存储器数千亿市场外资瓜分大半 长鑫存储自主之路逐渐破冰

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《投资者网》 温佳琦

编辑 吴悦

半导体存储器领域,目前闪存(NAND Flash)和内存(DRAM)市场主要被美韩日等国外几家企业所垄断,如韩国三星、海力士、美国镁光、日本东芝等,其中国际DRAM市场中,三星连续10多年蝉联世界第一,市占率维持在60%。

商业世界里,一个行业高度垄断造成的一个结果是:头部厂商有可能操纵产量和价格,用低价来挤垮竞争对手,或用涨价来谋取暴利。

在存储芯片行业,此前《投资者网》分析了长江存储的发展历程和现状,在《3D NAND闪存市场,长江存储如何破围而出?》一文中剖析了NAND Flash市场的情况,本文主要分析另外一个DRAM市场国内企业——长鑫存储技术有限公司(以下简称“长鑫存储”)。

内存发展史

纵观内存芯片全球发展史,围绕DRAM产业发展而产生的激烈竞争此起彼伏。

1966年DRAM之父罗伯特·登纳德,在IBM研发中心成功研发出MOS 型晶体管+电容结构,半导体存储器的发展从此开启。70年代存储器市场涌现出Intel、TI、Mostek、NEC等。行业发展早期,Intel依靠DRAM量产实现一家独大,后期Mostek利用技术升级成为市场霸主。

日本看到DRAM市场潜力后,在70年代末期以举国体制发展DRAM技术,并在80年代中期依靠物美价廉的DRAM产品快速占领全球市场,迫使Intel彻底放弃DRAM。1985年日美关系发生转变,美国开始对日本半导体产品发起反倾销诉讼,致使日本产品性价比极速下降。

此时产业的发展机会转向了韩国,三星通过购买专利叠加自研的方法迅速崛起,随后在 DRAM领域继续保持着高投入研发,最终实现技术超越成为新巨头。在经过日韩两国之间不断的价格战,激烈竞争的大浪淘沙后,市场玩家剩下三星、SK海力士、奇梦达、美光、尔必达这五家。

2007年微软推出Vista系统,提高了对内存的消耗,各大厂商纷纷扩大产能以应对市场需求,结果Vista销量平淡,供过于求的DRAM价格便一路下滑,并在2008年全球金融危机中跌破材料成本。

此时的三星为了提高市场占有率,不惜亏本扩大产能加剧行业亏损,导致奇梦达和尔必达接连被淘汰。在历经多年搏杀后,全球DRAM厂商逐渐从“群雄逐鹿”变成“三足鼎立”。


2016年手机内存需求的快速增长导致全球内存芯片缺货,而内存条价格也跟着水涨船高,比如当时一根DDR4 8G PC用内存条价格一度涨到900元。 据Business korea报道,内存价格大涨的背后可能不全是市场因素,是三星、美光等存储公司通过削减产量、减少供应的方式,抬高了DRAM的价格。

国内DRAM发展之苦

中国是世界最大的电子产品制造国,根据历年来海关总署统计的半导体产业进出口数据,可以看到国内企业每一年花在存储器采购上的资金,高达几千亿美元,并且在一直往上攀升。

但由于没有掌握相关核心技术,我国在DRAM的产品定价上一直受制于国际巨头,手机、PC厂商经常遇到DRAM缺货情况。而头部厂商对DRAM市场的垄断和价格操纵,使国内的企业深受其苦。

其实这很大程度上是我们的产业基础没有打扎实,我们可以回顾下国内的产业发展历程中的一些关键性节点。

·1975年,北京大学物理系半导体研究组在109厂采用硅栅NMOS技术,试制出中国大陆第一块1K DRAM,比美国、日本晚五年;

·1978年中科院半导体所成功研制4K DRAM;

·1981年中科院半导体研究所成功研制16K DRAM(比韩国晚两年);

·1985年中科院微电子中心研制成功64K DRAM(比韩国晚一年);

·1993年无锡华晶制造出第一块256K DRAM(比韩国晚7年);

·1997年亚洲金融危机爆发,华晶遭遇巨额亏损,最终只能选择转型;

·1999年上海华虹量产出64M的DRAM,但由于市场环境恶化,华虹失去日本企业NEC的技术支持,华虹宣布退出DRAM并转型做晶圆代工业务;

·2004年中芯国际开始进军DRAM领域;

·2008年中芯国际深陷与台积电的官司,被迫放弃了DRAM业务,标志着大陆企业在DRAM领域的尝试,均已失败告终。

不难看出,存储器和芯片市场都是国内相当薄弱的环节,要想发展则需要从国外垄断企业中抢夺市场份额。

长鑫存储应运而生

如果要用一句话来形容长鑫存储所在的存储器行业环境,这句“东方风来满眼春,潮起正是扬帆时”最贴切不过。

2016年5月在“创新之都”合肥,一个上千亿投资规模的芯片制造项目正式启动——长鑫存储,它是中国首个内存芯片自主制造项目,填补了国内DRAM生产制造领域的空白。

长鑫存储自组建之日起便成为业界焦点,原因是芯片国产替代势在必行,而替代需求最为迫切的便是DRAM芯片。

2019年长鑫存储携带着国内首颗自主研发的8GB DDR4闪亮登场,一举成为中国发展DRAM的希望之“芯”。

内存芯片技术门槛如此之高,长鑫存储是如何实现快速跨越的呢?

据悉,长鑫存储的核心技术来源于奇梦达遗留的DRAM专利,后来为了规避可能存在的专利风险,长鑫存储投入25 亿美元的研发费用对原有芯片架构进行重新设计,将产品进行了更新换代。

基于这一专利技术,长鑫存储又成功量产出19nm工艺的DDR4和LPDDR4,成为全球第四家DRAM产品采用20nm以下工艺的厂商,是目前中国大陆唯一能够自主生产DRAM的厂商。

从DRAM三巨头及长鑫存储工艺尺寸发展历程来看,全球前三大厂商—三星、SK海力士、美光于2016-2017年进入1Xnm(16nm-19nm)阶段,2018-2019年进入1Ynm(14nm-16nm)阶段,2020年进于1Znm(12nm-14nm)时代 。

在后续的发展过程中,供应商在路线图上又扩展了三代DRAM,这些被称为1anm,1bnm和1cnm。目前,内存芯片进入第四阶段1anm(10nm)的研发。


据悉,三星已于2020年上半年完成首批1anm(10nm)制程DRAM的出货,2021年美光和SK海力士也开始量产第四代10nm DRAM产品,而长鑫存储目前仍处于1Xnm(16nm-19nm)阶段,与国际先进水平相比,仍存在一定差距。

产能方面,长鑫存储表示,2021年公司已经实现6万片/月的DRAM产能,预计2022年能翻一番,达到12万片/月的产能,未来的目标是实现30万片/月的产能。

公开资料显示,截止2021年,全球DRAM总产能大约是150万片/月,预测到2022年底,会提升至160万片/月左右,届时长鑫存储的12万片产能将获得全球市场份额的8%左右。


虽然跟全球150万片DRAM 硅晶圆月产量相比,长鑫存储的产能仍然较小,但对于还完全无法自制DRAM的中国大陆来说,却是一大突破。

而长鑫存储之所以能引发市场瞩目,其发展前景的利好因素可被归结为以下两点:1.国家产业环境及政策资金的支持 2. 高质量的人才团队。

1.产业环境方面,从全球DRAM芯片市场销售区域来看,中国是全球第二大DRAM消费市场,仅次于美国。有国内这个庞大的市场做后盾,长鑫存储的市场前景较好。

中国此前虽然没有DRAM产业,但DRAM大规模的代工经历让国内拥有不少晶圆制造资源,加上芯片国产替代浪潮的推动,两者可谓是为长鑫存储的发展提供了得天独厚的条件。

政策资金方面,2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》发布,接着国家集成电路产业发展投资基金成立,在政策与资金的双重加持下,我国半导体行业得到极大的推动和发展。

公开资料显示,长鑫存储于2016年由合肥市政府和兆易创新合作投资成立,项目总投资超过2000亿元。此外,国家半导体大基金也在这个投资阵营当中,三方的助阵,为长鑫存储的发展注入了强劲的动力。

2.人才团队方面,长鑫存储项目先是由前中芯国际CEO王宁国核心团队操刀,后在正式投产时改由朱一明掌舵 ,此举被认为是长鑫存储想利用朱一明的影响力来进行国际采购和合作。

据公开信息,朱一明曾先后在清华大学、纽约州立大学石溪分校获得物理学硕士学位和电子工程系硕士学位,拥有美国硅谷多年的存储器设计工作经验。朱一明作为原兆易创新的总经理,曾带领公司创造了中国芯片历史上的多个第一:成功研发了国内第一颗SPI NOR Flash产品、第一颗静态存储器及IP技术、推出了国内首款基于ARM Contex-M3内核的32通用MCU产品。

从朱一明的背景履历来看,他有望带领长鑫存储走向一个全新的发展高度。朱一明此前也曾公开表示,长鑫存储盈利前他不领一分钱工资、一分钱奖金,足见其破釜沉舟的信念。

目前,长鑫存储已经建立了一支拥有自主研发实力的国际化团队,公司员工总数超过2700人,核心技术人员超过500人,占比近20%,涵盖设计、产品工程、制程整合等多项核心工艺模块。此外,长鑫存储聘请了前英飞凌、奇梦达副总裁濮必得博士作为公司的技术顾问,形成了专业的知识产权人才团队和完善的知识产权管理体系。

在项目稳步推进的过程中,长鑫存储将公司愿景创建为“成为技术领先与商业成功的半导体存储公司”。从目前情况来看,这个发展愿景可以说并非高不可攀。

但与此同时,我们也要清晰的认识到,与国外技术相比,我国相关产业的整体水平仍然不够,短时间内想要扭转国际巨头主导的产业格局依然很难。

况且长鑫存储的良品率目前也并不高,产能尚未完全释放,若想要与国际对手平分秋色,仍需时间与技术的沉淀。(思维财经出品)■

半导体芯片长鑫存储

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