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“芯片热”之下,本土厂商如何做好一颗嵌入式存储芯片?

时间:2020-11-15 作者:刘于苇 阅读:
政策支持、资本追捧,一二级市场火热,让中国芯片相关企业的数量在2020年上半年增长迅速。截至今年7月20日,中国共有芯片相关企业4.53万家,仅今年第二季度新注册企业就有4800家,同比增长20%,环比增长120%。“还好中国的市场体量比较大,不然这是很崩溃的事情。”深圳市时创意电子有限公司董事长倪黄忠表示,“芯片热”现象是“天时、地利、人和”造成的,但也要注意防范产业过热……
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2014年,中国成立了集成电路产业投资基金(简称“大基金”)一期,募集资金1387亿元人民币;2019年中美贸易摩擦升温,大基金二期推出,募资规模2000亿元人民币。国家大基金一期加二期撬动的社会资本总规模预计超过1万亿元。

2020年8月,国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,集成电路成为中国战略性新兴产业,大量资本涌入半导体行业。在今年疫情期间其他所有产业投资都减少的情况下,只有对半导体、集成电路的投资还在翻倍增长。一级市场、二级市场资本如此热情,足见国家发展这个行业的坚定决心。

芯片热过头,需警惕“芯骗”

政策支持、资本追捧,一二级市场火热,让中国芯片相关企业的数量在2020年上半年增长迅速。截至今年7月20日,中国共有芯片相关企业4.53万家,仅今年第二季度新注册企业就有4800家,同比增长20%,环比增长120%。

深圳时创意电子有限公司董事长倪黄忠

“还好中国的市场体量比较大,不然这是很崩溃的事情。”在日前TrendForce集邦咨询举办的MTS2021存储产业趋势峰会上,深圳市时创意电子有限公司董事长倪黄忠表示,“芯片热”现象是“天时、地利、人和”造成的,首先是天时——市场需求爆发式增长、国际贸易限制、国产替代政策;其次地利——中国是全球最大统一市场,具备完整的上下游产业链;最后是人和——产业政策、资金、市场和民众的空前瞩目。

但也要注意防范产业过热。这么多新增企业中,相信也有很多没经验、没技术、没人才的三无企业涌入芯片中低端市场。他们不具备核心技术研发和设备生产能力,导致中低端市场产品同质化恶性竞争。同时这些企业也会造成行业人才过快流动,比如说现在行业里的核心人才不断被挖,“本来他在这个公司做得很好的,但是被挖走了,这个公司的技术创新就会中断。”企业知识产权得不到保护,最终损害下游顾客利益。

倪黄忠还分析了最近暴雷的“芯骗”问题,目前有很多打着高大上产业项目口号,百亿、千亿级项目已经暴雷,未来可能还有更多。因为资本过热地投入,肯定会造成一些企业不能专注于技术研发,而是专注于搞资本运作。因为到资本市场赚钱更容易,还有什么必要费力气搞创新?未来芯片企业如果不技术创新、同质化,便会为了短期市场份额对产品进行costdown操作,大打价格战,破坏市场秩序,导致产品实际使用寿命不达标、兼容性不够、使用后性能下降,使用一段时间后返修率偏高等恶性循环问题。

国内嵌入式存储芯片行业现状

存储市场占比最高的有NAND和DRAM两大类别,对应了手机、服务器和PC三大应用领域,在全球有着超过1000多亿美金的年销售。随着5G、大数据、智能物联网以及AI的迅速崛起,NAND存储的应用还在增长,特别是NAND Flash的成长,因为大数据的成长和云存储的成长。

原厂格局方面,NAND主要是三星、铠侠、WD、美光、海力士、长江存储、英特尔等等;DRAM以三星为龙头,海力士、美光、南亚和长鑫等等为主。以前在存储芯片领域是没有国内厂商的,这几年有了长江存储和合肥长鑫。长江存储2019年9月份量产了64层基于Xtacking架构的256Gb闪存颗粒,今年4月发布了128层的3D NAND存储芯片,实现了跳跃式发展;长鑫方面已经成功量产19nm的DDR4/LPDDR4,正在推进LPDDR5 DRAM产品开发,预计会采用17nm以下工艺。

目前DRAM和NAND的主要应用还是智能手机,占比已经达到40%多,第二是服务器,因为大数据在服务器当中的应用比例非常大,第三个是PC端。倪黄忠在接受《电子工程专辑》等媒体采访时表示,时创意公司成立于2008年,最早是做玩具起家,2013年进入存储芯片封装领域,2017年进入PC SSD市场,2019年进入嵌入式存储领域,在这三个端口完成布局

他认为,嵌入式存储芯片终端应用存在着四大常见问题:

  1. 由于NAND Flash颗粒品质不高,导致产品实际使用寿命不达标;
  2. 固件架构设计完善度和产品兼容性测试不够,导致产品兼容性不够;
  3. 固件架构不完善或NAND Flash颗粒品质较弱,导致产品长时间使用后性能下降明显;
  4. 产品老化测试不够或者NAND Flash颗粒品质较弱,导致产品使用一段时间后返修率偏高。

可见,嵌入式存储芯片市场有别于其他类似SSD、DDR等可插拔的存储设备市场,对产品的性能、使用寿命和数据安全性有异常严苛的要求,需要存储厂商在晶圆和主控选型、基板设计和封装工艺、软件和固件方案设计、工程验证和生产测试以及售后服务等方面具备全面的完整技术能力。如果没有全产业链的自主核心技术,最终将很难长期立足于该市场。

如何做好一颗嵌入式存储芯片?

倪黄忠分享了如何做好一颗嵌入式存储芯片的心得,第一个阶段就是主控和晶圆的选型

在晶圆选择上,每家原厂出货的晶圆都有等级之分,以美光的晶圆料号MT29F256G08EBCAG B16A 3W C1 -R举例,其中最后字母如果是“R”则代表Fortis级别,“M”则代表Meida级别,“U”代表Removable级别等。所以在跟模组厂采购嵌入式存储芯片的时候,要看一下是用什么晶圆做的,如果为了节约成本,买低等级的晶圆来做嵌入式存储,最后出现问题是不能怪原厂的。

除了选择晶圆等级,还要选择晶圆工艺,例如2D和3D,SLC、MLC和TLC。NAND层面现在基本选择64层TLC,随着96层TLC量产和128层技术的成熟了,会慢慢推进。

最后是晶圆架构的选择,包括Block Size、Page Size等。拿英特尔的晶圆来说,“是为服务器而生的,非要拿去做嵌入式可能会产生很多问题。”倪黄忠说到,“再如QLC晶圆,本来是为了服务器去做的,如果因为QLC便宜而拿来做嵌入式,估计会死得很惨。”

第二个阶段是基板设计和封装工艺。首先要保证堆叠设计和焊线设计的合理性,然后要考虑信号设计的完整性。市场上有很多封装厂为了降低成本用了两层板,对系统厂商造成了很多麻烦。封装工艺中,设备非常重要,另外还要有好的生产环境、员工管理和品控体系。

剩下几个阶段分别是固件和软件方案设计、工程验证和生产测试。时创意因为把实验室建到了产线,任何一个批次的产品都会先进入实验室先做好工程实验、工程认证,所以目前封装生产直通率达99.9%以上。

长江长鑫两巨头加持,国内存储行业未来可期

倪黄忠用之前提到实现“跳跃式发展”的长江存储举例,时创意采用他们的64层TLC晶圆做封装,SDP(32GB * 1)封装良率是99.98%,超过了以往采用国际大厂晶圆 99.9%的均值。DDP (32GB * 2)达到 99.88%的良率,分四迭代做封装数量级比较大的情况下是99.69%的封装良率。

“这样的良率国内很难找得到第二家,国际上面也和几大原厂的良率水平相当。做到这么高的良率,主要是基于两点,”倪黄忠总结道,“一是我们的封装技术已经非常成熟,第二点说明长江存储的wafer的稳定性已经达到非常高的要求,这也是他们可以从64层直接跳到128层的原因。”

虽然这两年大家都在喊芯片国产化,但国产化不应该仅仅是低端产品的国产化,而是高端产品的国产化。国际大厂做到的东西,中国厂商要想办法把它做到,这才是具备国产化替代的意义。而长江存储和合肥长鑫两家出来以后,正在逐渐打破存储芯片市场的格局,倪黄忠表示,未来市场有多少变化值得期待,这也是国内所有存储厂商都期待的事情。

以长江存储、长鑫存储为代表的国内龙头厂商未来可期,相信在国家政策扶持下,以及5G、AI、AIoT、大数据等新技术创新的拉动下,我国存储产业规模快速发展,将会产生一大批优秀的存储模组厂商,并会诞生中国的世界级存储领军企业。

时创意去年开始推出8GB eMMC嵌入式产品,2020年11月推出了256GB版本。据倪黄忠称,这是国内最短时间内推出最大容量的eMMC产品,应用在了一些4G手机上。相关的UFS产品也在研发中,预计明年下半年开始出货,和LPDDR产品一起用在5G手机中。据悉时创意的LPDDR产品今年已开始量产,TLC eSSD产品已实现1TB封装能力,QLC可以做到2TB。“时创意期待能够跟所有系统厂商和产业上下游合作伙伴们一起,共同构建起资源优势互补、技术开放共享、产业资本对接的存储产业生态链。“

责编:Luffy Liu

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刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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