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任重而道远的中国存储“芯”崛起之路

导读: 尽管在2016年第一季度起存储器行业的产品价格出现了回升,但是行业整体还处二周期性底部的位置,市场主要厂商三星、海力士、美光等在资本开支产能扩张方面较为谨慎,这种行业周期性底部有转发趋势的情况下,国内逆周期投资有望推动国内厂商成为市场内崛起的新生力量。

  OFweek电子工程网讯 芯片国产化是中国政府在信息安全自主可控政策领域的实践领域之一,作为信息技术的基础产业,半导体集成电路持续得到国家政策的扶持。存储器作为集成电路产业的基础产品成熟度和产业的规模较为显著,而目前国内的企业在相关领域内的份额虽然较低,通过国家政府层面的投资有机会快速切入相关领域,也是芯片国产化之路迈出的可靠而重要的一步。

  尽管在2016年第一季度起存储器行业的产品价格出现了回升,但是行业整体还处二周期性底部的位置,市场主要厂商三星、海力士、美光等在资本开支产能扩张方面较为谨慎,这种行业周期性底部有转发趋势的情况下,国内逆周期投资有望推动国内厂商成为市场内崛起的新生力量。

  存储器是系统的核心基础部件

  存储器(Memory),顾名思义是在电子计算机系统中用于存放信息的器件。任何电子计算机系统在运行的过程中,包括输入的原始数据、程序本身、中间运行结果和最终运行结果都需要保存在存储器中。存储器是电子系统的基础核心部件之一,是系统正常运作的保障。

  存储器的发展几乎是伴随着电子计算机的发展历程而来的。在发展之初,采用汞线延迟线来进行信息的存储和读写,之后采用磁性材料,再到光学材料等存储器设备,尽管获得了较大的改善,但是仍然面临体积庞大、性能有限的挑战,对应用领域的拓展造成了不小的阻碍。

  得益于集成电路技术的发展与成熟,采用半导体集成电路方式制造的存储器IC芯片获得了广泛的采用。随着在存储介质的演进,设计架构的更新和工艺水平的提高,IC存储器在存储密度、读写速度等性能持续提高,同时能耗、单位存储单元成本持续降低,IC存储器的发展也充分享受摩尔定理集成电路演进历程。

  图1:存储器的収展历秳

  任重而道远的中国存储“芯”之路

  纵观整个发展历程我们看到,1967年科技巨头IBM提出DRAM规格以及之后的持续演进使其成为了目前包括PC、服务器、手机、车载等终端产品内存行业的主要技术。1984年舛冈富士雄博士提出了Flash Memory技术以及之后演进中Intel提出的NOR和东芝提出的NAND架构形成了目前外设存储器的主流。上述两项技术的提出对于现代的半导体集成电路存储器产业形成了深远的影响。

  半导体存储器芯片的核心分类:DRAM和Flash Memory

  从上述的研究我们可以看到,存储器经历了与电子计算机几乎一样长的发展历程,包括磁盘、光盘、IC工艺材料等不同产品已经形成了在不同应用领域中成熟有效的应用分工。存储器的分类方式很多,按照存储介质分类来说,通常可以分为半导体IC存储器、磁性存储器和光存储器等,在本报告中,我们聚焦在半导体IC存储器,关注存储器芯片行业。

  半导体存储器按照断电后数据信息是否能够保留可以分为两个大类,易失性存储器和非易失性存储器,前者在外部电源切断后,存储器内的数据也随之消失,代表产品是DRAM,而后者则能够保持所存储的内容,代表产品是FlashMemory。

  图2:半导体存储器的分类

  任重而道远的中国存储“芯”之路

  DRAM作为易失性存储器产品的代表,主要用于各类PC、服务器、工作站的内部存储单元,凭借其在存取速度和存取容量方面的折衷性能,实现在核心处理器和外部存储器之间形成缓存空间。随着移动终端的迅速发展,DRAM在智能手机中的应用规模也在持续加大。

  Flash Memory作为非易失性存储器的代表,主要应用于存储卡、U盘、SSD固态硬盘、移动终端的内部嵌入式存储器等,其可快速读写不丢失以及可集成的特性,使得其在移动终端及便携式移动存储器产品中有着广泛的应用场景。

  未来存储器芯片的方向:相变存储器(PCM)

  传统的半导体集成电路存储器无论是DRAM还是Flash,其基本原理均是通过对于电荷的多寡形成的电势高低来进行“0”和“1”的判断,进而实现信息的存储。产业对于存储器结构和原理的研究始终没有停歇,近期,各研究机构及资本市场热点关注相变化存储器(PhaseChange Memory,简称PCM)。

  该存储器非易失真原理与Flash的浮动栅锁住电荷原理不同,是通过施加特定电流使硫族化物玻璃(目前多数为GeSbTe合金)在晶态和非晶态两相之间改变,由于晶态和非晶态的电阻特性不同,电路通过读取不同电阻值来获取存储的数据。

  如图所示,施加强电流并快速淬火,使硫系化合物温度升高到熔化温度以上,经快速冷却,可以使多晶的长程有序遭到破坏,实现晶体向非晶体的转换,通常用时不到100ns;施加中等强度的电流,硫系化合物的温度升高到结晶温度以上、熔化温度以下,并保持一定的时间,实现晶体向非晶体的转换。

  中国存储器产业:任重而道远的崛起之路

  尽管中国集成电路产业经过了20多年的发展已经逐渐在全球市场中形成了竞争力,但是中国大陆厂商在全球的市场占有率仍然有限,尤其是在存储器行业中国内企业在参与度很低。从中国政府对于信息安全进而带来的芯片国产化进程中,存储器行业集成电路的基础器件之一,受到了国家的高度重视,各地多笔大规模的投资显示国家希望在存储器行业拓展竞争力的态度。

  中国集成电路产业的发展起始于上世纪90年代初,经过了20多年的发展,已经初步形成了完善的产业链体系,部分子行业内拥有了全球的竞争力,根据统计数据显示,2015年全年中国集成电路行业的市场规模为11,024亿元人民币,达到全球市场的62%。同时我们也需要注意到,中国大陆的半导体企业产值在全球市场的占比仍然较低,国产化程度仍然有待提高。

  从存储器行业看,2015年中国集成电路存储器市场规模超过2,800亿元人民币、占中国半导体销售收入的25%以上,占全球存储器市场59%。

责任编辑:Trista
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