從晉華DRAM事件出發(fā)，了解我國存儲芯片產(chǎn)業(yè)瓶頸在哪里

　　近來(lái)，關(guān)于福建晉華、臺灣聯(lián)華電子與美國美光有關(guān)DRAM專(zhuān)利侵權的事件成為產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)。從晉華和美光的三次互訴，到美國商務(wù)部對晉華禁售和聯(lián)電暫停與晉華的合作，在中美貿易戰背景下，這不禁讓人聯(lián)想到中興因美國制裁而運營(yíng)停擺的事件。晉華事件走向如何尚不得而知，本文僅從專(zhuān)利與產(chǎn)業(yè)鏈角度，結合全球市場(chǎng)格局，解構我國發(fā)展存儲芯片產(chǎn)業(yè)的困難、現狀和潛力。雖然存儲芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展道阻且長(cháng)，但是我們別無(wú)選擇。

　　01

　　存儲芯片是什么

　　存儲芯片是半導體元器件中不可或缺的組成部分，幾乎存在于所有的電子設備中。隨著(zhù)大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中扮演的角色越來(lái)越重要。

　　存儲芯片的種類(lèi)很多，按用途可分為主存儲芯片和輔助存儲芯片。前者又稱(chēng)內存儲芯片(內存)，可以與CPU直接交換數據，速度快、容量小、價(jià)格高。后者為外存儲芯片(外存)，指除內存及緩存以外的儲存芯片。此類(lèi)儲存芯片一般斷電后仍然能保存數據，速度慢、容量大、價(jià)格低。按照斷電后數據是否丟失，可分為易失性存儲芯片和非易失性存儲芯片。易失性存儲芯片常見(jiàn)的有DRAM和SRAM，前者就是這次晉華事件的主角。非易失性存儲芯片常見(jiàn)的是NAND閃存芯片和NOR閃存芯片。

　　圖1 存儲芯片分類(lèi)

　　相對于CPU，存儲芯片的設計和制造復雜度略低。但其技術(shù)含量依然非常高，對于行業(yè)后來(lái)者，絕非一朝一夕可以追趕。以此次晉華事件涉及的DRAM芯片為例，主要涉及五大類(lèi)技術(shù)。

　　存儲單元設計包括電容器設計和電路設計，是存儲芯片最核心的部分。電容器存儲數據，電路負責控制數據的訪(fǎng)問(wèn)。常見(jiàn)的電容器有平面型電容器、溝槽型電容器和目前流行的堆疊型電容器。早期的存儲單元電路包含3個(gè)晶體管和一個(gè)電容器(3T1C)構成，慢慢演變?yōu)?T1C或1T等多種類(lèi)型。

　　陣列架構是存儲單元的矩陣排布形式，芯片通過(guò)wordlines和bitlines訪(fǎng)問(wèn)和控制存儲單元。常見(jiàn)的bitlines包括開(kāi)放式架構、折疊式架構等。同時(shí)陣列設計上還需要設計行、列冗余，以適應可能出現的壞點(diǎn)等。

　　錯誤檢測與修正用以解決存儲單元受環(huán)境、宇宙輻射導致的電位自發(fā)反轉問(wèn)題。通常需要設計冗余存儲單元或額外的電路來(lái)檢測和修復這些錯誤bits。另外，DRAM存儲芯片還包括芯片安全和芯片制造與封裝技術(shù)。

　　02

　　專(zhuān)利：集中于韓、日、美企業(yè)

　　我國存儲芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚。目前，以投入NAND Flash市場(chǎng)的長(cháng)江存儲、專(zhuān)注于移動(dòng)存儲芯片的合肥長(cháng)鑫和致力于普通存儲芯片的福建晉華三大企業(yè)為主。但發(fā)展存儲技術(shù)，國際企業(yè)的專(zhuān)利壁壘是繞不過(guò)去的坎。

　　我們選取2000年1月1日至2018年10月31日的全球存儲專(zhuān)利分析發(fā)現，有效專(zhuān)利和專(zhuān)利申請最多的國家/地區依次是美國、韓國、日本、中國和中國臺灣，如圖2。從這個(gè)數據看，我國(主要指大陸)專(zhuān)利并不弱。2002年就已經(jīng)有大量申請，2010后申請大量增加。

　　但是，從申請主體可以發(fā)現，如圖3，我國的專(zhuān)利申請主要來(lái)自國際和中國臺灣的企業(yè)，如三星電子、旺宏電子、臺積電、SK海力士、美光科技、英特爾、華邦科技、IBM等。而申請前十的大陸企業(yè)只有中芯國際和兆易創(chuàng )新，且所申請專(zhuān)利多數是相對邊緣化的技術(shù)，還有部分前沿技術(shù)。

　　圖2 存儲芯片專(zhuān)利全球主要申請國家/地區及其申請趨勢

　　圖3 在中國申請專(zhuān)利的主要企業(yè)及其申請趨勢

　　從全球企業(yè)的專(zhuān)利申請趨勢看，如圖4，目前以三星、SK海力士、東芝和美光科技四家企業(yè)占據絕對優(yōu)勢。其中前三家是老牌專(zhuān)利巨頭，美光科技在2008年后申請逐漸增加，趕超東芝和海力士，直追三星。2007年后，旺宏電子、英飛凌、臺積電和富士通的申請明顯減少，可能來(lái)自金融危機的影響。這也印證了存儲芯片產(chǎn)業(yè)向頭部企業(yè)集中的趨勢，特別是韓、美、日三國的四家企業(yè)。

　　圖4 全球存儲芯片專(zhuān)利主要申請企業(yè)及其申請趨勢

　　圖5 高引用存儲芯片專(zhuān)利的主要分布企業(yè)

　　如今，我國要發(fā)展存儲芯片產(chǎn)業(yè)，不得不面對來(lái)自國際巨頭的專(zhuān)利壁壘，而專(zhuān)利許可可能是相對高效的一個(gè)選擇。通過(guò)前1000件高引用存儲專(zhuān)利分析發(fā)現，其技術(shù)方向分布相對集中，且美國企業(yè)占據絕對優(yōu)勢，如美光科技、閃迪、AMD、IBM和英特爾。這也導致目前頭部企業(yè)間專(zhuān)利許可成為普遍做法。