2019战斗开始–奋力行军的中国存储器产业

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今天我们来聊聊存储器,存储器不仅是我国进口集成电路的大头,而且在全球半导体市场占有举足轻重的地位。

以2016年为例,全球半导体的销售额之和为3389.31亿美元,其中集成电路为2766.98亿美元,占82%(注意集成电路是半导体的一部分)。但看存储器的话,市场为780-800亿美元左右,占全球半导体市场的23%,是仅次于逻辑电路的第二大产品。资料来源:Wind

 

在存储器这个领域,韩国人是毫无疑问的全球霸主,

在DRAM领域(也即是手机里的1G,2G,4G….内存),韩国拥有压倒性优势,三星+海力士占了全球份额80%;

在NAND FLASH领域(也就是手机里的32G,64G,128G…..内存),三星+海力士也占了全球份额50%-60%

韩国的三星和海力士,也凭借着在存储器领域的出色表现,成功把韩国送进了世界半导体强国的行列。

以2016年全球半导体20强的营收为例,

前20强中美国公司营收总和遥遥领先1197亿美元,世界第一;

2016年韩国三星+海力士两家营业收入为587亿美元,仅次于美国位居世界第二;

世界第三是我国台湾,台积电+联发科+联电为423.89亿美元

世界第四是欧洲,有三家NXP+英飞凌+ST为243.5亿美元。整个欧洲还没有韩国的一半,是韩国的41.5%

世界第五是日本,索尼+瑞萨+东芝三家加起来是213.74亿美元,只有韩国的36.4%

是否有种出人意料的感觉,单从营收来看,韩国竟然是世界第二半导体强国,比欧洲和日本加起来还要多。

实际上,由于存储器在2017年的疯狂增长,韩国成为全球半导体领域增长最快的国家。根据ICinsight 2017年10月的预计,

2017年NAND闪存市场强势增长44%,DRAM市场更是逆天增长74%,两相加持之下,带动2017年IC市场将实现强劲增长22%。

也就是说,2017年存储器占世界半导体的份额不是23%了,而是30%。

这直接使得三星和海力士今年大赚特赚,

韩国芯片厂商SK海力士发布了第三季度财报。报告显示,SK海力士Q3净利润同比增长411%至30560亿韩元(约合27亿美元)。这个季度净利润是华为一年净利润的50%,比索尼和松下一年的净利润都多。如果海力士继续保持这样的季度净利润,也将成为惊人的百亿美元利润公司。 三星今年第三季度净利润更是高达98.7亿美元,增长145%,季度净利直逼苹果,成为世界最赚钱的两家公司,比全球所有银行,保险,石油公司都要赚钱。

那么三星的净利润和业绩为什么增长这么快呢?我们以2017年上半年为例,看看三星究竟是从哪里赚了钱,

上半年三星半导体收入293亿美元,增长49%,

OLED屏幕收入132亿美元,增长25%,

手机收入453亿美元,增长0.4%,家电收入187亿美元,下降0.1%。

再看营业利润率,半导体43.1%,手机21.5%,屏幕20.1%,家电仅为3.3%。

看营业利润的话,

2017年上半年三星半导体营业利润126.3亿美元,而手机是52亿美元,OLED屏幕为26.5亿美元,家电为6.2亿美元。

半导体已经是三星第一大利润来源,超过了三星电子其他三项主营业务手机+OLED屏幕+家电之和,三星今年的增长,主要就是靠存储器,其次是屏幕。

实际上,三星已经超过了英特尔,成为世界第一大半导体公司,2016年第一季度,三星半导体对英特尔的收入是93.4亿美元和131亿美元,到了2017年第二季度,已经变成了149亿美元对144亿美元。三星半导体超越了英特尔。

韩国的人口只占全球的0.7%,在半导体领域,不只是存储器,如果再算上三星的手机处理器的话,他们拿下了全球半导体市场的20%左右,超过了日本,欧洲和中国,可以说半导体产业是韩国人20多年前赌对了国运。

不过从另外一个角度来讲,如果当年韩国人半导体这条路走错了,那么今天韩国的人均GDP就不是2.7万美元了,而是更低,这也是小国家抗风险能力弱的结果。

存储器主要分为DRAM和FLASH,在2016年,市场容量DARM为大约414亿美元, NAND FLASH 大约为346亿美元,还有个市场份额比较小的Nor Flash市场,2016年市场空间大约33亿美元左右。

2017年,DRAM市场将达到720亿美元的规模,DRAM预计将成为2017年半导体行业最大的单一产品类别,超出NAND闪存市场(498亿美元)222亿美元

请注意,由于不同的机构数据不一样,因此我都用“左右”两个字,但是大概是这个区间。

我国目前只有在Nor Flash这个小市场有存在感,NOR Flash即代码型闪存芯片,主要用来存储代码及部分数据。广泛应用于PC主板、安防监控产品、智能家电产品、汽车等。

根据Trend force 2017年6月的数据,2016年全球市场份额,美国Cypress第一 25%, 台湾旺宏第二24%,美国美光第三18%,台湾华邦第四17%。在四强之外,就是我国的兆易创新了,市场份额7%, 这可以说是我们唯一一家自主的存储器厂商。

当然这个7%只是去年的平均值,实际上由于兆易创新增速很快,去年第四季度的份额已经超过7%了,而且今年以来Cypress和美光在中低端领域的不断退出,现在兆易创新的全球市场份额已经超过10%了。

兆易创新的技术水平如何呢,最高端NOR Flash产品多由美光、Cypress供应,供应容量为64Mb、128Mb,华邦、旺宏则以NOR Flash中端产品供应为主,多供应16Mb、32Mb、64Mb产品,而兆易创新提供的多为低端产品,32Mb或者16Mb以下居多。事实上,兆易创新已经可以提供从512Kb至512Mb的系列产品,涵盖了NORFlash的大部分容量类型,但是这和量产到达高良率还是有差距。

目前兆易创新的NOR Flash工艺现已由0.13μm升级至65nm实现量产,更先进的45nm 产品预计2019年才能实现量产,大家也看出来了,nor flash并不需要先进的制程,中芯国际完全就可以搞定。事实上,兆易创新主要就是让中芯国际提供代工制造服务,目前60%左右的产品都是在中芯国际生产的,另外还有些是在长江存储旗下的武汉新芯公司生产。

大家都知道,兆易创新今年也大幅度的赚钱了,在NOR Flash产品上,为维持产品高毛利、开拓更广阔的市场,赛普拉斯(Cypress)、美光科技、三星电子等全球闪存芯片巨头已将产品重点转入市场容量更大的NANDFlash和DRAM芯片领域,尤其美光释放信息希望出售NOR Flash业务。随着全球闪存芯片巨头逐步淡出NORFlash芯片市场,给兆易创新带来了非常大的机遇。

兆易创新是一家技术型公司,创始人朱一明是清华的硕士,硅谷海归,国家千人计划技术专家,他领导兆易创新开创了中国存储器产业的商业化。下图为朱一明

除了Nor Flash以外,兆易创新还做低容量尤其是SLC(single level cell)的NAND FLASH产品,SLC可以理解成一个存储单元只能存储一位数据,也就是0或者1,产品容量从1Gb至8Gb,这些小容量产品整体市场规模较小,并不能发挥国际主要大厂工艺节点先进的特长,适合兆易创新的发挥。换句话说就是别人看不上的小市场。

目前主要国际大厂三星,东芝,海力士等都是做MLC(Multilevel cell)和TLC(trinarylevel cell)比较多,分别是一个存储单元可以存放两位数据和三位数据,例如我们手机里面的32GB,64GB,128GB, 256GB等等,基本是MLC或者TLC。这样的好处是成本低,同样一个存储单元可以存放更多数据,体现就是更大的GB容量。

目前兆易创新NAND Flash实现38nm工艺技术产品成功量产,24nm产品研发验证进度稳步进行,加快产品量产并推出更大到32Gb的产品。这个和国际主流的差距是巨大的,三星早已进步到16nm。

除了随着制程工艺的不断推进,在平面上总会遭遇极限,由于闪存本身的物理特性,当工艺逐渐提高后,物理性能提升并非线性,绝缘层氧化物太薄容易磨损。

因此还要朝堆叠的方向发展,这样对制程工艺的要求反而没有那么高。

兆易创新也需要开发类似于三星的32层,64层堆栈3D NAND FLASH,才能满足高容量和先进制程的要求,不过短期内不要指望兆易创新能做出来,因为连2DNAND flash的24nm制程都还没有量产。国际大厂都是因为2D的制程逐渐做到了16nm,逐渐遭遇了极限,才转向3D寻求更高性能和容量。

另外兆易创新还做MCU产品,目前海外大厂瑞萨、NXP、TI、ST 等厂商占据主导地位,但公司在部分细分领域已经取得不错的进展,兆易创新的 MCU产品,主要应用是在物联网和车联网领域。

实际上,我们看去年兆易创新上市时候的资金筹集,Norflash研发和产品改造1.6亿元,NAND FLASH研发和产业化投入2亿元,MCU产品研发和产业化投入1.2亿元,另外3280万元建立研发中心。这家公司是典型的技术型公司。

2017年前三季度,兆易创新公司实现营业收入15.17亿元,同比增长44.69%;归属于上市公司股东的净利润3.39亿元,同比增长134.74%。

预计今年能够首次突破20亿人民币,但是仍然是一家只有3亿美元的小公司。

由于兆易创新良好的发展态势,也被合肥的自主化集成电路项目合肥长鑫看上了,

合肥长鑫是安徽合肥政府控股的国有公司,成立于2016年6月,没错这家公司到现在才成立了一年多一点。

2016年底投资494亿元人民币开始建设DRAM存储器基地(实际消息在2017年5月才正式公布),预计2018年底开始量产,两年时间量产,简直是大跃进。

2017年8月,合肥日报一篇名为《前七月全市开工317个“大新专”项目》文章是这么写的:“现在,在合肥经开区,合肥长鑫高端通用存储晶圆制造项目正在施工,该项目拟建成业界先辈工艺制程的12英寸存储器晶圆研发项目,计划2017年厂房建成,明年上半年完成设备安装和调试,预计下半年产品研发成功。”

其技术来源是哪里呢?合肥长鑫核心的经营合作伙伴是合肥睿力集成公司,这家公司的法人是王宁国,是大名鼎鼎的全球第一大半导体生产设备公司美国应用材料公司的前全球执行副总裁,应用材料公司还有一个中国人尹志尧,也曾经做到副总裁的位子,他后来回国创建了现在国内最好的半导体设备制造企业中微半导体。王宁国也是前中芯国际的CEO,在2011年的那场中芯国际控制权争夺战中,他离开了中芯。

所以合肥市政府是依靠王宁国的睿力集成公司来组建集成电路发展平台,大举挖角海力士,尔必达,华亚科等的员工组成研发队伍,华亚科前资深副总刘大维也成为了合肥长鑫的员工。

除了除了以王宁国主导开展公司经营和发展以外,合肥政府还找来了兆易创新作为合作伙伴,实际上在合肥长鑫刚刚成立的2016年,兆易创新在全国的高校,包括中国东南大学、南京理工大学、西安交通大学、武汉理工大学、四川成都的电子科技大学等展开一连串招募活动的时候,

在招募简章上就揭示了兆易创新与合肥的共建项目,要打造集设计、制造、加工于一体的芯片公司,项目共三期计划,第一期规划兴建一座 12 寸晶圆厂,落户合肥空港经济示范区,估计2017年 7 月动工,而目前团队逾 50 位员工,到 2017 年估计要达千人规模、2018 年上看 2 千人,这个项目实际上就是合肥长鑫DRAM项目。

经过一年多的筹备,兆易创新与合肥产投(合肥市产业投资控股(集团)有限公,唯一股东及实际控制人为合肥市人民政府国有资产监督管理委员会)于2017年10月26日签署了《关于存储器研发项目之合作协议》,约定双方合作开展工艺制程19nm 12英寸晶圆存储器(含DRAM等)研发项目,预算约为180亿元人民币。项目目标在2018年12月31日前研发成功,实现产品良率不低于10%。

请注意2018年12月31日离现在也就是一年多一点,如果顺利完成的话,那么合肥长鑫将成为中国第一家自主化大规模DRAM工厂,领先长江存储。虽然到时候良率只有10%,但是也将是突破性的进步

为什么是突破性的呢,因为将是世界第四家突破20nm以下DRAM生产技术的公司,如果按照目前规划的产能(月产12.5万片晶圆)来看,如果全部顺利实现,虽然到时候仍然比不上三星和海力士,但是可以和美光比较下,也在全球第四位。

我们现在的疑问是,兆易创新这么多年虽然一直在搞自主研发,但是只有NORFLASH, SLC NAND FLASH和MCU的量产经验,缺乏DRAM领域的量产技术,

另外王宁国虽然是产业大牛,但是他从多家厂家挖角技术人员过来,那么谁才是核心技术主导?这些我们不得而知,但是合肥长鑫以兆易创新+睿力集成的形式开展DRAM 试产技术攻关,我们拭目以待结果。

我是看好兆易创新这一类技术型公司的,中国已经有很多这样的案例,例如科大讯飞,百度,比亚迪,小米,寒武纪等等,创始人都是技术大牛。

人才才是公司发展的核心因素,兆易创新在过去这么多年发展并不容易,更多是受制于公司规模的影响,研发是要投钱的。2016年公司总收入才14.89亿元,可以想象能够投入研发的资金也就是一两亿元人民币的水平,即使是2016年公司上市,募集到的研发和产业化资金也才6亿人民币。

兆易创新在今年完成了对国家队的归顺,国家大基金在2017年8月投资了14.5亿收购了兆易创新11%的股权,成为第二大股东,仅次于创始人朱一明。

这次180亿的DRAM合作研发项目,按照1:4的比例,兆易创新自筹36亿人民币,合肥产投筹资144亿人民币,资金规模远远超过兆易创新历史上的所有大型项目,这是兆易创新成立以来的最大历史机遇。

前景怎么样,2018年底到2019年我们就能知道答案。

在存储器领域,除了已经有了多年自主化经验兆易创新以外,就是国家队长江存储公司了。

说长江存储,还得从武汉新芯说起。

武汉新芯是武汉的集成电路制造企业,成立于2006年,

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