新芯的出现,对于国内半导体行业,对于国内的DRAM产业来说,意味着什么?我们从NAND FLASH和DRAM的全球市场现状和存储的中国布局入手,一窥当中的玄机。
存储产业的全球现状
开始谈这个之前,我们先厘清一下NAND FLASH和DRAM的定义。
NAND FLASH
Nand Flash是Flash的一种技术规格,基本存储单元是页(Page),NAND Flash的页类似硬盘的磁区,硬盘的1个磁区也为512位元组,而每页的有效容量是512位元组的倍数。所谓的有效容量是指用于资料存储的部分,实际上还要加上16位元组的校验资讯,因此用(512+16)Byte表示。这类型产品被广泛应用在手机、电脑、物联网和各种需要存储数据的设备上。
目前的NAND Flash市场以SLC和MLC储存为主,SLC架构是0和1两个值,而MLC架构可以1次储存4个以上的值,因此,MLC架构可以有比较好的储存密度,且可利用老旧的生产程备来提高产品的容量,拥有成本与良率的优势,与SLC相比较,MLC生产成本较低,容量大,但寿命较短、存取速度较慢及高能耗等缺点。
另外还有一个TLC,即为1个内存储存单元可存放3位元。TLC速度慢,寿命短,但成本低,价格也较便宜。TLC于2009年开发出来,到2010年第1季东芝和新帝开始销售,到2010年3月三星也开始销售,制程技术还在持续改进中。TLC成本比较低,但读写次数为三者最少,寿命最短。
根据TrendForce 旗下记闪存事业部 DRAMeXchange 最新调查显示,2015年NAND Flash整体产业规模提升至266亿美元,年成长9%。预计2016年NAND Flash市场供应量将增长35%达1100亿GB当量,这也将加速NAND Flash价格快速下滑,再加上全球经济景气不明等影响,NAND Flash市场销售额恐不乐观。
单单中国市场,根据DRAMeXchange预估,2015年中国内需市场在NAND的总消化量换算产值高达66.7亿美元,占全球产值的29.1%。当中大部分是来自国外的供应商。
目前市场上的主要NAND供应商分别是三星、东芝、闪迪、美光、海力士、英特尔,国内厂商在这块庞大的市场上基本上是一片空白。
NAND Flash市场分析
而NAND Flash的制造工艺也从2D向3D演进。
NAND工艺演进
与2D工艺相比,3D技术具有更高的速度,更低的功耗、更长的使用寿命和更大的容量,但三星32层TLC 3D NAND成本仅介于2D 19nm TLC与16nm TLC之间,缺乏竞争力。2016年3D技术进入48层256Gb TLC NAND,再加上Flash原厂3D NAND投产竞争下,3D技术将越来越有成本优势,预计2016年底3D NAND市场占有率将达20%,2018年将提高到45%,逐渐成为NAND Flash主流。
DRAM
DRAM的基本架构,是运用两个电路元件(一个竟日管及一个电容器)构成一个记忆细胞,以记忆细胞内电容的带电荷状态储存一位元的资料。
DRAM架构中使用到电容器,而电容器会自动放电,所以必须另外设计一个电路经常性的检查电容器上的电压,并经常充电或放电以免资料遗失,这就是”记忆体更新”的动作,因DRAM 须不断做记忆体更新的动作,所以又称为”动态”随机存取。
目前DRAM主要运用市场在个人电脑,尚可应用在绘图卡,扫瞄器,印表机,传真机,影像压缩,解压缩卡等方面。
据StaTIsta的统计,全球DRAM的销售收入在2015年上半年达到234.5亿美元,比2014年同期增长12.9%。研究机构ReportsReports.com的报告也显示,2015年到2019年间,全球DRAM市场的年复合增长率预计将达到13%。另一方面, 集邦科技指出,DRAM销售额仅下降了1.2%,并且移动DRAM的份额从33.7%增长到了40%。
根据TrendForce资料指出,2015年中国大陆DRAM采购规模估计为120亿美元、NAND Flash采购规模为66.7亿美元。这各占全球DRAM和NAND供货量的21.6%和29.1%。移动DRAM较2014年成长近2倍,市占率达 40%。而当中的大部分依靠进口。
和NAND Flash一样,DRAM基本上也就只剩下三家厂商——Samsung、Hynix、Micron。理论上已经达到经济学上所说的寡占市场。DRAMeXchange研究协理吴雅婷表示,DRAM属寡占市场型态,各供货商在产能的扩张上皆有所节制,相较仍处于完全竞争市场型态的NAND Flash健康许多。2016年的位元产出主要是来自于SK海力士与美光半导体20/21纳米的转进,晶圆产能上,除三星的Line17可能再微幅上升、SK海力士的新厂M14会陆续启用之外,2016年DRAM总投片量与2015年呈现持平。
新芯出击:中国的机遇与挑战
众所周知,DRAM 与NAND Flash 已经成为存储芯片产业的主要构成部分。根据IDC 的统计数据克制,2013 年存储芯片市场规模接近 690 亿美元,而DRAM 和NAND Flash就占据了约 600 亿美元,占比超过 85%。
国内内存市场的成长预期
根据 IHS 的统计,2015 年第三季度三星 DRAM 全球市场占有率达到 45.2%,SK海力士占有率为 27.3%,第三大厂商美光占有率为 20.4%,前三大龙头合计市占率达到了 93%。在Nand Flash 市场上,2014 年三星市占率为 36.5%,东芝为 31.8%,海力士为 18.9%,美光为 12.8%,前四家厂商几乎垄断整个市场。
受益于全球电子产业链过去几年快速向国内转移, 全球 Memory 产品需求也快速向国内转移。2014 年国内 Memory 产品市场规模已经超过了 200 亿美元,并且未来几年仍将保持高速增长,2018 年更是有望达到 430 亿美元。国内 Memory 市场规模快速增长,2018 年有望达到约 430 亿美元。
对于 Memory 产业,无论是武汉新芯投资 240 亿美金,或者是此前同方国芯投资 932 亿元建厂仅仅只是万里长征的第一步,发展国内 Memory 产业仍任重道远。武汉新芯的 240 亿美金和同方国芯的 932 亿元人民币,这一投资金额看上去非常巨大。但是与国际 Memory 巨头资本支出相比,也并未拉开显著差距。三星 2015 年一年规划的资本支出就达到了 151 亿美元。海力士与美光今年的资本支出规划也分别有 51 亿美元和 38 亿美元。
目前, 中芯国际 12 寸产能为 51,000 片/月, 华力微大约为 20,000 片/月, 武汉新芯约为 20,000片/月。这意味从国内最初开始建造 12 寸晶圆厂,到现在十多年时间里,国内总共形成了91,000 片/月的产能。考虑三星去年刚刚投产的 10 万片产能,目前国内 12 寸晶圆产能合计为 36.1 万片/月。
据华尔街日报,目前中国还没有真正意义上的记忆芯片生产能力。在推动经济从低端制造向更先进产业转型的过程中,半导体行业总体上已成为中国决策层扶持的一个主要目标。
中国政府成立了一只国家级基金,用以扶持半导体行业;此外,自斯诺登(Edward Snowden)曝光美国国家安全局(NaTIonal Security Agency)利用一些美国科技产品的后门监听外国政府后,中国也在推动科技方面的自给自足。网络安全专家称,记忆芯片并不是黑客的主要目标,但理论上也可能被入侵。
去年,中国国有企业紫光集团有限公司(Tsinghua Unigroup)试图投资多家美国芯片生产商,美国政府对这类举动相当警觉。到目前为止,这家迅速崛起的中国科技公司的这一尝试一直未获成功。
武汉新芯的工厂将生产闪存和动态随机存取存储器芯片(DRAM芯片)。武汉新芯发言人称,该厂资金主要来自中国国家半导体基金和湖北省政府。
总部位于加州 何塞的柏士半导体去年实现收入16亿美元。该公司一直以静态随机存取存储器芯片(SRAM芯片)而闻名。通过与Spansion合并,柏士半导体获得了智能手机和其他产品闪存技术的专业技术。Spansion原本是高级微设备公司(Advanced Micro Devices Inc., AMD, 又名:超威半导体)和富士通(Fujitsu Ltd.)成立的合资企业。
武汉新芯发言人称,240亿美元的投资将分三个阶段部署,第一家工厂专注NAND闪存生产,第二家工厂专注DRAM芯片生产,第三个阶段的设施将专为供应商服务。武汉新芯和Spansion去年在建立合作关系的联合声明中称,首批产品将于2017年上市销售。
柏士半导体发言人周四未立即置评。
总部位于台湾的集邦科技(TrendForce)旗下的存储行业研究机构DRAMeXchange研究主管杨文得(Sean Yang)表示,这是一个标志性的突破,是中国公司真正走上自主生产半导体之路的里程碑。
据政府网站介绍,武汉新芯2006年由湖北省政府和武汉市政府设立,作为一个重大战略投资项目的载体,资金投入额超过15亿美元,湖北省科技投资集团(Hubei Province Technology Investment Corp.)是其唯一所有人。该公司主要生产各种类型的NOR闪存,许多高管此前都在中国主要的芯片代工生产商中芯国际(Semiconductor Manufacturing InternaTIonal Corp. )任职。
虽然武汉新芯的最新项目得到了中央政府的支持,但许多分析人士对该公司的前景仍表示怀疑。这家芯片生产商的知名度较低,而且此前中国在打造具有竞争力的半导体行业方面所取得的成功有限。
武汉新芯的起步较韩国三星电子(Samsung Electronics Co. ,005930.SE)落后很多年,同时,由于投资成本高昂,加上规模经济的需要,存储芯片行业对于陪跑者来说是一种颇具惩罚性的业务。十多年来,台湾已向DRAM芯片生产投入数百亿美元,但未获成功,结果是许多公司被竞争对手收购。
Bernstein Research分析师纽曼(Mark Newman)称,他对武汉新芯的转型并不看好。他说,该公司在存储芯片方面的技术十分有限,较同行业的其他企业落后了数年。
一些海外公司已同意在中国建立先进的存储芯片厂,尽管这些投资或许并不能满足中国政府希望开发自有技术的愿望。去年4月份,三星电子位于中国西安的存储芯片工厂投入生产,英特尔公司(Intel Co. ,INTC)则于去年10月份表示,将为现有的大连工厂引入新的芯片制造机器。
中国对存储芯片的兴趣随着去年紫光集团加大投资力度而变得明朗化。这家拥有政府背景的公司意图收购美国存储芯片制造商美光科技公司(Micron Technology Inc., MU),并投资西部数据股份有限公司(Western Digital CorporaTIon, WDC),当时西部数据正寻求收购闪存芯片制造商闪迪(SanDisk Co., SNDK)。这些交易最后均未达成,原因之一是担心美国政府反对。