存儲(chǔ)器是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要分支。

全球半導(dǎo)體協(xié)會(huì) SIA 數(shù)據(jù)顯示，存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè) 2019 年全球銷售額約 1200 億美元，約占全球半導(dǎo)體市場(chǎng)營(yíng)收 4121 億美元的 30%。

中國(guó)市場(chǎng)方面，根據(jù)魏少軍教授公布的數(shù)據(jù)顯示，2019 年半導(dǎo)體存儲(chǔ)器國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模為 415.8 億美元，占據(jù)近 35%的全球銷售額。然而，在龐大的市場(chǎng)規(guī)模下，依賴進(jìn)口仍然是國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)多來(lái)年的發(fā)展現(xiàn)狀。以 2019 年為例，我國(guó)存儲(chǔ)芯片進(jìn)口額為 947 億美元，占集成電路進(jìn)口額 3041 億美元的 31%。市場(chǎng)份額被三星、鎧俠（東芝）、西部數(shù)據(jù)、美光和 SK 海力士等巨頭幾乎瓜分殆盡。

行業(yè)動(dòng)態(tài)

國(guó)產(chǎn)突圍，迫在眉睫。

在現(xiàn)狀與困境之下，背負(fù)著打破國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展困局使命的國(guó)內(nèi)三大存儲(chǔ)企業(yè)（武漢長(zhǎng)江存儲(chǔ)、合肥長(zhǎng)鑫、福建晉華）相繼發(fā)力。其中，NAND Flash 作為存儲(chǔ)芯片的重要產(chǎn)品之一，是長(zhǎng)江存儲(chǔ)要重點(diǎn)攻克的領(lǐng)域所在。2019 年全球 NAND Flash 市場(chǎng)規(guī)模為 460 億美元，同比減少 27%。

2018-2019 年，由于市場(chǎng)低迷及產(chǎn)能過(guò)剩，存儲(chǔ)芯片價(jià)格持續(xù)走低，在經(jīng)歷了近兩年的價(jià)格下行周期后，2019 年底稍有回暖跡象。IC Insights 發(fā)布的《McClean 報(bào)告 2020》預(yù)測(cè)，2020 年成長(zhǎng)最快 IC 產(chǎn)品中，NAND Flash 排在第一，預(yù)計(jì)增幅達(dá) 19%。

圖源：IC Insights

長(zhǎng)江存儲(chǔ)：十年寒窗無(wú)人問(wèn)，一舉成名天下知

三大存儲(chǔ)在追趕業(yè)界領(lǐng)先水平的征程上或悲壯或順利的前行，挫折占了大半。縱然星光不問(wèn)趕路人，可時(shí)光終也不負(fù)有心人，長(zhǎng)江存儲(chǔ)迎來(lái)了新的里程碑。

4 月 13 日，長(zhǎng)江存儲(chǔ)宣布 128 層 QLC 3D NAND 閃存（X2-6070）研發(fā)成功，且已在群聯(lián)和聯(lián)蕓兩家控制器廠的 SSD 上通過(guò)驗(yàn)證。

據(jù)長(zhǎng)江存儲(chǔ)介紹，X2-6070 是業(yè)內(nèi)首款 128 層 QLC 規(guī)格的 3D NAND 閃存，也是我國(guó)首款 128 層 3D NAND 閃存芯片，擁有業(yè)內(nèi)已知型號(hào)產(chǎn)品中最高單位面積存儲(chǔ)密度（QLC，4 bit/cell），最高 I/O 傳輸速度（1.6G/s）和最高單顆 NAND 閃存芯片容量（1.33Tb），是上一代 64 層單顆芯片容量的 5.33 倍。X2-6070 將率先應(yīng)用于消費(fèi)級(jí) SSD，并逐步進(jìn)入企業(yè)級(jí)服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，以滿足未來(lái) 5G、AI 時(shí)代多元化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。此次同時(shí)發(fā)布的還有 128 層 512Gb TLC 規(guī)格閃存芯片（X2-9060），以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

長(zhǎng)江存儲(chǔ)預(yù)計(jì)，128 層產(chǎn)品今年底到明年上半年量產(chǎn)，維持明年單月 10 萬(wàn)片產(chǎn)能目標(biāo)不變。當(dāng)下，長(zhǎng)江存儲(chǔ)產(chǎn)能為 2 萬(wàn)片 / 月， 12 寸晶圓廠的 64 層芯片產(chǎn)能還是屬于爬升期，處于 64 層 eMMC、UFS、SSD 產(chǎn)品最后的研發(fā)階段。公司表示將盡早達(dá)成 64 層三維閃存產(chǎn)品月產(chǎn)能 10 萬(wàn)片，并按期（二期）建成 30 萬(wàn)片 / 月產(chǎn)能，提升國(guó)家存儲(chǔ)器基地的規(guī)模效應(yīng)。

此外，得益于 Xtacking 架構(gòu)對(duì) 3D NAND 控制電路和存儲(chǔ)單元的優(yōu)化，長(zhǎng)江存儲(chǔ)上一代 64 層 TLC 產(chǎn)品在存儲(chǔ)密度、I/O 性能及可靠性上廣受好評(píng)。在長(zhǎng)江存儲(chǔ) 128 層系列產(chǎn)品中，Xtacking 已全面升級(jí)至 2.0，進(jìn)一步釋放 3D NAND 閃存潛能。

長(zhǎng)江存儲(chǔ)填補(bǔ)了我國(guó)在 3D NAND 閃存芯片領(lǐng)域的空白，它是目前中國(guó)唯一能夠在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)的廠商。盡管起步晚于國(guó)際大廠，但長(zhǎng)江存儲(chǔ)發(fā)展迅速，技術(shù)水平已躋身全球第一梯隊(duì)。128 層的 3D NAND 是當(dāng)今國(guó)際閃存市場(chǎng)的主流技術(shù)，眾多韓國(guó)閃存大廠也剛量產(chǎn)不久。

下面，筆者就本次新品的兩個(gè)亮點(diǎn) QLC 和 Xtacking 架構(gòu)，進(jìn)行一些簡(jiǎn)要介紹。

QLC

NAND 閃存通常可以分為 SLC、MLC、TLC 和 QLC 四類，QLC 是繼 TLC（3 bit/cell）后 3D NAND 的第四代存儲(chǔ)方式，也是當(dāng)前最新一代的閃存技術(shù)。

從原理上看，QLC 的每個(gè)單元可儲(chǔ)存 4 個(gè)數(shù)據(jù)，那就意味著與前三種閃存相比，QLC 閃存可以在同等的 die 面積上，存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。擁有成本更低、容量更大、高密更高等特點(diǎn)，適合于讀取密集型應(yīng)用。

閃存和 SSD 領(lǐng)域知名市場(chǎng)研究公司 Forward Insights 創(chuàng)始人兼首席分析師 Gregory Wong 認(rèn)為：“QLC 降低了 NAND 閃存單位字節(jié)（Byte）的成本，更適合作為大容量存儲(chǔ)介質(zhì)。與傳統(tǒng) HDD 相比，QLC SSD 更具性能優(yōu)勢(shì)。在企業(yè)級(jí)領(lǐng)域， QLC SSD 將為服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心帶來(lái)更低的讀延遲，使其更適用于 AI 計(jì)算，機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)時(shí)分析和大數(shù)據(jù)中的讀取密集型應(yīng)用。在消費(fèi)類領(lǐng)域，QLC 將率先在大容量 U 盤，閃存卡和 SSD 中普及。因此，QLC SSD 未來(lái)市場(chǎng)增量將非?？捎^?！?/p>

Xtacking

2018 年 7 月，長(zhǎng)江存儲(chǔ)首次發(fā)布了突破性能的 3D NAND 構(gòu)架 Xtacking?。

根據(jù)長(zhǎng)江存儲(chǔ)的介紹，采用 Xtacking?可實(shí)現(xiàn)在兩片獨(dú)立的晶圓上分別加工外圍電路和存儲(chǔ)單元。這樣的邏輯電路加工工藝，可以讓 NAND 獲取所期望的高 I/O 接口速度和功能。當(dāng)兩片晶圓各自完工后，創(chuàng)新的 Xtacking?技術(shù)只需一個(gè)處理步驟就可通過(guò)數(shù)百萬(wàn)根金屬 VIA（垂直互聯(lián)通道）將二者鍵合接通電路。

傳統(tǒng) 3D NAND 架構(gòu)中，外圍電路約占芯片面積的 20~30%，降低了芯片的存儲(chǔ)密度。隨著 3D NAND 技術(shù)堆疊到 128 層甚至更高，外圍電路可能會(huì)占到芯片整體面積的 50%以上。Xtacking?技術(shù)將外圍電路置于存儲(chǔ)單元之上，從而實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng) 3D NAND 更高的存儲(chǔ)密度。

同時(shí)，Xtacking?技術(shù)充分利用存儲(chǔ)單元和外圍電路的獨(dú)立加工優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了并行、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間可縮短三個(gè)月，生產(chǎn)周期可縮短 20%，從而大幅縮短 3D NAND 產(chǎn)品的上市時(shí)間。

此外，這種模塊化的方式也為引入 NAND 外圍電路的創(chuàng)新功能以實(shí)現(xiàn) NAND 閃存的定制化提供了可能。

知乎作者“猛練自然強(qiáng)”將其優(yōu)勢(shì)總結(jié)為：

外圍電路置于存儲(chǔ)單元之上，不占實(shí)際芯片面積，提高存儲(chǔ)密度；

存儲(chǔ)單元，外圍電路分別在兩片 wafer 上加工，縮短生產(chǎn)工序和周期；

外圍電路單獨(dú)加工，與存儲(chǔ)單元可以互相獨(dú)立設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、消除二者之間的設(shè)計(jì)、工藝牽制，在實(shí)現(xiàn)更高性能的同時(shí)，降低設(shè)計(jì)和工藝方面的難度。

在長(zhǎng)江存儲(chǔ)首次發(fā)布的 128 層 QLC 3D NAND 上，使用的全新升級(jí)的 Xtacking2.0 架構(gòu)，X2-6070 在 1.2V Vccq 電壓下實(shí)現(xiàn)了 1.6Gbps/ s 的數(shù)據(jù)傳輸速率，I/O 讀寫性能更強(qiáng)。

憑借 1.6Gb/s 高速讀寫性能和 1.33Tb 高容量，長(zhǎng)江存儲(chǔ)通過(guò) X2-6070 再次向業(yè)界證明了 Xtacking 架構(gòu)的前瞻性和成熟度，為今后 3D NAND 行業(yè)發(fā)展探索出一條切實(shí)可行的路徑。

三星動(dòng)態(tài)

NAND FLASH 行業(yè)的各家公司都在用盡渾身解數(shù)，來(lái)爭(zhēng)奪這塊數(shù)百億美金的市場(chǎng)。行業(yè)老大三星也不敢怠慢，長(zhǎng)江存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)余溫未盡之際，三星便傳出新聲。

據(jù)韓國(guó)媒體《ETnews》報(bào)道，三星目前正在開(kāi)發(fā)具有 160 層堆棧的第 7 代 V-NAND 閃存，相關(guān)方面技術(shù)取得重大進(jìn)展。三星的第 7 代 V-NAND 閃存將采用“雙堆棧（double-stack）”技術(shù)來(lái)達(dá)到更多堆棧層，以此來(lái)擴(kuò)大容量和使用范圍。三星目前尚未公布 160 層的 3D 閃存的詳細(xì)技術(shù)信息。

2019 年，三星以 166.7 億美元的營(yíng)收，成為全球 3D NAND Flash 閃存市場(chǎng)龍頭，市占率達(dá)到 35.9%?？紤]到三星占據(jù)了 NAND 閃存行業(yè)超過(guò) 1/3 的市場(chǎng)份額，160 層堆棧閃存若由三星成功首發(fā)，其將繼續(xù)保持閃存技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，拉開(kāi)與對(duì)手的差距。

行業(yè)發(fā)展史

廝殺數(shù)十年的存儲(chǔ)器江湖，有人起來(lái)，有人倒下。

從最開(kāi)始美國(guó)的獨(dú)霸天下，到八十年代后日本存儲(chǔ)行業(yè)騰飛，再到韓國(guó)公司依靠政府支持與時(shí)代機(jī)遇的崛起，撲滅其它人。

2008 年金融危機(jī)，存儲(chǔ)價(jià)格雪崩。三星開(kāi)始“反周期”戰(zhàn)略，瘋狂擴(kuò)產(chǎn)下，德國(guó)奇夢(mèng)達(dá)宣布破產(chǎn)，2011 年日本爾必達(dá)低價(jià)賣身美光 。..

存儲(chǔ)行業(yè)重新洗牌，有人堅(jiān)持，有人離去。熬過(guò)低潮期的存儲(chǔ)大廠們，在 2015-2018 年新一輪的上行周期間賺的盆滿缽滿，甚至在 2017 年，三星營(yíng)收水平超過(guò)半導(dǎo)體霸主英特爾，終結(jié)了半導(dǎo)體霸主英特爾連續(xù) 27 年行業(yè)第一的記錄。

在如今 NAND 地盤上，三星、SK 海力士、美光、愷俠（原東芝存儲(chǔ)）、西部數(shù)據(jù)、英特爾群雄割據(jù)。根據(jù) DRAMe Xchange 數(shù)據(jù)，2019 年全球 NAND Flash 市場(chǎng)前五大廠商三星、鎧俠、西部數(shù)據(jù)、SK 海力士和美光的市場(chǎng)份額合計(jì)占比達(dá)到 89.90％。數(shù)十年來(lái)，存儲(chǔ)行業(yè)的廝殺像是一場(chǎng)輪回，十年河?xùn)|，十年河西。

現(xiàn)在輪到中國(guó)殺了進(jìn)來(lái)，在當(dāng)前的國(guó)際局勢(shì)下，長(zhǎng)江存儲(chǔ)和合肥長(zhǎng)鑫們，擔(dān)負(fù)起了振興國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)芯片的重任。預(yù)計(jì) 2021 年長(zhǎng)江存儲(chǔ)產(chǎn)能將占到 NAND Flash 整體市場(chǎng)的 8%

存儲(chǔ)巨頭進(jìn)展

從 2019 年開(kāi)始，業(yè)界幾大主要玩家都陸續(xù)跨進(jìn)了 100+層時(shí)代。

三星公司在 2019 年 6 月推出了第六代 V-NAND 100+層（128 層和 136 層各有說(shuō)法）TLC 3D NAND，8 月宣布基于該技術(shù)已批量生產(chǎn) 250GB SATA SSD，同年 11 月實(shí)現(xiàn)了第六代 512Gb TLC 3D NAND 的量產(chǎn)。

SK 海力士于 2019 年 6 月公開(kāi)發(fā)布 128 層 4D TLC NAND，11 月向主要客戶交付基于 128 層 1Tb TLC 4D NAND 的工程樣品，包括 1TB UFS 3.1、2TB 客戶端 cSSD、16TB 企業(yè)級(jí) eSSD。2020 下半年都將大規(guī)模量產(chǎn)出貨。近日，SK 海力士宣布推出基于首款 128 層 1Tb TLC 4D NAND 閃存的企業(yè)級(jí) SSD-- PE8111，是針對(duì)讀取密集型應(yīng)用設(shè)計(jì)的高容量存儲(chǔ)解決方案。這也是全球首款在商用方案中應(yīng)用 128 層堆疊 1Tb TLC 4D NAND 閃存顆粒。

鎧俠在 2020 年 1 月宣布和西部數(shù)據(jù)攜手研發(fā)出 3D BiCS FLASH 第 5 代產(chǎn)品，采用 112 層 3D NAND 技術(shù)。BiCS5 架構(gòu)主要基于 TLC 和 QLC 技術(shù)，計(jì)劃推出 112 層 1Tb（128GB）TLC 以及 1.33Tb QLC 產(chǎn)品，將在 2020 年下半年大規(guī)模生產(chǎn)。

美光早在 2019 年 10 月第一批第四代 3D NAND 芯片流片出樣。在 2020 財(cái)年 Q2 財(cái)報(bào)上進(jìn)一步透露，已在第一季度開(kāi)始批量生產(chǎn)第四代 128 層 3D NAND，將在第三季度開(kāi)始出貨。預(yù)計(jì) 2021 年 3D NAND 將全面進(jìn)入 100+層時(shí)代。

英特爾在過(guò)去十年中一直致力于該技術(shù)的研發(fā)。2018 年，英特爾 64 層 1024 Gb/ 裸片的 QLC 3D NAND 問(wèn)世。2019 年，英特爾升級(jí)到 96 層，進(jìn)一步提升了整體存儲(chǔ)密度。2020 年，基于數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)需求，英特爾將在大連廠推出 144 層 QLC 3D NAND。

長(zhǎng)江存儲(chǔ) 128 層 NAND 產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)間預(yù)計(jì)將在今年年底到 2021 年上半年之間，隨著產(chǎn)能和良率的逐步提升，預(yù)計(jì) 2021 年將實(shí)現(xiàn) 10 萬(wàn)片 / 月的產(chǎn)能。在量產(chǎn)時(shí)間上，長(zhǎng)江存儲(chǔ)已沒(méi)有明顯落后。

依照目前的情況，128 層 3D NAND 已經(jīng)開(kāi)始大量進(jìn)入企業(yè)存儲(chǔ)市場(chǎng)。如果不能把握住技術(shù)升級(jí)帶來(lái)的機(jī)會(huì)，就可能在新一輪市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中掉隊(duì)。

NAND Flash 行業(yè)動(dòng)態(tài)與趨勢(shì)

存儲(chǔ)芯片價(jià)格存在周期性變化特點(diǎn)，NAND Flash 作為存儲(chǔ)器的一種，價(jià)格自 2018 年初至 2019 年間處于降價(jià)周期。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年 NAND Flash 的價(jià)格平均跌幅達(dá) 46%，銷售重挫 27%，導(dǎo)致主要供應(yīng)商陷入虧損。

經(jīng)過(guò)接近兩年的降價(jià)，目前 NAND Flash 價(jià)格雖然仍相對(duì)處于低位，但從 2019 年末已逐漸開(kāi)始有回暖趨勢(shì)。此外，在疫情影響下，云端服務(wù)需求加速上升以及遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程教育，對(duì)筆記本電腦需求的急速上升，備貨需求逐漸涌現(xiàn)，連帶提升 NAND 存儲(chǔ)需求。

據(jù) Gartner 研究數(shù)據(jù)顯示，在多因素持續(xù)發(fā)酵的影響下，2020 年存儲(chǔ)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到 1247 億美元，呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。內(nèi)存方面，由于從 2019 年開(kāi)始持續(xù)短缺，以及晶圓廠的業(yè)務(wù)延遲和技術(shù)轉(zhuǎn)型，NAND 閃存價(jià)格將不斷提升，預(yù)計(jì) NAND 閃存收入將在 2020 年增長(zhǎng) 40%。

隨著 NAND Flash 價(jià)格周期波動(dòng)，主要的行業(yè)廠商針對(duì)需求變化調(diào)整產(chǎn)能。在上一輪降價(jià)周期中，各廠商紛紛暫緩了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。如今隨著下行周期的結(jié)束，各廠家又重啟投資計(jì)劃。

頭部廠商產(chǎn)線分布情況（與非網(wǎng)制圖）

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2020 年 NAND Flash 擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃中：

三星電子對(duì)其西安芯片工廠二期增加 80 億美元的投資，將用于投產(chǎn) 128 層或更高堆疊層數(shù)的 3D NAND 芯片，三星此次的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，預(yù)計(jì)在 NAND Flash 閃存增加每月 6.5 萬(wàn)片芯片產(chǎn)能，全部集中在中國(guó)西安廠。預(yù)計(jì)于 2021 年下半年竣工，建成后將二期產(chǎn)能將達(dá)到每月 13 萬(wàn)片；

鎧俠和西數(shù)在巖首縣北上市投資 70 億日元，計(jì)劃 2020 年上半年開(kāi)始生產(chǎn) 3D NAND；鎧俠計(jì)劃于 2020 年底在四日市工廠內(nèi)建設(shè) Fab7 工廠，用于投資最新的 3D NAND，計(jì)劃 2022 年投產(chǎn)。

可見(jiàn)，NAND Flash 市場(chǎng)經(jīng)過(guò)在下行周期時(shí)的調(diào)整，庫(kù)存正在逐漸恢復(fù)，自 2019 下半年開(kāi)始，數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器等領(lǐng)域?yàn)榱蓑?qū)動(dòng) 5G 網(wǎng)路的發(fā)展，再加上手機(jī)品牌廠 5G 旗艦機(jī)上市需求熱絡(luò)，導(dǎo)致 NAND 市場(chǎng)資源供應(yīng)緊張，導(dǎo)致原廠加緊了 2020 年 NAND Flash 擴(kuò)產(chǎn)的步伐。

但隨著后續(xù)疫情的結(jié)束，以及以智能手機(jī)為主的終端廠商出貨量的減少，又將會(huì)對(duì)需求端造成一定影響。同時(shí)由于行業(yè)頭部廠商競(jìng)爭(zhēng)仍較為激烈，技術(shù)與產(chǎn)能并無(wú)明顯優(yōu)劣，在各大廠商迅速擴(kuò)產(chǎn)的背景下，NAND Flash 價(jià)格的景氣周期可能較早結(jié)束，因此也要做好價(jià)格將重新進(jìn)入下行軌道的準(zhǔn)備。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)來(lái)講，面臨一場(chǎng)下行周期未必是一件壞事。在產(chǎn)業(yè)周期輪轉(zhuǎn)中，資本支出轉(zhuǎn)為保守，國(guó)外存儲(chǔ)大廠產(chǎn)能擴(kuò)充規(guī)劃較為謹(jǐn)慎，這也給了國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)廠商拉近差距的機(jī)會(huì)。

隨著長(zhǎng)江存儲(chǔ) 128 層 QLC 3D NAND 的發(fā)布，外界對(duì)于中國(guó)大陸企業(yè)在存儲(chǔ)技術(shù)上的質(zhì)疑之聲正在逐漸減少。

國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)芯片廠商要想迎頭趕上，埋頭苦研技術(shù)是不二法門。正如半導(dǎo)體專家莫大康曾說(shuō)，存儲(chǔ)芯片具有高度標(biāo)準(zhǔn)化的特性，且品種單一，較難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化，因此各廠商需要在工藝技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模上比拼競(jìng)爭(zhēng)力。

然而，技術(shù)之外，如何利用好產(chǎn)業(yè)周期波動(dòng)帶來(lái)的機(jī)遇，也是國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)廠商彎道超車的捷徑所在。

十年河?xùn)|，十年河西的存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)，國(guó)產(chǎn) NAND Flash 迎來(lái)了救贖的曙光。