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亚太加速器

中国大陆的存储器产业

  • 林育中

3D NAND的堆叠有如另闢蹊径的摩尔定律微缩,是可以用单一技术持续创造新经济价值的方向,而且这个方向还有好一段时光可走。长江存储

2018年大陆进口3,000余亿美金的半导体产品中,存储器约占两成,因此在进口替代的政策下,追求存储器产品的自给似乎成为理所当然。

存储器主要有DRAM和3D NAND两大块,先讲3D NAND。长江存储采用Xtacking的技术,基本上是将外围逻辑线路和存储器阵列分别在不同晶圆上以最适合制程分别制作,芯片之间以矽穿孔(TSV)连接,数个芯片以类似3D先进封装来组合。以先进制程来制作I/O以及周边逻辑取得的性能优势是否能弥补以TSV连系不同芯片的延迟还有待观察,但是我觉得发展3D NAND的战略方向大致是对的。

3D NAND的堆叠有如另闢蹊径的摩尔定律微缩,是可以用单一技术持续创造新经济价值的方向,而且这个方向还有好一段时光可走。前一阵子SK-Hynix的3D NAND技术路线图宣称要在2030年达到800层堆叠,而且这还不是止境。这可能是大陆在主要半导体产品领域最有会接近世界前沿的技术发展。另外Xtacking技术与现在异构集成的技术趋势若合符节,异构集成技术成为业界主流的发展还会对此产品带来技术发展和应用的好处。

所以我的看法是方向正确,只是执行的问题。执行的成效如何,明年128层的产品问世后即可分晓。即使初始的成效未如预期,也只是短期就可以修正的问题。

DRAM的问题比较复杂。目前有合肥长鑫、福建晋华和甫成立的紫光内存三家。晋华自美光事件后已暂时进入蛰伏的状态。长鑫前几日宣布要进入量产,预计是17nm的制程,也就是俗称1y的制程。

DRAM现在仍是半导体内最大产品项目,但是否仍为战略技术则颇有疑义。当初美国、日本、韩国、台湾争先投入此一领域是因为当时DRAM代表半导体的最先进技术,现在这地位老早已被逻辑制程所取代。

另外,存储器产品成为争端中「掐脖子」的利器机会大概不大。存储器产品最大制造国是韩国,基于地缘政治、市场、生产基地(西安、无锡)等因素,很难想象韩国会朝这方向去想。

但是最重要的理由是产业经济与技术考量。DRAM的技术世代,不管是1x、1y、1z或1α、1β、1γ都是在10几纳米打转,意思是説每个世代之间的成本和性能的优化十分有限,也许还值不回开发费用。另外,在1z或1α世代,EUV不得不进场,这是一笔不小的开支。

新兴存储器中的MRAM在性能方面事实上已超过DRAM的表现,由于面积也远比SRAM小,所以是7nm/5nm制程中L3 cache SRAM的替代品。与独立DRAM相较,目前的MRAM单位面积较大,虽然性能较佳,但是价格仍髙。解决方式是以新材质降低对驱动电流的需求,从而降低CMOS的面积;或者改成SOT MRAM,一样可以达到相同目的。SK-Hynix前一阵发布的2022年100亿美元投资计划,就是用于DRAM以及新兴存储器。对于我来説,SK-Hynix放在计画目的前头的DRAM怎么看都有点对新兴存储器欲盖弥彰的味道。有些迹象显示大厂在采取收割策略了!记得几年前李在熔说三星不能舍弃的技术是OLED和3D NAND?中间可没有DRAM。

在我看来,DRAM技术的战略重要性不髙:如果有新兴存储器取而代之,市场会被逐渐腐蚀,特别是高单价市场。如果制程进展太迟缓,就失去了高科技产业的本质,变成传统产业。传统产业的产品-譬如鞋子-市场当然还是有需求,可是这种物资尽可用李嘉图的比较利益法则自贸易取得,再自足的经济体也都还是可从贸易中创造比较利益。

如果DRAM没有被新兴存储器取代,而且制程可以持续演进—譬如用半浮闸(semi-floating gate)来取代现行1T1C架构,那么至少要集成目前显见分散的研发资源。前一阵子大陆有篇评论文章总结了台湾自90年代总共投资了DRAM逾500亿美元、最终未能取得预期成果的原因,説台湾DRAM产业失之于无意自主研发,这结论有点令人发噱。不是的!台湾的DRAM个别厂商是因为缺乏规模经济而无法独立硏发,不是企图心的问题。按照过去的经验法则,先进制程半导体厂商营业额至少要占世界15%以上市场才有机会从营业利益中产生下一代新技术的硏发经费。这经验不仅适用于DRAM,也适用于代工!

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教于中央大学,后转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾于 Taiwan Semicon 任咨询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。现在于台大物理系访问研究,主要研究领域为自旋电子学相关物质及机制的基础研究。