半導體存儲器期待再創(chuàng )輝煌

DRAM是半導體業(yè)的起點(diǎn)

今天來(lái)說(shuō)半導體存儲器，主要包括DRAM和flash(閃存)兩大類(lèi)產(chǎn)品。DRAM是Intel公司的起家產(chǎn)品，是日本、韓國及中國臺灣進(jìn)入以集成電路為代表的半導體行業(yè)的切入點(diǎn)和迄今為止的主打產(chǎn)品，日本通過(guò)1976~79年的VLSI技術(shù)研究組合國家計劃，首先進(jìn)入了64K DRAM時(shí)代，在存儲器技術(shù)方面趕上并超過(guò)了美國，從而使日本企業(yè)的半導體生產(chǎn)大發(fā)展，并于1985年超過(guò)美國，1988年曾獨占世界市場(chǎng)50%以上，達于頂峰。此后由于韓、臺在DRAM領(lǐng)域的相繼崛起，美國稱(chēng)霸微芯片領(lǐng)域，導致日本在世界半導體市場(chǎng)上地位的日益衰微，近年已僅占20%。2006年世界10大DRAM公司中，日本僅有Elpida 1家，韓國三星已成長(cháng)為世界最大DRAM生產(chǎn)公司，獨占28%的世界市場(chǎng)份額，Hynix公司緊隨其后，占16.6%，兩家公司合計，即占世界市場(chǎng)44.6%，接近半壁江山，我國臺灣也有4家公司入圍世界10大DRAM公司之列。

圖1 日本半導體生產(chǎn)的世界地位

日本曾占有世界8成DRAM市場(chǎng)，怎么會(huì )在韓臺的追趕下，節節敗退，最后落得Elpida一家碩果僅存？原因只有一個(gè)，那就是日本企業(yè)在產(chǎn)品成本上不敵韓臺以及美國Micron公司。以日本撤退前的64Mb DRAM進(jìn)行比較，日本在芯片制造過(guò)程中要使用近30片掩膜，韓臺公司不過(guò)20片左右，美國Micron更僅只有15片，只及日本半數。掩膜數越多，工程越多，設備費、材料費、工資等都高，制造費用高，利潤難得，自然難于維持。

上世紀80年代，DRAM主要用于大型主機，質(zhì)量要求高，必須有25年的可靠性保證。進(jìn)入90年代，PC成為計算機市場(chǎng)上的主導產(chǎn)品，對DRAM的可靠性無(wú)需保證25年，廉價(jià)成為主要訴求，使韓美公司一舉占了上風(fēng)。日本留下的教訓是在以過(guò)剩的技術(shù)生產(chǎn)過(guò)剩品質(zhì)的DRAM。

圖2 世界DRAM市場(chǎng)

半導體存儲器應用在不斷發(fā)展，它在半導體產(chǎn)業(yè)中的地位既很重要又很穩定，它又是一項技術(shù)相對較低和可以大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，因而迄今為止，一直是后進(jìn)國家在半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)方面趕超發(fā)達國家的唯一有效途徑。日本如此，韓國和中國臺灣也是一次次重復走著(zhù)日本的道路，而且都很成功。

DRAM重踏快速道

據iSuppli公司統計預測，世界DRAM市場(chǎng)在2005年下降6.2%之后，2006年在PC市場(chǎng)增長(cháng)的牽引下，即大幅攀升33.8%，達332億美元，預計2010年將增長(cháng)到382億美元，2005~10年5年間的年均增長(cháng)率為9%(圖3)，在各類(lèi)產(chǎn)品中名列前茅。同時(shí)，我們也看到，未來(lái)幾年內DRAM因受flash和價(jià)格影響，銷(xiāo)售值增長(cháng)雖有所放緩，但依然前景可期，從銷(xiāo)售量而言，更仍保持著(zhù)50%左右的增長(cháng)速度，足見(jiàn)需求暢旺。

圖3 存儲器應用的發(fā)展

以DRAM為主的存儲器、邏輯電路和微芯片自上世紀90年代已發(fā)展成為半導體業(yè)中三大主力產(chǎn)品。統計數字顯示，三大產(chǎn)品的比重互有參差，1988年邏輯電路居首，存儲器次之；1993年存儲器躍居首位，微芯片緊隨其后；2003年順序又變成微芯片、邏輯電路和存儲器；2006年再次成為邏輯電路、存儲器和微芯片(表2)。

DRAM的容量正一代一代不斷升級，2005年是256Mb和512Mb產(chǎn)品的交替年，2007年512Mb達于頂峰，同時(shí)向著(zhù)1Gb轉移，2008年將成主流，今后還將向著(zhù)4G、8G繼續挺進(jìn)。從bit生產(chǎn)量來(lái)計算，2005年DRAM產(chǎn)量比10年前的1995年提高了160倍。從牽引存儲器發(fā)展的PC用標準存儲器而言，1995年為8Mb，2005年提高了64倍，達到512Mb，其間PC的出貨量大約翻了一番。今年1月底開(kāi)始上市裝載Vista操作系統的PC，其標準存儲器容量至少要提高一倍，需要1Gb的DRAM。隨著(zhù)Vista今年下半年的推開(kāi)普及，DRAM市場(chǎng)勢將擴大。

PC的低價(jià)格化也給了DRAM很大的壓力，盡管DRAM從同步型(Sync)DRAM發(fā)展到雙數據率型(DDR)，再到DDR2型，數據傳送速度不斷提高，但在產(chǎn)品附加價(jià)值上很難反映出來(lái)。由于PC用DRAM難于獲利，幸而出現了快速發(fā)展的移動(dòng)電話(huà)，2006年世界銷(xiāo)量超過(guò)了10億部，為DRAM帶來(lái)巨大需求，而且價(jià)格是PC用DRAM的1.5倍(低功耗的要求提高了成本)可獲取較高利潤。這樣，向來(lái)向PC一邊倒的DRAM，踏上了多元化發(fā)展的道路。

flash緊追不舍

flash(閃存)是一種非易失存儲器，具有低功耗、讀寫(xiě)快、高效能等優(yōu)點(diǎn)，有NAND和NOR兩種規格，前者用于數碼相機和MP3，后者用于移動(dòng)電話(huà)，但隨著(zhù)容量的擴大，移動(dòng)電話(huà)正轉而采用NAND flash，故而NAND flash自2003年市場(chǎng)起飛以來(lái)，增長(cháng)迅速。據美國Web-Feet Research公司預測，NAND將從2005年的約120億美元增長(cháng)到2010年的350億美元，年均增長(cháng)率接近24%，而同期NOR僅從70億美元增長(cháng)到120億美元，其間徘徊于100~120億美元之間，年均增長(cháng)率11.4%。(圖4)。因此，原為NOR陣營(yíng)旗艦公司的Intel已在2006年初與Micron合作，進(jìn)入NAND領(lǐng)域，腳踩兩只船。另一巨頭Spasion公司也于2006年年中以ORNAND產(chǎn)品殺入NAND市場(chǎng)。

圖4 NOR和NAND flash市場(chǎng)的發(fā)展

三星是世界最大的NAND flash公司，獨占市場(chǎng)46%，加上東芝和Hynix，三家合計占約90%，壟斷性很高(表3)。

圖5 NAND flash的應用市場(chǎng)

另?yè)绹鳶IA的最新報道，世界DRAM市場(chǎng)將從2006年的330億美元增長(cháng)到442億美元，年均增長(cháng)率為10.2%，同期以NAND為主的flash則將從205億美元提高到257億美元，年均增長(cháng)率7.8%，兩者之比基本保持在60：40左右。

NAND型產(chǎn)品已被公司視為“搖錢(qián)樹(shù)”而紛紛相繼涌入該市場(chǎng)。隨著(zhù)NAND容量的增大和價(jià)格下降，應用不斷擴大。NAND首先大量應用于數碼相機，當然，U盤(pán)的殷切需求也是推進(jìn)NAND的動(dòng)力之一。此后，便攜音響特別是Apple公司推出的時(shí)尚風(fēng)行產(chǎn)品iPod采用了NAND，進(jìn)一步推動(dòng)了產(chǎn)品的發(fā)展。
2005年初iPod即有配置512MB和1GB產(chǎn)品，當年秋又很快推出了2GB和4GB的產(chǎn)品。隨著(zhù)移動(dòng)電話(huà)的高功能化，在采用DRAM的同時(shí)，也對大容量flash有了訴求。移動(dòng)電話(huà)原先用的是NOR flash，可在走向容量化時(shí)，增加了NAND的采用。NAND的價(jià)格下降，不僅使它開(kāi)拓了便攜式音響設備和移動(dòng)電話(huà)的應用，同時(shí)還出現了在PC中取代HDD的可能性?，F在必要的數據文件都已保存在服務(wù)器里，PC只保有操作系統和應用軟件，這樣有8GB的容量也就足夠了。從眼下NAND的降價(jià)速度看，2010年8GB的NAND會(huì )比同容量的HDD還便宜。當然，需求更高容量如30GB或60GB等的產(chǎn)品，則仍會(huì )使用HDD。

去年NAND的價(jià)格下降太快，由于數字音響已銷(xiāo)售一輪，致使NAND價(jià)格直瀉70%，今年1季繼續滑落60%，2季以后可望好轉。這令公司經(jīng)營(yíng)風(fēng)險增大，或將被迫抑制投資。不過(guò)無(wú)論如何，市場(chǎng)仍然在擴大，預計今年可望在去年增長(cháng)15%的基礎上，續增19%達到148億美元。

說(shuō)到底，微細化基礎上的價(jià)格下降，在每年容量翻番的前提下實(shí)現低價(jià)格還是NAND持續發(fā)展的原動(dòng)力。NAND的量產(chǎn)技術(shù)已進(jìn)入70nm時(shí)代，2006~07年將向50nm轉移，2008~09年40nm，2010~11年將進(jìn)入30nm時(shí)代。

HDD實(shí)際是NAND flash的市場(chǎng)先行開(kāi)拓者。HDD的應用市場(chǎng)正從傳統的服務(wù)器和PC迅速向著(zhù)消費電子擴展，面向新市場(chǎng)的出貨量將從2005年的5000萬(wàn)臺增長(cháng)到2010年的1.5億臺，其間PC用HDD分別為3.1億臺和5億臺。幾G~20GB的HDD主要用于便攜音樂(lè )播放機和移動(dòng)電話(huà)，20G~100GB用于汽車(chē)導航、數字攝像機等；100G~幾百GB則主要用于DVD錄像機。NAND flash通過(guò)低價(jià)格優(yōu)勢，從小容量到大容量將逐漸蠶食HDD市場(chǎng)，預期2010年是10GB產(chǎn)品，2010年代則將進(jìn)入幾十G~100GB容量的產(chǎn)品領(lǐng)域。

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)火熱

半導體存儲器本身也在不斷創(chuàng )新，其中有的已經(jīng)成熟，但現有產(chǎn)品應用繼續擴大，同時(shí)，新一代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)也正加緊進(jìn)行，向著(zhù)高性能、大容量、低成本的總目標深入進(jìn)軍(圖6)。

圖6 不同半導體存儲器的今日地位

現有半導體存儲器包括DRAM和flash都已經(jīng)成熟，一方面尋求擴大市場(chǎng)，一方面如韓國三星和Hynix公司則是在同一條生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)DRAM和NAND，從而可依據市場(chǎng)需求來(lái)調整產(chǎn)品的生產(chǎn)，為公司帶來(lái)更大利好。與此同時(shí)，下一代新半導體存儲器的研發(fā)進(jìn)入了白熱化時(shí)期，有的產(chǎn)品更已進(jìn)入到量產(chǎn)化階段。

各種半導體存儲器各有特點(diǎn)，如表3所示，FRAM已有幾家半導體公司在開(kāi)展實(shí)用化，富士通1999年開(kāi)始量產(chǎn)，已生產(chǎn)4億個(gè)以上，用于IC卡、單個(gè)存儲器、RFID等。MRAM和FRAM一樣，制作時(shí)只需幾塊掩膜，可望大大降低成本，雖早已期待產(chǎn)品化，但2006年以來(lái)僅有Freescale公司開(kāi)始量產(chǎn)4M產(chǎn)品。PRAM可使用已有flash的同一生產(chǎn)線(xiàn)，特別具有低價(jià)格化的優(yōu)勢，Intel、ST、三星等都給予了很大的關(guān)注和期待，三星已少量生產(chǎn)256M產(chǎn)品，并正開(kāi)發(fā)512M產(chǎn)品，明年可望上市。IBM、Spansion、三星、Sharp、富士通等都正積極從事RRAM的開(kāi)發(fā)，Sharp與大阪大學(xué)開(kāi)展合作研究，預期2010~12年間有望實(shí)用化。

公司動(dòng)態(tài)

三星

三星是韓國第一大半導體公司，世界僅次于Intel的第2大半導體公司。多少年來(lái)三星公司一直是世界DRAM的龍頭企業(yè)，同時(shí)也穩坐NAND flash世界市場(chǎng)的頭把交椅。從2000年以來(lái)的7年間始終領(lǐng)導著(zhù)DRAM的微細化技術(shù)，已進(jìn)入了80nm時(shí)代，2006年在業(yè)界率先推出了1Gb DRAM。日前公司已發(fā)布了最先進(jìn)的50nm 16G NAND flash首批樣品，即將量產(chǎn)。由于NAND價(jià)格不穩定，今年或將減少5%的產(chǎn)量。Flash的應用除存儲卡和MP3之外，今年以后將大舉進(jìn)入移動(dòng)電話(huà)市場(chǎng)，或將把NOR、NAND和SRAM放在同一封裝內，開(kāi)拓名為OneNAND戰略產(chǎn)品。公司將DRAM和flash在同一生產(chǎn)線(xiàn)上混合生產(chǎn)，是其得意之舉，可視市場(chǎng)情況合理調整，使生產(chǎn)效率達到最大化。

Hynix

Hynix是韓國僅次于三星的第二大半導體公司，世界位居第8，公司2006年營(yíng)收比上年猛增40%，達82.7億美元，創(chuàng )歷史新高，營(yíng)業(yè)利潤達到22億美元，是世界獲利最多的半導體公司，今年營(yíng)收可望更進(jìn)一步提高，達到86億美元。公司去年包括無(wú)錫工廠(chǎng)建設和韓國生產(chǎn)線(xiàn)升級共投資46億美元，今年為增設300mm生產(chǎn)線(xiàn)還將投資47億美元，擴大生產(chǎn)，以便保證世界前10的地位。今年公司將采用60nm技術(shù)生產(chǎn)DRAM。2006年NAND市場(chǎng)急速成長(cháng)，但從年末已開(kāi)始抑制生產(chǎn)，今年計劃減產(chǎn)20%。采用加速微細化以保持競爭力的戰略，將促使70nm主流技術(shù)升級到60nm，年內還計劃上市55nm產(chǎn)品。

Qimanda

2006年5月作為Infineon公司的存儲器部分離而成。2006年公司營(yíng)收55億美元，在世界DRAM領(lǐng)域列第3，半導體領(lǐng)域排名世界第12。以bit計的出貨量2006年比上年大幅成長(cháng)80%，其中非PC用DRAM產(chǎn)量已占一半以上，公司正走圖形顯示用DRAM等的多元化道路。50%以上的生產(chǎn)能力都已采用90nm以下的技術(shù)，以提高生產(chǎn)率。公司DRAM采用溝道技術(shù)，具有低功耗特性，使公司一半多產(chǎn)品適用于游戲機和數字消費電子。

Micron

據最近1個(gè)季度的統計，公司DRAM占其營(yíng)收的70%，NAND占15%，CMOS圖像傳感器占15%，正在明顯走產(chǎn)品多元化的道路。公司2004年投產(chǎn)移動(dòng)DRAM，產(chǎn)品不斷擴大，現已有64Mb~512Mb各型，并已有1Gb產(chǎn)品上市，其中最有特性的是模擬SRAM，接口是SRAM，本身則是DRAM，在這類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)上公司獨占鰲頭。公司300mm線(xiàn)已開(kāi)始量產(chǎn)，引進(jìn)了銅布線(xiàn)技術(shù)，并即將向68nm工藝進(jìn)軍。未來(lái)1Gb移動(dòng)DRAM還將和NAND置于MCP(多芯片封裝)同一封裝內。

公司2004年末開(kāi)始NAND flash生產(chǎn)，用于MP3-USB卡、flash存儲卡等，產(chǎn)品有1-16G各型。面向Apple的iPod。從2006年開(kāi)始，公司投資300mm生產(chǎn)線(xiàn)，去年開(kāi)始使用50nm工藝生產(chǎn)、年末圓片生產(chǎn)能力已擴大到3倍。在NAND前工程生產(chǎn)方面，與Intel組成了IM flash技術(shù)合資公司。

Elpida

Elpida是日本唯一生產(chǎn)DRAM的專(zhuān)業(yè)公司，在世界DRAM領(lǐng)域位列第5，半導體領(lǐng)域排名第20，產(chǎn)品供PC/服務(wù)器應用為主，并正向數字消費電子/移動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行調整。為適應市場(chǎng)需求，對臺灣力晶公司進(jìn)行委托生產(chǎn)，大大提高了產(chǎn)量。公司營(yíng)業(yè)利潤去年由紅轉黑，并達到了15%的水平，正成為日本半導體領(lǐng)域的優(yōu)秀公司。公司去年末開(kāi)始應用70nm技術(shù)大量生產(chǎn)，還不斷投資300mm生產(chǎn)線(xiàn)以提高生產(chǎn)力，加上與力晶的合資公司今年7月投入量產(chǎn)，明年公司的全部生產(chǎn)力可達到每月24萬(wàn)片。

Intel

公司flash的營(yíng)收2005年22.8億美元，2006年還略降到21.6億美元。公司原先主營(yíng)NOR flash，在該產(chǎn)品領(lǐng)域君臨天下，產(chǎn)品有8M-1G各型，供移動(dòng)電話(huà)、消費電子等應用。設計工藝包括130nm-65nm，今后將引向45nm、35nm產(chǎn)品，明年上半年可望生產(chǎn)45nm 2G的樣品。2006年初，公司與Micron合資建立的IM flash公司(Intel占49%股份)進(jìn)入NAND領(lǐng)域，供應2-16G產(chǎn)品，公司決定同時(shí)向兩個(gè)領(lǐng)域發(fā)展。

Spansion

在NOR flash市場(chǎng)與Intel公司并稱(chēng)雙雄，是提供NOR基閃存解決方案的專(zhuān)業(yè)公司，占有大約30%的NOR市場(chǎng)。2006年公司營(yíng)收增長(cháng)27%，達26億美元，在世界半導體業(yè)中名列第23位。公司采用90nm工藝，產(chǎn)品供高端移動(dòng)電話(huà)使用，并已有65nm產(chǎn)品樣品供應。正在建設300mm圓片工廠(chǎng)，預計今年3季可量產(chǎn)65nm產(chǎn)品，明年下半年可正式量產(chǎn)45nm產(chǎn)品。

臺灣公司

臺灣有4家公司進(jìn)入世界10大DRAM公司之列，尤其是南亞、力晶和茂德，營(yíng)收都在20億美元左右。南亞近兩年連續大幅增長(cháng)，繼2005營(yíng)收激升22.8%，2006年又竄高50.9%，達22.4億美元。南亞是臺灣第2大半導體公司，在世界排名第23位。產(chǎn)品系列包括DDR 256M/512M、DDR2 512M/1G，今年將開(kāi)始DDR2 2G和DDR3 512M的量產(chǎn)。公司有與Qimanda的合資公司—依諾泰克存儲器公司。今年將采用70nm以下的最先進(jìn)工藝，預計年末生產(chǎn)能力可達月投入9萬(wàn)片的規模。

力晶公司2006年營(yíng)收也獲得巨大增長(cháng)，勁升79%，達27.9億美元，DRAM生產(chǎn)占85%。力晶是臺灣第1大半導體公司，世界排名第19位。產(chǎn)品包括主流DDR2 512M以及DDR 512M/256M等，今年末將投產(chǎn)DDR2 1G產(chǎn)品，設計尺寸以90nm為主流，今年將試生產(chǎn)70nm產(chǎn)品。公司與日本Elpida合資創(chuàng )立了Rexchip公司。公司的DRAM戰略是增建300mm圓片線(xiàn)，去年末生產(chǎn)能力已達月產(chǎn)10萬(wàn)片，以提高價(jià)格競爭力，今年生產(chǎn)能力將進(jìn)一步提高到月投24萬(wàn)片。

茂德公司是臺灣第3、世界第27位半導體公司，去年增長(cháng)也極迅速。產(chǎn)品線(xiàn)有256M/512M、DDR128M~512M、SDRAM64~256M、移動(dòng)SDRM 128M/256M等。2005年開(kāi)始采用90nm工藝量產(chǎn)，2006年向70nm、60nm升級。