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前日，TrendForce 集邦咨詢發(fā)布了2021年第三季度 NAND Flash 市場報告。第三季度得益于智能手機和服務器兩大應用的強勁需求，NAND閃存芯片出貨量增長近11%，平均銷售單價增長近4%，行業(yè)總營收達188.8億美元，環(huán)比增長15%。LRgesmc

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 2021年第三季度全球NAND Flash品牌廠商營收排行（單位：百萬美元），來源：TREND FORCELRgesmc

從營收來看，大部分廠商的營收較上一季度均有增加。從市場份額來看，前三大巨頭三星、鎧俠、SK海力士瓜分了約67%的市場份額，且較Q2的市場份額均有增加，頭部廠商開始蠶食后面廠商的市場份額。LRgesmc

NAND閃存是存儲器市場的第二大細分市場，占存儲器市場規(guī)模的比例高達42%。2020 年，全球半導體市場規(guī)模 4402 億美元，存儲器市場規(guī)模為 1172 億美元，NAND 閃存市場規(guī)模為 494 億美元。LRgesmc

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 來源：IC InsightsLRgesmc

NAND閃存的市場規(guī)模與市場地位，注定了它的“不平凡”，技術迭代、產(chǎn)品更新，備受關注。LRgesmc

大勢所趨：從2D到3D

自上世紀80年代NAND 閃存面世以來，NAND閃存技術至今發(fā)生了翻天覆地的變化。LRgesmc

之前，NAND閃存一直基于二維平面的NAND技術，也就是我們說的2D NAND閃存。2D 在平面上對晶體管尺寸進行微縮，從而獲得更高的存儲密度，但晶體管尺寸微縮遇到物理極限，現(xiàn)已面臨瓶頸，達到發(fā)展極限。為了在維持性能的情況下實現(xiàn)容量提升，3D NAND 成為發(fā)展主流。3D NAND 把解決思路從單純提高制程工藝轉變?yōu)槎询B多層，成功解決了平面 NAND 在增加容量的同時性能降低的問題，實現(xiàn)容量、速度、能效及可靠性等全方位提升。2019 年，3D NAND 的滲透率為 72.6%，已遠超 2D NAND，且未來仍將持續(xù)提高，預計 2025 年 3D NAND 將占閃存總市場的 97.5%。LRgesmc

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來源：International business strategiesLRgesmc

自從NAND 閃存進入3D時代，堆棧層數(shù)猶如摩天大樓一樣越來越高，從最初的24/32層一路堆到了現(xiàn)在的128層甚至176層。層數(shù)越高，NAND閃存可具有的容量就越大。增加層數(shù)以及提高產(chǎn)量也是衡量技術實力的標準。LRgesmc

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來源：YoleLRgesmc

2019 年 64/72 層 3D NAND 產(chǎn)出比重 64.9%，為全球產(chǎn)出的主要部分，92層 3D NAND產(chǎn)出比重占總體的 21.3%。根據(jù) DRAMeXchange 估計，隨著 110+層閃存芯片的推出，92/96 層會被快速取代，產(chǎn)出占有率在 2020 年略微提升后逐步下降，預計 2023 年市場總產(chǎn)出的72.5%會被 110+層3D NAND閃存占據(jù)。據(jù)知情人士透露，明年，手機和消費類固態(tài)硬盤將越來越多地采用176層3D NAND閃存。LRgesmc

各大廠商紛紛采取措施，為盡可能多的占領市場的進行擴產(chǎn)，同時正在往更多層數(shù)進行技術邁進。LRgesmc

三星：創(chuàng)新“V-NAND”架構，搶占200+層先機

作為NAND閃存的龍頭企業(yè)，三星與3D NAND閃存積緣已久，3D NAND 閃存之風，是從2013年的三星那里吹向世界的。2013年，三星設計了一種垂直堆疊單元的方法，它將單元集中在單個樓層（類似高層公寓）上，這也是全球首個3D單元結構“V-NAND”。三星當年推出的V-NAND通過3D堆疊技術可以實現(xiàn)最多24層die堆疊。此外，三星還宣布V-NAND閃存的寫入速度及可靠性都有2倍以上的提高。LRgesmc

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來源：三星LRgesmc

三星的V-NAND閃存的技術進步就是放棄了傳統(tǒng)的浮柵極MOSFET，改用自家的電荷擷取閃存（charge trap flash，簡稱CTF）設計。傳統(tǒng)的浮柵極由于絕緣導致相鄰單元格容易互相干擾，三星用絕緣的氮化硅薄膜充當電子的隔離層，將電子“關禁閉”而防止互相干擾，等需要讀取時再“解禁”。這種隔離方法最大的優(yōu)點是可以更大程度地降低存儲單元格間電荷干擾，從而大大提升芯片的寫入速度、增加芯片的P/E擦寫次數(shù)。使用CTF結構的V-NAND閃存被認為是一種非平面設計，絕緣體環(huán)繞溝道（channel），控制柵極又環(huán)繞著絕緣體層。這種3D結構設計提升了儲存電荷的的物理區(qū)域，提高了性能和可靠性。LRgesmc

3D V-NAND架構在NAND閃存歷史的驗證中不斷成熟，三星也通過技術的更迭和產(chǎn)線的擴增，來維護自己在NAND閃存市場的王者地位。LRgesmc

三星的技術研發(fā)動作從未拖泥帶水，去年，三星推出了領先的176層的第七代“V-NAND”。三星官方表示，與第六代 100 層 V-NAND 相比，第七代V-NAND單元體積減少35%，可在不增加模塊高度的情況下放置176 層，同時還可以降低功耗，提高 16% 的效率，176層NAND閃存已量產(chǎn)；前日，在三星技術論壇上，三星搶先業(yè)界公布了第八代V-NAND的細節(jié)，堆棧層數(shù)超過200層，容量可達1Tbit，512GB容量的厚度也只有0.8mm，可用于手機，預計到明年下半年可量產(chǎn)。LRgesmc

除了技術之外，三星的產(chǎn)能擴張也跟上了步伐。前日，據(jù)《電子時報》援引消息人士稱，三星電子也將在平澤第3工廠（P3）安裝新的3D NAND芯片生產(chǎn)線，以提高176層3D NAND芯片產(chǎn)量，屆時將擁有4萬-5萬片的月產(chǎn)能。LRgesmc

美光：首個量產(chǎn)176層3D NAND閃存，贏在起跑線

去年10月，美光宣布已量產(chǎn)全球首款176層3D NAND閃存。美光的176層3D NAND閃存是美光第五代3D NAND產(chǎn)品，通過應用專有的CuA（CMOS-under-array，CMOS陣列下）架構，結合采用替換柵極工藝和新單元結構的新陣列結構，實現(xiàn)了突破性的176層NAND創(chuàng)新。所有這些結合在一起，開創(chuàng)了具有高效CuA 3D架構的176層NAND。CuA技術在芯片的邏輯器件上構建了多層堆棧，將更多內存集成封裝在更緊湊的空間中，極大縮小了 176 層 NAND 的裸片尺寸，提升了單片晶圓的存儲容量。LRgesmc

與上一代的高容量3D NAND相比，美光176層3D NAND閃存的讀取延遲和寫入延遲改善超過35%，可大幅提高應用的性能。LRgesmc

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 來源：美光LRgesmc

美光搶先推出全球首個176層3D NAND，讓廠商之間的技術競爭越發(fā)激烈。LRgesmc

鎧俠：NAND技術與NIL技術雙管齊下

與三星類似，鎧俠與NAND 閃存的緣分可以追溯到上世紀80年代，鎧俠的前身東芝存儲研發(fā)出了NAND閃存。走過幾十年，鎧俠依舊站在NAND閃存的山頂上。LRgesmc

去年1月底，日本閃存芯片公司鎧俠(Kioxia)和西部數(shù)據(jù)聯(lián)合宣布，它們已經(jīng)開發(fā)出第六代162層3D閃存技術，比上一代這次162層相比之前的112層閃存提升了10%的密度。LRgesmc

除了不斷更新NAND 閃存技術外，鎧俠也從光刻技術入手，與佳能、DNP合作研發(fā)納米壓印微影(NIL) 制程技術。相較于目前已商用化的EUV光刻技術，鎧俠表示，NIL技術可大幅減少耗能，并降低設備成本。原因在于NIL技術的微影制程較為單純，耗電量可壓低至EUV 技術的10%，并讓設備投資降低至僅有EUV 設備的40%。對鎧俠來說，NAND 閃存因為采取3D 立體堆疊結構，更容易適應NIL技術制程。而鎧俠也表示，當前已解決NIL 的基本技術問題，正在進行量產(chǎn)技術的推進工作，希望能較其他競爭對手率先引入到NAND 生產(chǎn)當中。LRgesmc

除了一心搞好技術之外，鎧俠也通過新建工廠來提高產(chǎn)能。LRgesmc

今年5月份，鎧俠估計將投資高達約2兆日圓（約183.7億美元），加碼投資助力提高3D NAND生產(chǎn)。鎧俠計劃在日本巖手縣北上市新建K2工廠，計劃2023年開始營運。目前鎧俠已對鄰近K1東側及北側約15萬平方公尺的土地進行土地工程，除了投資K2廠房、設施，也含補充四日市工廠內設備的費用。此外，鎧俠在日本四日市也正在新建Fab7工廠，該工廠的建設分為兩個階段，第一階段的建設計劃于2022年春季完成。LRgesmc

長江存儲：實力與魄力并存

據(jù)民生證券2021年7月統(tǒng)計，中國是全球第二大NAND市場，占比約31%，但本土供應市占不足1%。LRgesmc

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 來源：民生證券研究院LRgesmc

但是，長江存儲作為國內領先的存儲廠商，不斷縮短和世界領先水平的距離，將有望引領國產(chǎn) NAND 產(chǎn)業(yè)崛起。LRgesmc

2017 年 10 月，長江存儲成功設計并制造了中國首款 3D NAND 閃存。LRgesmc

2019 年 9 月，公司使用 Xtacking®1.0 架構閃存技術，成功量產(chǎn) 64 層 TLC 3D NAND 閃存。不同于傳統(tǒng) 3D NAND 架構，Xtacking®技術屬于自主創(chuàng)新。在傳統(tǒng) NAND 架構中，I/O 及記憶單元操作的外圍電路和存儲單元在同一片晶圓上制造。在長江存儲 Xtacking®架構中，I/O 及記憶單元操作的外圍電路被生產(chǎn)在一片晶圓上，而存儲單元在另一片晶圓上被獨立加工，當兩片晶圓各自加工完成后，Xtacking®技術只需一個處理步驟即可通過數(shù)十億根金屬垂直互聯(lián)通道（VIA，Vertical Interconnect Access）將二者鍵合接通電路，并封裝到同一個芯片中。LRgesmc

之后，鑒于國際領先廠商已擁有100層以上的技術，因此長江存儲決定跳過業(yè)界常見的96層，直接研發(fā)128層3D NAND。2020年4月，長江存儲宣布成功研發(fā)128層3D NAND，128層3D NAND已在今年量產(chǎn)。LRgesmc

結語

1%的國產(chǎn)化率代表的不是國產(chǎn)NAND閃存的缺失，而是眾多國內廠商正在努力追趕的技術之路。這條路可以走得慢，慢可以匠心鉆研；但是也一定要努力走得快，快才能追趕得上日新月異的技術迭代。LRgesmc