芯片世界觀︱幾張表格看這場(chǎng)3D NAND競(jìng)賽中，美光/三星/海力士/西部數(shù)據(jù)/XMC誰(shuí)將勝出

NAND 產(chǎn)品從 2D 到 3D 的過(guò)渡將在 2018 年達(dá)到均衡，3D NAND 也已經(jīng)成為存儲(chǔ)器廠商的下一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)。

當(dāng)下 NAND 市場(chǎng)的發(fā)展動(dòng)力來(lái)自于從 2D 到 3D 的轉(zhuǎn)換，3D 結(jié)構(gòu)的進(jìn)步、NAND 芯片供應(yīng)的短缺以及智能手機(jī)等終端產(chǎn)品中 NAND 使用量的增加都將進(jìn)一步推動(dòng) NAND 市場(chǎng)的增長(zhǎng)。

根據(jù) DRAM Exchange 的數(shù)據(jù)，2016 年第四季度，美光在 NAND Flash 市場(chǎng)占有 10.6%的市場(chǎng)份額。事實(shí)上，過(guò)去六年中，以營(yíng)收計(jì)算，所有 NAND 制造商的市場(chǎng)份額都大致保持了相對(duì)穩(wěn)定。

這個(gè)事實(shí)比較令人驚訝，因?yàn)槿请娮?2016 年大幅增加了資本支出，其資本支出達(dá)到了美光的兩倍。

按理說(shuō)，三星電子的資本支出達(dá)到美光的兩倍，其晶圓增長(zhǎng)速度應(yīng)該相應(yīng)更大，但是基于營(yíng)收的市場(chǎng)份額卻沒(méi)有變化。三星電子之所以沒(méi)有把資本支出轉(zhuǎn)化成市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)，主要原因就是美光當(dāng)前產(chǎn)品線技術(shù)相當(dāng)進(jìn)步，在位增長(zhǎng)上比較快。

實(shí)際上，美光在 3D NAND 技術(shù)上并不落后于三星：

“英特爾和美光合資成立的 IM 公司能夠把與三星電子 48 層存儲(chǔ)器相同的位數(shù)封裝到其 32 層芯片中。如果 IM 能夠履行承諾，如期交付傳聞中的 64 層芯片，并在 2017 年中實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，那么 IM 公司的產(chǎn)品將是市場(chǎng)上 64 層存儲(chǔ)器中位密度最高的產(chǎn)品。這點(diǎn)很重要，因?yàn)樵诋a(chǎn)量相等的條件下，具有位密度優(yōu)勢(shì)的供應(yīng)商有機(jī)會(huì)以更低的總體成本，在特定晶圓上產(chǎn)生更多的收入?！?/p>

未來(lái)的路線圖
我們來(lái)看看當(dāng)前的技術(shù)，以及從現(xiàn)在到 2020 年之間的技術(shù)演進(jìn)。根據(jù)下圖，三星電子（圖中的 SEC）于 2016 年中期宣布可量產(chǎn)的 64 層 NAND 產(chǎn)品，聲稱于 2016 年年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

西部數(shù)據(jù)和東芝半導(dǎo)體于 2017 年 2 月初在 ISSCC 會(huì)議上聯(lián)合宣布，已經(jīng)開(kāi)始首次生產(chǎn) 512Gb 容量的 64 層 3D NAND，但是東芝早在 2016 年 7 月底就宣稱正在試產(chǎn)其 64 層 NAND。

但是根據(jù) 2017 年 2 月 7 日 ExtremeTech 上的一篇文章，

“三星電子還是東芝 / 西部數(shù)據(jù)，誰(shuí)是推出 64 層 NAND 的第一家公司？這取決于根據(jù)新聞稿的發(fā)布時(shí)間確定還是根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品出貨時(shí)間確定。但是事實(shí)上，這兩家公司目前誰(shuí)都沒(méi)有開(kāi)始出貨 64 層 NAND?！?/p>

因此，擁有 XMC 的長(zhǎng)江存儲(chǔ)技術(shù)公司提供的這個(gè)路線圖，只是表示各家公司開(kāi)始某個(gè)存儲(chǔ)技術(shù)的時(shí)間，并不一定是指量產(chǎn)時(shí)間。

單單看這個(gè)圖表，好像三星和 SK 海力士都至少領(lǐng)先美光兩個(gè)季度。更雪上加霜的是，海力士剛剛在 2017 年 4 月中旬發(fā)布了一個(gè) 72 層 NAND 芯片。

然而，如上所述，美光科技的技術(shù)領(lǐng)先于所有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。據(jù) Memory?Guy 透露，如下表所示：

“從技術(shù)層面看，這三家公司都有效地使用了 64 層結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元格包含三個(gè)比特，不同的是，美光的位密度 Gb?/mm2高于另外兩家公司，這得益于美光在存儲(chǔ)陣列下制造芯片的 CMOS 邏輯電路，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手則是把邏輯電路和存儲(chǔ)陣列并列放置?！?/p>

下面，我們根據(jù)各個(gè)廠家未來(lái)的晶圓廠建設(shè)計(jì)劃和技術(shù)發(fā)布情況，看看各自的路線圖。

三星
根據(jù)上面的 NAND 路線圖，三星將在 2018 年遷移到 96 層 NAND?IC，僅僅領(lǐng)先美光一個(gè)季度。

2016 年 3 月，三星電子在中國(guó)西安和韓國(guó)華城擴(kuò)建了 3D?NAND 閃存芯片制造工廠。Pyeongtaek 工廠將于 2017 年 7 月開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，將成為第四代 64 層 3D?NAND 芯片的生產(chǎn)基地。三星計(jì)劃在 Pyeongtaek 工廠重點(diǎn)生產(chǎn) 3D?NAND。自 2017 年至 2019 年底，制造設(shè)備將從其它產(chǎn)線陸續(xù)抵達(dá) Pyeongtaek 工廠。

我預(yù)計(jì)三星電子的存儲(chǔ)器產(chǎn)能將從 2015 年的 318.44 億 Gb 和 2016 年的 539.9 億 Gb 增長(zhǎng)到 2017 年的 824.8 億 Gb-?增長(zhǎng)率達(dá) 53%。
SK 海力士

由于 18nm 產(chǎn)線的生產(chǎn)問(wèn)題，海力士的 72 層 3D?NAND 的發(fā)布從第二季度推遲到了第三季度。最初版本的 72 層 3D?TLC?NAND 芯片不會(huì)比 64 層版本增加容量，但是裸片尺寸減少了約 30％，從而使 SK 海力士能夠在單個(gè)晶片上生產(chǎn)更多芯片。

2016 年底，SK 海力士宣布計(jì)劃在清州新建一個(gè)晶圓廠，預(yù)計(jì) 2019 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。清州工廠的規(guī)模將與利川 M14 晶圓廠大致相同，體現(xiàn)了 SK 海力士在 3D?NAND 上激進(jìn)的資本配置策略。

該公司計(jì)劃到 2017 年底將其 3D?NAND 晶圓的月產(chǎn)能從目前的 2 萬(wàn)片增加到 7 萬(wàn)片，其中，4 萬(wàn)片晶片用于 48 層 NAND，2 萬(wàn)到 3 萬(wàn)片用于 36 層 NAND，1 萬(wàn)片用于 72 層 NAND。

我估計(jì)，SK 海力士的存儲(chǔ)器產(chǎn)能將從 2015 年的 107.1 億 8Gb 和 2016 年的 157.9 億 8Gb 進(jìn)一步增長(zhǎng)到 2017 年的 212.1 億 8Gb- 增長(zhǎng)率達(dá) 28%。

美光
美光 64 層產(chǎn)品的裸片尺寸為 59 平方毫米，每片晶圓的裸片產(chǎn)出數(shù)比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手多出 25％。該公司還正在開(kāi)發(fā) QLC，每個(gè)單元將具有四個(gè)比特位，位密度比 TLC 高出 33%。美光公司稱，生產(chǎn) QLC 的額外成本最小，這將使用于低端消費(fèi)品的 NAND 產(chǎn)品的單位成本下降 25％。本來(lái)，美光的 64 層 TLC?3D?NAND 就比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手具有 10-15％的位密度優(yōu)勢(shì)，這樣，最終的結(jié)果是，美光 QLC 產(chǎn)品的單位成本比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的 TLC 芯片降低了 35％。

XMC
如上圖“NAND 路線圖”，武漢新鑫半導(dǎo)體制造總公司應(yīng)該在 2018 年末開(kāi)始生產(chǎn) 32 層 NAND 產(chǎn)品，然后是 64 層產(chǎn)品。?XMC 的最大產(chǎn)能將達(dá)到每月 30 萬(wàn)片。

東芝 / 西部數(shù)據(jù)
東芝 / 西部數(shù)據(jù)還沒(méi)有開(kāi)始向 3D?NAND 轉(zhuǎn)型。此外，東芝半導(dǎo)體目前的財(cái)務(wù)困境也可能會(huì)拖延其向 3D?NAND 的過(guò)渡。東芝和西部數(shù)據(jù)在 2017 年初表示，其 512?Gb?64 層器件將于 2017 年下半年在日本橫濱市開(kāi)始大批量生產(chǎn)。

最近，東芝 NAND 內(nèi)存芯片業(yè)務(wù)的潛在買家已經(jīng)縮小至四家 --SK 海力士、西部數(shù)據(jù)、美國(guó)私募股權(quán)公司 Silver?Lake?Partners 和中國(guó)臺(tái)灣鴻海。東芝將于 2017 年 5 月進(jìn)行第二次招標(biāo)，并于 6 月底前選定投標(biāo)者。

要點(diǎn)
早在 2016 年 5 月，我就曾提到 NAND 供應(yīng)商將從即將到來(lái)的 NAND?IC 的短缺中獲益。

美光除了受益于 NAND 供應(yīng)短缺，其技術(shù)實(shí)力也功不可沒(méi)。由于使用 NAND 產(chǎn)品的設(shè)備數(shù)量將持續(xù)增長(zhǎng)，而且這些設(shè)備中的 NAND 容量也大幅增加，NAND 將繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)。下表說(shuō)明了這個(gè)概念。智能手機(jī) 2014 年的出貨量為 13.0 億部，2015 年增長(zhǎng)到 14.4 億，2016 年又小幅增長(zhǎng)到 14.7 億，但從 2014 年到 2016 年，NAND 的銷售量增長(zhǎng)了兩倍。

NAND 另一個(gè)增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力是從 2D 到 3D 的轉(zhuǎn)換。下表顯示了這種過(guò)渡的時(shí)間軸。3D?NAND 是存儲(chǔ)器廠商下一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)。3D?NAND 在 2018 年將占到公司收入的 50％以上，美光卓越的芯片設(shè)計(jì)和版圖布局能力將保證其收入的強(qiáng)勁增長(zhǎng)。
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