中国存储芯片崛起!全球市场前景如何?

SSDFans 2020-10-19


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如今内存市场正在经历一段混乱时期,而且还没有结束。

 

到2020年目前为止,对3D NAND和DRAM两种主要存储器的需求略好于预期。但由于经济放缓、库存问题和持续的贸易战,市场将存在一些不确定性。

 

此外,3D NAND市场正在向新一代技术发展,一些厂商遇到了产能问题。而3D NAND和DRAM的供应商正面临来自中国的新的竞争压力。

 

在2019年放缓之后,存储市场本应在今年反弹。随着COVID-19大流行爆发,突然之间,很多国家采取了各种措施来缓解疫情,例如禁止外出和关闭企业等。随之而来的是经济动荡和失业。

 

然而,事实证明,在家工作推动了对个人电脑、平板电脑和其他产品的需求;对数据中心服务器的需求也在不断增长。所有这些都推动了对内存和其他芯片类型的需求。

 

正在进行的中美贸易战继续给市场带来不确定性,但也引发了一波恐慌性的芯片买卖。基本上,美国已经对中国华为实施了各种贸易限制。因此,一段时间以来,华为一直在囤积芯片,推高了需求。

 

这类交易已经进入尾声,要与华为开展业务,美国公司和其他公司将需要在9月14日之后从美国政府获得新的执照。许多供应商正在切断与华为的联系,这将影响芯片需求。

 

总的来说,整个内存市场是复杂的,有几个未知因素。为了帮助业界了解未来,本文将研究DRAM、3D NAND和下一代内存市场。

 

DRAM动荡


现如今一个完整系统集成了处理器、图形以及内存和存储,通常被称为内存/存储层次结构。在该层次结构的第一层,SRAM集成到处理器以实现快速数据访问;下一层是独立的DRAM,用于主存;磁盘驱动器和基于NAND的SSD用于存储。

 

2019年是DRAM的艰难时期,需求低迷,价格下跌。三大DRAM制造商之间的竞争一直很激烈。根据TrendForce的数据,在DRAM市场,三星在2020年第二季度以43.5%的市场份额位居第一,紧随其后的是SK海力士(30.1%)和美光(21%)。

 

随着来自中国的新竞争者的加入,市场竞争预计将更加激烈。据Cowen & Co报道,中国长鑫存储(CXMT)正在推出其首条19nm DRAM生产线,其中17nm产品正在生产中。

 

CXMT将如何影响市场还有待观察。与此同时,2020年的DRAM市场喜忧参半。IBS预计,DRAM市场总规模将达到620亿美元,与2019年的619.9亿美元基本持平。



在家办公经济,加上数据中心服务器的繁荣,推动了2020年上半年和第三季度对DRAM的强劲需求。IBS首席执行官Handel Jones表示:“2020年第一季度至第三季度增长的主要驱动力是数据中心和个人电脑。”

 

如今,DRAM厂商正在推出基于1xnm节点的设备。FormFactor(一家芯片测试应用探针卡供应商)高级副总裁Amy Leong表示:“随着DRAM供应商开始增加‘1y nm’和‘1z nm’节点,我们看到第三季度DRAM需求持续增强。”

 

然而,现在人们担心2020年下半年经济会放缓。IBS的Jones表示," 2020年第四季度,由于数据中心需求放缓,会出现一些疲软,但不会大幅下滑。"

 

与此同时,到目前为止,智能手机的内存需求表现平平,但这种情况可能很快就会改变。在移动DRAM前端,厂商正在加紧推出基于新的LPDDR5接口标准的产品。据三星称,16GB的LPDDR5设备的数据传输速率为5500Mb /s,大约比之前的移动存储标准(LPDDR4X, 4266Mb/s)快1.3倍。

 

Cowen分析师Karl Ackerman在一份研究报告中表示:“我们预计,随着搭载更高DRAM容量的旗舰5G智能手机产量增加,到2020年,移动DRAM和NAND需求将不断增长。”

 

下一代无线技术5G有望在2021年推动DRAM需求。IBS预计,DRAM市场将在2021年达到681亿美元。IBS的Jones表示“2021年,增长的主要驱动力将是智能手机和5G智能手机,此外,数据中心的增长将会相对强劲。”

 

NAND挑战


在经历了一段缓慢增长之后,NAND闪存供应商也希望在2020年实现反弹。"我们对NAND闪存的长期需求持乐观态度," FormFactor的Leong说。

 

IBS的数据显示,NAND闪存市场的总规模预计将在2020年达到479亿美元,比2019年的439亿美元增长9%。Jones说:“2020年第一季度到第三季度的主要应用驱动是智能手机、个人电脑和数据中心。我们看到2020年第四季度需求出现了一些疲软,但并不严重。”

 

据IBS预计,NAND市场2021年将达到533亿美元。Jones 表示:“2021年的主要驱动力将是智能手机,我们看到每部智能手机的销量和NAND容量都在增加。”

 

根据TrendForce的数据,在NAND市场,三星在2020年第二季度以31.4%的市场份额位居第一,紧随其后的是Kioxia(17.2%)、Western Digital(15.5%)、SK海力士(11.7%)、美光(11.5%)和英特尔(11.5%)。

 

如果这还不够竞争激烈的话,中国的长江存储(YMTC)最近推出了一款64层的NAND芯片,进入了3D NAND市场。“YMTC在2021年将有相对强劲的增长,但它的市场份额非常低。”Jones说。




与此同时,供应商一直在加紧开发3D NAND闪存,它是planar NAND闪存的继承者。与二维结构的planar NAND不同,3D NAND类似于一座垂直摩天大楼,其中水平的存储单元层被堆叠起来,然后使用微小的垂直通道连接起来。

 

3D NAND是由堆叠在一个设备的层数量化的。随着层数的增加,系统中的位密度也会增加。但是,随着更多层的添加,制造方面的挑战将逐步升级。

 

3D NAND也需要一些复杂的沉积和蚀刻步骤。“我们使用不同的化学物质,也需要一些蚀刻技术,特别是高纵横比蚀刻(简称HAR)。对于3D NAND,这变得非常关键。”在最近的一次展示中,TEL America副总裁Ben Rathsack说道。

 

去年,供应商开始出货64层3D NAND产品。TechInsights高级技术研究员Choe表示:“如今,92层和96层的3D NAND设备很常见;这些设备在移动设备、SSD和企业市场中被广泛采用。”

 

下一代技术是128层3D NAND。有报道称,由于产能问题,这里出现了一些延迟。Choe称:“128L刚刚发布,128L SSD刚刚面市;不过,产能问题仍然存在。”

 

目前还不清楚这个问题会持续多久。尽管如此,供应商们正在采取不同的方式来扩大3D NAND的规模。有些使用所谓的字符串叠加方法。例如,一些厂商正在开发两个64层的设备,并将它们堆叠起来,形成一个128层的设备。

 

其他厂商则走另一条路。Choe说:“三星在128L中一直采用单栈方式,这涉及到非常高的纵横比垂直通道蚀刻。”

 

业界将继续扩大3D NAND的规模。Choe预计,到2021年底,176- 192层的3D NAND部件将投入风险生产。

 

这里有一些挑战。“我们对3D NAND规模持乐观态度,”Lam Research的CTO Gottscho说。“扩大3D NAND规模有两个大挑战。其中之一就是当你沉积越来越多的层时,薄膜中的应力会增加,这会使晶圆发生扭曲,所以当你进入双层或三层时,对齐就成了一个更大的挑战。”

 

目前还不清楚3D NAND能发展到什么程度,但对更多比特的需求总是存在的。Gottscho说:“长期来看,需求非常强劲。数据、数据生成和存储出现爆炸式增长,所有这些挖掘数据的应用程序将为新应用程序提供更多数据,因此对数据和非易失性存储数据的需求将持续增长。”

 

下一代内存


业界一直在开发几种下一代内存类型,如相变存储器(PCM)、STT-MRAM、电阻式RAM(ReRAM)等。

 

这些内存类型极具吸引力,因为他们结合了SRAM的速度和闪存的非易失性以及无限持久性。但是,这些新内存需要更长的时间来开发,因为它们使用复杂的材料和转换模式来存储数据。

 

在新的内存类型中,PCM是最成功的。一段时间以来,英特尔一直在推出3D XPoint,这是一款PCM;美光也在推PCM。PCM通过改变材料的状态来存储数据,速度比FLASH快,有更好的持久性。

 

STT-MRAM也在出货。它具有静态存储器的速度和FLASH的非易失性,具有无限的持久性。它利用电子自旋的磁性为芯片提供非易失的特性。

 

STT-MRAM应用在独立和嵌入式应用系统中。在嵌入式领域,它的目标是在22nm及以上节点的微控制器和其他芯片上取代NOR (eFlash)。

 

与FLASH相比,ReRAM具有更低的读取延迟和更快的写入性能。ReRAM将电压施加到材料堆上,使电阻发生变化,从而在存储器中记录数据。

 

UMC产品管理技术总监David Uriu表示:“在某种程度上,ReRAM和MRAM都受到了缺乏成功批量使用案例的影响。从PCM到MRAM再到ReRAM,每种技术都有自己的优缺点。这些技术的未来预测令人兴奋,但事实是,它们仍在研究中。”

 

如今PCM已经发力,其他技术才刚刚开始生根发芽。“产品采用的成熟度问题需要随着时间推移来证明,以获得对解决方案能力的信心,”Uriu说。“成本、模拟性能和一般使用案例的问题已经提出来,只有少数遇到了挑战。大多数风险太大,无法投入生产。”

 

这并不是说MRAM和ReRAM的潜力有限。“我们确实看到了MRAM和ReRAM的未来潜力。PCM虽然相对昂贵,但被证明是有效的,并且已经开始成熟。我们的行业不断改进与开发这些较新的内存设计相关的材料和用例,这些将被带到市场上的高级应用,如人工智能、机器学习和内存处理或内存计算应用。它们将扩展到我们今天使用的许多机器中,用于消费、智能物联网、通信、3D传感、医疗、交通和信息娱乐等应用。”


原文链接:

https://semiengineering.com/a-mixed-bag-of-memory-bits/



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