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赞!这篇把存储器缺货现象及原因分析的简直没治了

芯师爷  · 公众号  ·  · 2017-10-16 18:21

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不论从产能的增加,或产品的可靠性而言,2016年普及的1xnm几乎已经到极限了,即便制程还能继续微缩下去,产品的寿命表现也会劣化到无法被客户接受的程度,所以在这个时间点去升级制程已经相对不划算。


面对产能提高,但产品寿命缩短,或者重视产品寿命,但产能有限的两难问题,业界找出的解答,就是「多叠几层」。这次不用传统的平面制程设计,而是利用立体堆叠的方式,在同一片矽晶圆上用多道光罩,重复蚀刻、堆叠出立体结构的NAND芯片,叠越多层容量就越大,叠越多层,单位容量的成本就越低,而且制程本身从1xnm回归到3xnm,确保了绝缘层厚度足够,产品寿命在可接受范围内,如此,就连薄命的QLC也能有接近于TLC的寿命表现,制程虽退回两代,但是堆叠64层可带来将近三倍的容量成长,未来QLC又可带来相较于TLC达25%的容量成长,总产出容量仍可望大增(图4) 。


图4 2019年将会全部转为3D NAND

资料来源:Tom's Hardware


立体制程转换遇难低良率导致产能缺口扩大


理想很丰满,现实很骨感。立体堆叠的制造方式虽可倍数增加容量,但良率很难突破,几十层里面有个几层被污染,或蚀刻过程出错,可能大半片晶圆就报销了。


转换的过程虽极为痛苦,但对产能的增加有立竿见影之效,所以三星、东芝、海力士、美光这些一线厂商都一股脑的投入立体制程的3D NAND制造,包含大陆记忆体厂商,如紫光集团和武汉新芯合并成立的长江存储,目标也是指向基于立体制程的3D NAND制造(图5)。


图5各NAND大厂的3D制程布局

资料来源:TechInsight


3D NAND的制程越多层良率越低是避免不了的宿命,根据调研机构IHS的评估,目前主流的48到64层良率都不到过去平面NAND的一半,2016年32~48层的制程转换不顺,是导致2016下半年到2017上半年大缺货的根本原因。


因为良率不足,只能尽量将产能利用率填满,才有办法满足客户订单,原本记忆体厂商的产能利用率平均大概在八到九成左右,如今几乎都满载。而这也是导致2017年矽晶圆缺货涨价的原因之一。


3D军备竞赛起飞将带动报价下滑


立体堆叠制程和过去的制程微缩一样,都是做了就回不了头,而且很快就会迈入军备竞赛般,举例来说,三星64层第二季刚搞定,2018年初马上就要上96层,接下来128层也会跟着上阵,除三星外各家也都积极转换更多层的制程,哪家先搞定更多层的立体制程,谁就能抢先在市场上获取更好的产品利润,而从整个业界的资本支出来看,应用材料曾公布一个资料,2017年以NAND为主的快闪记忆体相关投资额将高达236亿美元,比2016年增加了24%,且占整个半导体业界2017年资本支出预估总额766亿美元近三成。


目前3D堆叠良率虽低,但产线转换的脚步还是不停,各家存储厂商不论是既有产线的调整,或者是新增加的产线,用来制造3D NAND的产线不断增加, 2D NAND产线的占比逐年降低(图6)。


图6 2D NAND与32层3D NAND的容量与成本比较

资料来源:Objective Analysis


根据DRAMeXchange的预估,2017下半年各记忆体大厂先后投入64层的3D NAND量产,只要能够维持一定的良率,产能就能大幅成长,2017年底3D NAND的容量产出占整体NAND的总产出容量将可达七成左右,将可有效改善NAND的供货状况。


因此,Gartner预估下半年NAND Flash报价就会开始上涨进入稳定持平的阶段,2017年底到2018年初相关的报价将有明显的修正。


供应商停产小容量产品造成NOR缺口


NOR Flash主要是用在各种PC板卡、智能家电、网路终端等产品中,近来也打进汽车产业与移动产品,汽车电子常见的娱乐中控台就大规模采用NOR来储存系统程序,如手机所使用的AMOLED面板也需要整合NOR进去作为颜色的记忆补偿之用。根据iSuppli统计,过去几年NOR的产值都稳定在20亿美元左右,2017年供给虽减少,但得益于报价的上涨,预估将持平。


以应用来看,过去NAND对NOR有一部份的取代作用,在一些低可靠性的电子产品NOR的需求有被排挤的现象,但是在高可靠性的产品,比如说汽车电子所需要的韧体、程序存储必须要放在可靠性很高的存储媒体当中,NAND若使用SLC,可靠性虽不错,但成本高,相较之下,NOR可在较低成本拥有更好的可靠性(图7 )。







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