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国家存储器基地项目的战略意义

2017/1/5    来源:e-works    作者:e-works  熊东旭      
关键字:国家存储器基地  武汉新芯  3D NAND  
国家存储器基地项目的落地无疑是中国半导体产业发展的重要里程碑,对推动中国集成电路产业的自主化发展,以及支撑新一轮的工业转型有着重要的战略意义。
  近日,国家存储器基地项目在武汉东湖高新区正式开建的消息引起了业界的广泛关注。这个耗资240亿美元投资新建的国家存储器基地将建设3座全球单座洁净面积最大的3D NAND Flash晶圆厂房,以及一座总部研发大楼和其他若干配套建筑,主要生产12寸晶圆。项目一期计划2018年建成投产,2020年整个项目完工,届时总产能将达到30万片/月,预计年产值将超过100亿美元。国家存储器基地项目的落地无疑是中国半导体产业发展的重要里程碑,对推动中国集成电路产业的自主化发展,以及支撑新一轮工业转型有着重要的战略意义。
 
  上篇:斯诺登开启信息安全危机的潘多拉魔盒
 
  自上世纪90年代开始,随着互联网在全球的发展,计算机也随之走入到寻常百姓家,支撑起企业的管理和生产,应用到国家的重要行业和部门。但长久以来,从操作系统到半导体芯片,从数据库到重要的应用软件,这些与计算机相关的核心产业都掌控在以美国为主导的发达国家手中。即便中国有了华为、联想这些大型跨国IT企业,但仍然难以涉足与操作系统、数据库以及半导体芯片相关的计算机核心产业。在斯诺登事件爆发以前,有机构及团体已经意识到计算机核心产业的缺失将导致一系列工业安全问题,但很少有人将这个问题直接提升到国家安全层面。
 
  2013年随着斯诺登事件的爆发,许多国家开始认真的对待这个问题。需要认清的一点是,当前的技术手段很难实现对芯片级的安全漏洞进行扫描和检测,这可能导致任何一个国家的工业机密随时都处于领先的半导体芯片供应商甚至美国政府的监控之下。2013年,在斯诺登事件之后,国家认识到问题严重性并随即启动了去IOE化行动,试图通过推动政府机构和重要的国有企业采购国产软硬件及数据库来替代国外的同类产品,但始终没能真正的推动起来。一个很重要的原因是,在诸如金融、军工这样的大型企业中,企业最关心的不是成本投入,而是性能和可靠性能否支撑起业务的稳定运行,国内的同类产品很难满足大型企业的应用需求,这使得国外产品变得无可替代。与此同时,国家正在稳步推进的工业化转型使得企业对高可靠性的软硬件的需求变得十分强烈,而国产系统仍然很难满足企业在转型过程中的应用需求。有鉴于此,为避免在新一轮工业转型中再次陷入被动局面,发展独立自主的计算机核心软硬件产业已变得十分紧迫。
 
  正是在这一战略需求驱动下,2014年6月国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要(2015-2025)》,制订了今后10年发展集成电路产业战略部署,决定首个主攻对象为存储芯片,并于同年9月设立“国家集成电路产业投资基金”,而作为主力生产企业的武汉新芯受到了政策的青睐和扶持。
 
  我认为,此次国家以存储芯片作为主攻对象是一个非常明智的决策,其原因主要有三:
 
  首先,在计算机体系架构中,计算和存储是整个系统的核心。通常,用户购买一台PC或移动设备,首先查看的就是处理器、内存和硬盘三大硬件配置,因为这三大硬件配置决定了系统的整体性能。而在三大硬件中,内存和硬盘都属于存储产品。
 
  其次,随着智能移动终端的普及,存储芯片技术正在朝着体积更小、速度更高、能耗更低的方向发展。除此之外,随着智能制造的深入发展,工业企业对嵌入式系统的需求日趋强烈,而这必将推动闪存芯片的发展。从产业的角度来说,国家大力扶持以3D NAND Flash为主的存储芯片发展能很好的满足未来很长一段时间内的市场需求。
 
  第三,与处理器这类复杂的芯片产品相比,存储芯片的研发和生产相对简单,不需要考虑已经被Intel或IBM这些芯片厂商垄断的指令集架构,而且在设计、研发和生产上都比较容易实现。从相对简单的入手,不但能让中国企业集聚半导体芯片产业的研发实力和发展经验,还能为今后更广阔的半导体产业布局奠定基础。
 
  中篇:3D NAND FLASH技术及市场前景分析
 
  存储器是半导体三大支柱产业之一。据IC Insights统计数据显示,2015 年半导体存储器市场总额达835亿美元。其中NAND Flash 是一个亮点,2015年NAND Flash的市场营收达到267亿美元,占半导体存储器市场总额的32%。
 
  在存储器芯片领域,主要分为两类:易失性和非易失性。

   易失性:断电以后,存储器内的信息就流失了,例如DRAM,电脑中的内存条。

   非易失性:断电以后,存储器内的信息仍然存在,主要是闪存(NAND FLASH 和NOR FLASH),NOR 主要应用于代码存储介质中,而NAND 则用于数据存储。
 
  大家所熟悉的U盘和SD卡等,这些存储器使用的芯片就是NOR Flash,而NAND Flash可以理解为NOR Flash的升级版,与NOR Flash比,NAND Flash虽然价格高,但数据的存取速度更快,而现在我们所使用的智能手机内存一般都是NAND Flash,也叫有 2D NAND Flash或者直接叫NAND Flash,而 3D 闪存,顾名思义,就是它是立体堆叠的NAND Flash。
 
  3D NAND Flash与现有的 2D NAND Flash截然不同,2D NAND Flash是平面结构,而 3D NAND Flash是立体结构,主要分为VC垂直通道和VG垂直栅极两种结构。就目前来说,2D NAND Flash工艺已经逼近物理极限,单位面积存储容量难以继续提高,如果继续通过更小的制程来开发,将降低产品的可靠性。因此,从2D NAND向3D NAND转型是业界趋势。
 
  近年来,为了适应小体积、大容量等市场需求, NAND FLASH 制造技术由2D向3D 发展。3D NAND FLASH通过增加立体硅层的办法,既提高单位面积存储密度,又改善存储单元性能,而且更为节能。目前,已经量产的3D NAND的堆栈层数大多32到48 层,而以三星为主的厂商真在研发64层甚至更高层数的堆栈技术。2016年开始,能明显的感受到3D NAND FLASH 正在逐步替代NAND FLASH。
 
  2016年,包括三星、英特尔、东芝、闪迪、海力士、美光等在内的半导体企业都加大了对存储器产业的全球布局。在中国,三星投资50亿美元在西安建厂,扩大3D NAND的产量。英特尔投入55亿美元改造位于大连的晶圆工厂,将原先逻辑芯片12 寸厂 65nm生产线改建为月产能3万片的3D NAND Flash工厂。在国外,三星将位于韩国华城Fab16的16nm 2D NAND改造成20nm 48层3D NAND 产线。东芝和闪迪在日本三重县四日市兴建NAND Flash新工厂,计划在2017年把3D NAND Flash产能提高至现在2倍。此外,海力士、台积电、美光等半导体企业都在扩大3D NAND Flash产能。
 
  个人观察,在企业级市场,随着企业业务数据的快速增长,企业有部署速度更快、体积更小、能耗更低的存储产品的需求;在消费级市场,随着终端的移动化发展,用户有着使用速度更快、空间更大的3D NAND Flash的需求。因此,无论是在企业级市场还是消费级市场,3D NAND Flash都有着巨大的发展空间。
 
  下篇:国家存储器基地项目的战略意义
 
  随着工业的转型方向朝着网络化、自动化和智能化方向发展,中国要成为真正的制造业强国,不仅需要成功实现工业的智能化转型,让企业的管理和生产变得更加高效和智能,更要通过新一轮的工业转型发展一批独立自主且拥有核心知识产权的IT科技企业。只有如此,中国才能在工业转型过程中摆脱对国外产品的依赖,将工业安全甚至国家安全完全掌控在自己的手中。因此,国家存储器基地项目的建设的战略意义在于:
 
  首先,使得中国企业能摆脱对国外存储产品的依赖成为可能。因为随着智能制造战略持续而深入的推进,数据正在逐渐成为企业的核心资产,而企业的一切数据都存放在存储系统之中。对普通的用户而言,PC、手机以及一切智能化的电子产品的所有数据都存储在存储芯片上。国家政府机构的安全部门数据也存储在机房的存储系统之中。倘若存储器产业完全被国外的产品占领,很可能让工业企业信息甚至国家面临安全问题的威胁。
 
  其次,在美国制造业回流政策的驱动下,以及国内人工及资源成本的逐渐走高,国外制造业迁出中国的意愿正在变得日益强烈。以廉价的人力和资源成本驱动的传统制造业已经难以为继,中国制造业需要在新一轮工业转型中寻求产业的变革,由附加值底、代工为主以及粗放型生产向着高附加值、自主创新为主以及精益生产的方向发展。国家存储器基地项目的建设不但能填补中国在高端存储器领域的市场空白并带动配套产业的发展,还能通过研发创新积累半导体产业的发展经验,为今后向更复杂的芯片产业拓展打下基础。
 
  第三,中国制造业经过了30年的发展,尽管在创新能力上仍然比不上发达国家,但通过代工已经积累了丰富的经验。国家存储器基地项目的成功开建,说明中国在整合产业布局方面具备很大优势,这在于中国已经有着非常完善的工业体系和强大的资金实力做支撑。如果存储器基地项目能在2018年实现成功运作,就意味着未来中国能在国家政策的推动下整合并发展更多的高端制造业。
责任编辑:熊东旭
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