能夠帶來數(shù)量級(jí)提升。
第二個(gè)是大模型的運(yùn)營(yíng)成本。功耗是大模型運(yùn)營(yíng)的最重要因素，“算力之爭(zhēng)，即功耗之爭(zhēng)”，存算一體可以同時(shí)降低大模型的部署和運(yùn)營(yíng)成本。據(jù)悉，億鑄科技基于新型憶阻器(ReRAM)的存算一體AI大算力芯片工程驗(yàn)證芯片已回片點(diǎn)亮，打破存儲(chǔ)墻，基于傳統(tǒng)工藝制程可實(shí)現(xiàn)低功耗單卡1000TOPS以上的算力。05小 結(jié)
目前消費(fèi)電子市場(chǎng)需求未復(fù)蘇，加上宏觀經(jīng)濟(jì)增速放緩和行業(yè)周期性波動(dòng)等多重因素影響，存儲(chǔ)器件市場(chǎng)景氣度下降。芯查查APP顯示，2023年上半年以來，存儲(chǔ)器件平均價(jià)格ASP下降，上游主要存儲(chǔ)晶圓廠減產(chǎn)，以緩解行情對(duì)業(yè)績(jī)的影響，進(jìn)入下半年，存儲(chǔ)器件市場(chǎng)的變化仍然有待觀察。
市場(chǎng)供求關(guān)系的變化是產(chǎn)品價(jià)格的影響因素之一，因此市場(chǎng)需求的回暖將有助于價(jià)格的反彈。在當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境下，包括東芯半導(dǎo)體、記憶科技在內(nèi)的存儲(chǔ)器件廠商、以億鑄科技為代表的國(guó)內(nèi)AI算力芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，需要更加關(guān)注市場(chǎng)需求，在逆境中夯實(shí)核心實(shí)力，穩(wěn)步提升市占率。
