整合奏响主旋律

整个行业排名前七的厂商是三星、Kioxia、西部数据、美光、SK Hynix、英特尔和长江存储。长期看,晶圆生产将不断增加,以满足比特需求。内存业务的差距正在缩小,NAND市场继续走向整合。

2016年5月,西部数据以约190亿美元收购SanDisk;2012年,还曾收购日立存储。

2019年6月,英飞凌90亿欧元收购Cypress,包括2018年Cypress与SK Hynix成立的专注于SLC(单层单元闪存)NAND的合资公司SkyHigh Memory。Cypress的存储解决方案涵盖NOR Flash、SRAM、NVRAM、eNVM等,在汽车领域市占率达65%,医疗领域、工业领域、通信领域也在50%以上。

2020年10月,SK Hynix收购英特尔在大连的NAND生产能力、相关IP和SSD业务,但3D XPoint并未包括。这项交易对双方都有利,在短期内不太可能对内存市场产生重大影响,因为这两家供应商此前服务于不同终端市场,英特尔专注企业和数据中心;SK Hynix是移动和消费。

2020年,贸易战导致供应链中断,兆易创新将NOR订单从中芯国际转移到HLMC。2021年初,因中芯国际产能满载,兆易创新又将部分存储芯片转单给华虹半导体。

2021年4月媒体报道,美光和西部数据都在探索收购2020年5月由东芝存储更名为Kioxia的潜在交易,后者估值可能达300亿美元。西部数据的意图是与三星争霸,改变闪存芯片全球格局。

事实上,整个行业的并购一直就没停过,2006年英特尔美光成立合资公司IMFT,2019年美光给英特尔12．5亿美元分手;美光还在2016年收购了Inotera Memory;2014年Cypress并购Spansion……

整来整去,形成了现在的格局:英特尔+SK Hynix,西部数据+ Kioxia+美光。

存储行业两大格局

这对市场意味着什么?这个整合场景很像DRAM的环境,形成势均力敌之势,所有NAND参与者都可以使用DRAM技术(长江存储除外),都将拥有足够的市场份额来进行长期竞争。

如果美光收购Kioxia将获得规模,并通过西部数据获得企业专有技术;而SK Hynix将通过英特尔在企业领域获得份额。两大阵营市场在抵御长江存储竞争中将处于有利地位。

随着长江存储进入,整合可能是实现更健康行业的最佳途径。按市场细分,三星是NAND内存固态硬盘领域无可争议的领头羊,其次是Kioxia和西部数据。移动和消费领域由Kioxia和西部数据主导,市场份额合计超过35%。

按市场细分,三星DRAM内存在数据中心和手机两大市场及图形和消费领域处于领先地位。SK Hynix和三星是PC DRAM的顶级厂商,而美光则是汽车DRAM市场的领导者。

今年3月,美光放弃3D XPoint活动并出售Lehi晶圆厂,使英特尔Optane持久性内存未来朦胧。3D XPoint是英特尔与美光共同研发的革命性存储技术,2006年各自出资12亿美元成立合资企业IMFT研发3D XPoint,2015年首次对外宣布合作成果。2017年3月,英特尔推出其Optane系列首款产品。2018年双方结束联合开发,美光以15亿美元买断了与英特尔的合资企业。就此,美光与英特尔从伙伴变对手,3D XPoint站在存续十字路口。

美光停止3D XPoint技术的开发主因是大规模商业化持续投资的需求不足。今年7月,美光宣布以15亿美元将其Lehi晶圆厂出售给德州仪器,却没有卖给英特尔。不过,美光仍打算保留其手上与3D XPoint相关的所有IP。

至此,包括美光在内的内存IDM将专注于CXL协议产品。作为“远内存(Far Memory)”(高容量DRAM和存储级内存)的未来互连协议,CXL正在取得进展。远内存的作用是为软件可见的地址空间(SPA))提供容量;近内存(Near Memory)只是充当中介,提供速度。

NAND和DRAM制造的复杂性正在增长,扩展NAND和DRAM是一项资本密集型业务,DRAM和NAND已成为晶圆设备(WFE)的重要组成部分,2018年,NAND的制造成本曾一度占到了整个WFE支出的40%以上,一般情况下,这个数字在20%-25%左右。现在3D NAND WFE市场正在演变,包括光刻、沉积和干法刻蚀。

3D NAND WFE市场演变

按工艺划分,3D NAND仍主导晶圆生产,一些平面容量仍可支持传统和专业领域应用。SSD单元组合方面,客户端SSD主导SSD单元出货量;PC趋于饱影响了晶圆企业收益。

晶圆产量预期

技术和市场挑战犹存

NAND市场发展也面临许多重要问题,例如,2020年末,美光和SK Hynix相继发布了176层3D NAND,但在层层堆叠过程中,沉积和蚀刻工艺将面临巨大的挑战。QLC产品将在多大程度上进入市场也是问题。虽然闪存芯片容量密度越来越高,成本越来越低,然而性能、寿命却越来越“渣”,厂商不得不依靠各种辅助技术来优化。尽管PLC(五层)闪存多年前就已研发出来,但各大厂商一直没敢真正推向市场,主要也是寿命问题。

DRAM产品的技术更新主要体现在工艺节点,2020年3月,三星成功交付基于EUV技术的10nm(D1x)DDR4 DRAM模块;2021年7月,SK Hynix量产第四代10nm(1a)级工艺的8Gb LPDDR4移动端DRAM产品;8月,美光确认已将EUV技术纳入DRAM技术蓝图,将由10nm中的1γ工艺节点开始导入。

为DRAM实施EUV面临的挑战是,局部临界尺寸均匀性(LCDU),因为这种变化会改变电气性能和蚀刻纵横比。EUV的一个主要问题就是工艺窗口窄,而大于40nm的电容器间距极限也是EUV图案化的极限。EUV还不足以解决DRAM的微缩问题,有可能需要在3至5年后引入一种新的DRAM架构,3D堆叠可能是一个选择。