本土部分存儲器及存儲控制器廠(chǎng)商的發(fā)展策略

作者 / 迎九 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：在“2018中國半導體市場(chǎng)年會(huì )暨IC 中國峰會(huì )”上，三家已量產(chǎn)芯片的本土存儲器或存儲控制器廠(chǎng)商介紹了相關(guān)市場(chǎng)技術(shù)趨勢及公司產(chǎn)品策略。這三家企業(yè)分別是：北京兆易創(chuàng )新、上海華瀾微電子、北京憶芯科技。

1 本土特殊存儲器的生態(tài)和發(fā)展探討

　　北京兆易創(chuàng )新科技有限公司戰略市場(chǎng)部總監蘇志強先生介紹道，半導體存儲器作為處理和存儲數據的載體，也是持續增長(cháng)的，由此在半導體產(chǎn)業(yè)中的比重也是持續增長(cháng)的。例如2001年，存儲器產(chǎn)值在半導體產(chǎn)業(yè)中的比重不到14%，2015年達到24%，2017年出現了大幅度增長(cháng)，產(chǎn)值創(chuàng )紀錄地達到了1260億美元，占比達到30.7%。根據現在各大產(chǎn)業(yè)分析機構的預測，2018年包括DRAM和Flash(閃存)主導的存儲器還會(huì )有持續的增長(cháng)。

1.1 半導體存儲器的分類(lèi)和特點(diǎn)

　　如圖1，半導體存儲器分為兩類(lèi)：易失性，即掉電后數據丟失，另一類(lèi)是非易失性，掉電后數據還存在。易失性主要是DRAM和SRAM;非易失性是Flash等，還有一些新型存儲器，諸如MRAM、RRAM、PCM、FeRAM等。

　　從產(chǎn)值看，存儲器產(chǎn)業(yè)是高度集中的，例如DRAM約占52%，Flash將近35%，二者占整個(gè)產(chǎn)業(yè)的90%左右。

　　特殊存儲器就是把占據最大的產(chǎn)品去除掉，除去像PC、移動(dòng)、服務(wù)器、硬盤(pán)存儲器等非常單一且海量的應用市場(chǎng)，除此之外的存儲器定義為特殊存儲器。包括NOR Flash、SLC/SPI NAND、Specialty DRAM，以及新型特殊存儲器RRAM、MRAM、FeRAM等，它們整體占存儲器市場(chǎng)的比例約10%，2017年的產(chǎn)值在規模100~120億美元。

　　主流和特殊有什么區別呢?主要有三點(diǎn)。

　　第一，特殊存儲器最大的特征是分散，每一類(lèi)技術(shù)和應用規模都不是很大，通常是在小于20億美元或者達到40億美元。

　　第二，商業(yè)模式比較靈活。另外，對于這樣分散的產(chǎn)品，對產(chǎn)品的周期性要求弱一點(diǎn)。

　　第三，風(fēng)險和投資規模都比較小。

　　因此，中國非常適合做特殊存儲器，因為避開(kāi)了國際存儲巨頭的正面沖突，對中國這樣的后發(fā)地區和企業(yè)風(fēng)險較小，市場(chǎng)和產(chǎn)品比較靈活，能夠發(fā)揮中小企業(yè)的優(yōu)勢。另外，相對于其他半導體市場(chǎng)，特殊存儲器的市場(chǎng)規模還是很可觀(guān)、值得去做的，因為總規模在100~120億美元。

1.2 特殊存儲器和主流存儲器的動(dòng)態(tài)變化

　　特殊存儲器和主流存儲器之間不是一成不變的，而是動(dòng)態(tài)變化的。例如，DRAM和NAND伴隨PC和智能手機的發(fā)展，成為主流的存儲器。NOR Flash是從主流存儲器轉到特殊存儲器，未來(lái)也許一些新型存儲器諸如MRAM、RRAM也可能成為主流存儲器。原來(lái)主流存儲器技術(shù)包括2D NAND越來(lái)越小，有可能會(huì )變?yōu)樘厥獯鎯ζ鳌?/p>

　　再例如，Intel和美光不久前發(fā)布了3D Xpoint，隨著(zhù)其技術(shù)成熟和性能優(yōu)勢，可能找到一些發(fā)揮特長(cháng)的大眾應用。因此3D Xpoint是有潛力擴大規模、上升成為主流存儲器的。

1.3 特殊存儲器的分類(lèi)

　　據2016年數據，特殊存儲器中規模相對較大的是Specialty DRAM、NOR、SIC NAND、EEPROM等，如圖3。具備的特點(diǎn)如下：

　　? 成長(cháng)性較快。特殊存儲器屬于存儲器大家族，伴隨著(zhù)整個(gè)存儲器行業(yè)的增長(cháng)會(huì )有一定的增長(cháng);另外，在處理技術(shù)發(fā)展的早期，規?？赡鼙容^小，但是隨著(zhù)技術(shù)的成熟和導入一些合適的應用場(chǎng)景，規模會(huì )增長(cháng)。

　　? 動(dòng)態(tài)發(fā)展。主流和特殊存儲器在不同的時(shí)期，以及在不同的技術(shù)和應用之間的結合上，會(huì )出現一些變化。

　　? 市場(chǎng)較為分散。無(wú)論從應用和技術(shù)上，都有很多種類(lèi)，整體占了行業(yè)產(chǎn)值的10%左右。

　　? 有活力，不僅僅是一家或者非常集中的兩三家去控制這個(gè)產(chǎn)業(yè)，而是由很多不同的公司，包括不同的技術(shù)公司和上下游公司，來(lái)共同參與和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1.4 中國的特殊存儲器市場(chǎng)

　　中國的特殊存儲器市場(chǎng)也已經(jīng)發(fā)展形成了生態(tài)，如表1，像Fabless(設計公司)中，ISSI和紫光國芯做Specialty DRAM，兆易創(chuàng )新、ISSI和東芯半導體(DoSilicon)做特殊NAND Flash，復旦微電子做EEPROM。在新興存儲器方面，像磁宇(Ciyu)做磁存儲器，浙江?？雕Y拓科技公司(Hikstor)做STT-MRAM， Xinchu(新儲)和AMT做PCM。

　　在制造方面，代工廠(chǎng)/IDM(集成器件制造商)有福建晉華、中芯國際(SMIC)、武漢新芯(XMC)、上海華力微電子(HLMC)、華虹等都有對應產(chǎn)品制造的平臺。因此，有很多廠(chǎng)商在扮演不同的角色，它們之間也形成一定的生態(tài)合作伙伴關(guān)系。

1.5 兆易創(chuàng )新的特殊存儲器

　　特殊存儲器是兆易創(chuàng )新(GD)公司最大的業(yè)務(wù)，主要依托于NOR Flash/SLC NAND的快速發(fā)展。據兆易介紹，到目前為止，兆易的串行NOR Flash已在全球排名第三，在串行NAND Flash市場(chǎng)排名第一。

　　據2016年的市場(chǎng)機構數據顯示，兆易在串型NOR Flash的市場(chǎng)份額達到12%，是中國大陸地區唯一進(jìn)入前十的Flash存儲器(注：包含所有Flash)廠(chǎng)商。兆易的Flash年出貨量達到 16.6億顆，每月有1億多顆產(chǎn)品生產(chǎn)制造出來(lái)。

　　根據第三方機構統計，2017年兆易在中國前十大IC設計公司中名列第八。

　　目前兆易已成為中國大陸地區最大的存儲器芯片廠(chǎng)商，業(yè)務(wù)橫跨中國臺灣、日韓、歐美等多個(gè)國家和地區，應用于PC、移動(dòng)、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò )、消費類(lèi)、工業(yè)、車(chē)載等領(lǐng)域。在代碼存儲器中，兆易有一些密切的合作伙伴，例如三星和Intel等。

　　除了做存儲器芯片本身外，兆易還在存儲器產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行布局。1.參與起草了國家和國際上存儲器的一些標準。例如主導制定了中國存儲器接口標準SPI NAND。2.投資合作。兆易成立了投資資金，用投資的手段與上下游不同的業(yè)態(tài)去做一些合作。例如與閃存控制器廠(chǎng)商投資合作，與深圳立而鼎、深圳硅格合作;參股收購了武漢憶正，進(jìn)軍固態(tài)硬盤(pán);在新型存儲器上，投資了美國上市公司Everspin，以及國內的上海磁宇公司。作為fabless公司，兆易也與上下游進(jìn)行密切的合作。例如2017年，兆易投資入股中芯國際，兆易的占比是1.2%，目前是第五大股東。另外，兆易與清華等國內科研院所合作。

　　除了資本和技術(shù)密集外，知識產(chǎn)權是很重要的一部分。在產(chǎn)品和技術(shù)方面，從最早的跟隨、模仿，到同步、領(lǐng)先，在不同階段，兆易都非常重視知識產(chǎn)權，在專(zhuān)利、標準以及商標等各方面都有全方位的布局。

1.6 特殊存儲器部分小結

　　首先，特殊存儲器是一個(gè)快速增長(cháng)并蘊含發(fā)展機會(huì )的市場(chǎng)，同時(shí)這個(gè)市場(chǎng)比較適合中國這種后發(fā)展的國家和地區的小企業(yè)去切入。其次，中國已經(jīng)建立了初步的特殊存儲器產(chǎn)業(yè)生態(tài)，兆易是中國主要的特殊存儲器廠(chǎng)商之一。第三，以多種手段去建立和完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)，有助于存儲器市場(chǎng)的發(fā)展，也促進(jìn)企業(yè)本身的成長(cháng)。

2 憶芯要做萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代的SSD控制芯片

　　北京憶芯科技有限公司是從事高性能的固態(tài)硬盤(pán)(SSD)控制芯片研發(fā)的創(chuàng )業(yè)公司，公司設計驗證總監孫唐先生介紹了憶芯在NAND主控芯片方面的研發(fā)歷程。

2.1 SSD市場(chǎng)

　　SSD產(chǎn)品包含了非常關(guān)鍵的芯片組件，其中一個(gè)就是兆易提到NAND芯片，另一個(gè)就是SSD主控芯片，二者結合成為SSD產(chǎn)品。

　　SSD從端到云進(jìn)入了消費級和企業(yè)級的市場(chǎng)，通過(guò)服務(wù)器廠(chǎng)商以及系統集成廠(chǎng)商，將其引入了數據中心，無(wú)論是互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)加速還是云計算節點(diǎn)數據的查詢(xún)，為智能大數據應用提供了非常有力的支持。

　　在計算存儲產(chǎn)業(yè)鏈上，閃存芯片被國際大廠(chǎng)占據，諸如三星、美光、海力士、東芝等。SSD主控芯片方面，國內公司也非常有限。

　　基于這樣的市場(chǎng)背景，北京憶芯公司成立，決心做出能夠與世界一流廠(chǎng)商一較高下的芯片。

2.2 憶芯的歷史

　　憶芯于2015年11月正式成立，2016年4月推出了第一顆芯片MB1000，它的成功流片令公司在2016年7月拿到了融資，并在當月與臺灣光寶集團(Lite-On)的建興電子簽訂了合作協(xié)議，進(jìn)行量產(chǎn)STAR1000的研發(fā)合作。2017年1月，STAR1000成功流片，并且在2017年11月，建興電子展示了基于STAR1000芯片開(kāi)發(fā)的固態(tài)硬盤(pán)產(chǎn)品T10 PLUS，2018年3月，建興T10 PLUS產(chǎn)品正式在京東發(fā)售。T10 PLUS固態(tài)硬盤(pán)的性能達到了業(yè)界領(lǐng)先的4K隨機讀IOPS 320K以及4K隨機寫(xiě)IOPS 275K。

2.3 對SSD控制器的思考

　　什么是好的控制器?高效率、低能耗。眾所周知，極致的高效和低能耗的優(yōu)化，會(huì )導致整個(gè)芯片的應用非常固定，模式單一。

　　什么是面向未來(lái)的控制器?它要支持新的特性，這個(gè)“新特性”是層出不窮的，即功能可擴展。但“可擴展”肯定有局限，它受到整個(gè)芯片的功耗、面積以及成本的影響，要考慮種種的因素。

　　什么是好的未來(lái)控制器?應該能做到高效和低能耗的同時(shí)，還要保持它的功能延展性。這雖然講起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是在實(shí)踐上，需要考慮的問(wèn)題非常多。它到底要占多大的面積?跑多少功耗?實(shí)現多大的性能?適應什么樣的場(chǎng)景需求?

　　展望憶芯未來(lái)幾年的產(chǎn)品規劃，首席執行官沈飛先生曾表示，繼2017年推出STAR1000后，將于2018年推出“天王星”系列芯片，支持高達32TB的存儲容量及高達百萬(wàn)的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)，進(jìn)入數據中心和監控領(lǐng)域;將于2019年推出“天狼星”系列芯片，通過(guò)導入操作系統，更強運算力和深度學(xué)習，進(jìn)入智慧存儲新興市場(chǎng);將于2020年推出“獵戶(hù)座”系列芯片， 這是存儲、計算及網(wǎng)絡(luò )的全融合芯片，它將幫助存儲從傳統存儲磁盤(pán)演進(jìn)為存儲服務(wù)器，服務(wù)于演進(jìn)中的數據中心。通過(guò)這一系列產(chǎn)品，憶芯將最終實(shí)現自己的“中國芯、世界夢(mèng)”。

3 固態(tài)硬盤(pán)技術(shù)及市場(chǎng)的發(fā)展思考

3.1 全球存儲狀況

　　杭州華瀾微電子股份有限公司副總經(jīng)理周斌先生稱(chēng)，存儲器發(fā)展了近百年，1920年出現磁存儲，1956年出現HDD(機械硬盤(pán))，1966年有了DRAM。但近二三十年，固態(tài)硬盤(pán)(SSD)發(fā)展特別快，例如1990年代出現了SSD，到2006年P(guān)ATA SSD出現，2009年P(guān)CIe SSD出現，2017年Intel和美光發(fā)布了3D Xpoint技術(shù)。這些SSD技術(shù)給存儲應用帶來(lái)了很多變化和更新。

　　由于有這么多存儲器形態(tài)，對存儲控制器廠(chǎng)商帶來(lái)了挑戰。首先，因為當你定義存儲控制器類(lèi)型(style)時(shí)，可能面臨這個(gè)存儲控制器出來(lái)的時(shí)候，會(huì )不支持某一個(gè)新的存儲器的情況。其次，三星、美光、海力士、東芝等NAND Flash(閃存)廠(chǎng)商自己也在做控制器，對于獨立的第三方控制器的廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，你要怎么樣去發(fā)展你的技術(shù)，來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的需要?

　　存儲器的發(fā)展，其實(shí)也是對存儲控制器有非常大的挑戰和應用，更進(jìn)一步的是存儲接口的發(fā)展。例如PCIe。

　　據有關(guān)資料，到目前為止，SATA的存儲控制器還是占主要出貨(圖4)，但是PCIe的增長(cháng)目前是最快的，其增長(cháng)的幅度已經(jīng)達到20%~30%的應用，特別是在企業(yè)級的數據中心應用中，增長(cháng)已經(jīng)超過(guò)30%。

　　服務(wù)器對存儲控制器PCIe的需求也是越來(lái)越高(如圖5)。據有關(guān)資料，盡管目前還是以SATA為主，但大約到 2019年，SATA SSD的占比仍超過(guò)60%，PCIe也接近30%，所以整體來(lái)看是非?？斓脑鲩L(cháng)趨勢。

　　服務(wù)器部分，各廠(chǎng)商3D NAND發(fā)展的趨勢也是越來(lái)越快，2018年各家廠(chǎng)商都開(kāi)始64層3D NAND的規模應用，到2018年年底，各家的96層3D NAND開(kāi)始規模應用，而且Intel等廠(chǎng)商的3D XPoint的發(fā)展和應用也越來(lái)越快。

　　據業(yè)內估計，整個(gè)3D NAND的發(fā)展，大約到2022年會(huì )到512層(如圖6)?？梢?jiàn)每年都會(huì )有非?？斓陌l(fā)展態(tài)勢，對存儲控制器確實(shí)是非常大的挑戰。

　　3D NAND給整個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)一個(gè)很大的好處是成本的下降。如表2，據2016年底、2017年初的數據，3D NAND的成本0.12美元/GB，2D(Planner)成本仍維持在0.21美元/GB的水平。對比2017年整個(gè)NAND的增長(cháng)和價(jià)格情況，就可以推算出三星等存儲器廠(chǎng)商確實(shí)是利潤高的狀態(tài)。

　　在企業(yè)產(chǎn)品方面，華瀾微在做的產(chǎn)品有NVDIMM。NVDIMM是把DRAM和NAND集成在一個(gè)模塊上，來(lái)實(shí)現客戶(hù)同時(shí)對低成本和大容量的要求。

　　MVDIMM-N的產(chǎn)品形態(tài)是帶電池的應用，主要是為了在斷電的狀態(tài)下，讓DRAM的數據寫(xiě)到NAND里。在電恢復的情況下，可以把NAND的數據讀到DRAM，然后讓它立刻恢復到斷電前的狀態(tài)工作。

　　相比SSD與3D Xpoint，NVDIMM有更多的優(yōu)勢。如表3，在同樣的寫(xiě)入數據量情況下，按照寫(xiě)入數據成本計算(注：因為DRAM寫(xiě)入次數會(huì )更多一些)，固態(tài)硬盤(pán)的成本目前約在100美元/PB的水平，3D Xpoint約1.5美元/PB，在DRAM的情況下，這部分可以降到0.4美分/PB，所以華瀾微認為NVDIMM會(huì )更好地滿(mǎn)足未來(lái)客戶(hù)的需要。

3.2 SSD控制器的應用

　　SSD的第一典型應用是智能搜索，例如攝像頭?？蛻?hù)要求的最根本的東西，例如車(chē)牌識別，攝像頭要立刻能夠呈現出來(lái)相關(guān)的信息，這意味著(zhù)很多計算工作和存儲工作要在本地完成。華瀾微與公安部一起，起草了中國視頻監控存儲的硬盤(pán)標準，該標準里會(huì )增加更多的元素，例如AI的應用。

　　產(chǎn)品形態(tài)方面，除了消費類(lèi)，還有工業(yè)類(lèi)的存儲、服務(wù)器等各種各樣的產(chǎn)品。

　　華瀾微這幾年做了很多特殊產(chǎn)品的應用。例如滿(mǎn)足高速相機的需求，該相機的數據帶寬需求已經(jīng)遠遠超出PCIe的接口帶寬;另外它的應用需求是不同的，需要對小文件的連續讀取和寫(xiě)入數據要求很高。

3.3 華瀾微概況

　　這幾年，硬盤(pán)方面出現了一些安全和后門(mén)問(wèn)題。華瀾微的創(chuàng )始人駱建軍博士2011年回國開(kāi)始創(chuàng )辦華瀾微，愿景是讓中國人把數據存放在自己的硬盤(pán)上。華瀾微共獲得了超過(guò)1億元人民幣的投資。2016年出貨量超過(guò)1200萬(wàn)顆，2017年出貨量超過(guò)1600萬(wàn)顆。在全球的按鍵類(lèi)加密存儲應用方面，華瀾微占了全球70%以上的市場(chǎng)份額。

　　華瀾微主要做的是在CPU到存儲之間，做所有存儲相關(guān)的存儲芯片。華瀾微的存儲控制芯片里有一個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)，就是在存儲芯片里放入了很多應用的因素，即把更多國產(chǎn)化的因素放進(jìn)去了，例如有商密算法。

　　除了產(chǎn)品方面的突破，在產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面，為了配合客戶(hù)的應用需求，也與上下游合作伙伴做很多配合，例如在中國生態(tài)方面，與龍芯、飛騰、申威、兆芯等處理器合作，還支持國產(chǎn)的操作系統。

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第8期第14頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。