近日，一則新聞引起了全球半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)注：中國芯片大廠長江存儲(chǔ)在美國起訴了全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司美光科技有限公司。據(jù)美國加利福尼亞北區(qū)法院公布的信息，長江存儲(chǔ)已于11月9日發(fā)起了訴訟，指控美光及其全資子公司美光消費(fèi)產(chǎn)品集團(tuán)有限責(zé)任公司侵犯了其8項(xiàng)美國專利。

長江存儲(chǔ)是國內(nèi)最大的3D NAND Flash（閃存芯片制造）廠商，此次訴訟旨在解決美光試圖通過侵犯長江存儲(chǔ)的專利技術(shù)來阻止競(jìng)爭(zhēng)和創(chuàng)新的問題。在起訴書中，長江存儲(chǔ)詳細(xì)闡述了美光如何使用其專利技術(shù)，以抵御來自長江存儲(chǔ)的競(jìng)爭(zhēng)，并獲得和保護(hù)市場(chǎng)份額。

具體來說，長江存儲(chǔ)指控美光侵犯了其8項(xiàng)美國專利，包括專利號(hào)為“10,950,623”、“11,501,822”、“10,658,378”、“10,937,806”、“10,861,872”、“11,468,957”、“11,600,342”和“10,868,031”的專利。這些專利涉及到的技術(shù)廣泛，包括3D NAND Flash的制造和設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)。美光被控侵權(quán)的產(chǎn)品包括其96層、128層、176層和232層3D NAND產(chǎn)品。

長江存儲(chǔ)在起訴書中強(qiáng)調(diào)，他們不再是新秀，而是全球3D NAND市場(chǎng)的重要參與者。去年11月，科技市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TechInsights曾得出結(jié)論：長江存儲(chǔ)是3D NAND閃存領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，超過了美光。這一結(jié)論是基于長江存儲(chǔ)在NAND Flash芯片制造和設(shè)計(jì)領(lǐng)域的突破和持續(xù)的創(chuàng)新能力。


存儲(chǔ)市場(chǎng)空間廣闊，海外廠商高度壟斷

半導(dǎo)體存儲(chǔ)是集成電路產(chǎn)業(yè)占比第二大的核心細(xì)分行業(yè)。存儲(chǔ)芯片作為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的電子器件之一，在 5G、 云計(jì)算以及 AI 等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展背景下，其重要程度與日俱增，具備廣闊的市場(chǎng)空間，根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)，2022 年全球 集成電路市場(chǎng)總規(guī)模約為 4799.9 億美元，其中，存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模約為 1344.1 億美元，占比 28%位居第二，僅次于邏輯 芯片。

DRAM 和 NAND Flash 共同主導(dǎo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)市場(chǎng)。根據(jù)Yole 數(shù)據(jù)，以市場(chǎng)規(guī)模作為統(tǒng)計(jì)口徑，2022 年全球半導(dǎo)體存儲(chǔ)市 場(chǎng)中 DRAM 占比達(dá) 56%，NAND Flash 占比達(dá) 41%，是整個(gè)存儲(chǔ)市場(chǎng)中最重要的兩個(gè)細(xì)分品類，NOR Flash 則以 2%的市 場(chǎng)占比位居第三位。同時(shí)，根據(jù) TrendForce 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022 年全球 DRAM 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 801 億美元，同比-16%，預(yù)計(jì) 2023 年將同比下降 40%至 482 億美元；NAND Flash 方面，2022 年全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 600 億美元，同比-12%，預(yù)計(jì) 2023 年將同 比下降 23%至 464 億美元。

手機(jī)、服務(wù)器和 PC是存儲(chǔ)出貨的主要驅(qū)動(dòng)力。DRAM 方面，在 5G、云計(jì)算、AI 的帶動(dòng)下，服務(wù)器 DRAM 占比逐年提高， 預(yù)計(jì)將于 2023 年反超手機(jī)成為 DRAM 第一大應(yīng)用終端。與此同時(shí)，主要應(yīng)用在服務(wù)器端的 eSSD 對(duì)存儲(chǔ)的需求也同樣呈 現(xiàn)持續(xù)增長趨勢(shì)，預(yù)計(jì) 2023 年將成為 NAND Flash 市場(chǎng)僅次于手機(jī)的第二大需求終端。

海外廠商高度壟斷，競(jìng)爭(zhēng)格局趨于穩(wěn)定。在經(jīng)歷了一系列并購整合之后，當(dāng)前全球半導(dǎo)體存儲(chǔ)市場(chǎng)形成以三星為代表的韓國 廠商為主，歐美地區(qū)廠商為輔的整體競(jìng)爭(zhēng)格局。其中，DRAM 市場(chǎng)集中度更高，主要被三星、SK 海力士以及美光三家海外 廠商所壟斷，CR3 高達(dá) 95%；NAND Flash 方面，三星依舊處于領(lǐng)先位置，鎧俠、西部數(shù)據(jù)、SK 海力士和美光四者的市場(chǎng) 份額相差不大，CR5 達(dá) 90%。

存儲(chǔ)內(nèi)需龐大但自給率低，國產(chǎn)廠商正逐步崛起。近些年，在國家產(chǎn)業(yè)政策以及國家大基金的資本扶持下，以長江存儲(chǔ)、長 鑫存儲(chǔ)、兆易創(chuàng)新等為代表的國產(chǎn)存儲(chǔ)廠商逐步崛起，實(shí)現(xiàn)了從 0 到 1 的突破。其中，長江存儲(chǔ)重點(diǎn)在 NAND Flash 領(lǐng)域發(fā) 力，于 2017 年成功研制出國內(nèi)第一顆 3D NAND 閃存芯片，并在 2020 年成功研發(fā) 128 層 3D NAND 閃存產(chǎn)品；長鑫存儲(chǔ) 則重點(diǎn)攻克 DRAM，于 2019 年實(shí)現(xiàn) 8Gb DDR4 投產(chǎn)，目前已在合肥、北京完成 12 英寸晶圓廠建廠并投產(chǎn)；2022 年兆易 創(chuàng)新在 NOR Flash 市場(chǎng)市占率已排至全球第三、中國大陸第一。

YMTC再創(chuàng)奇跡 232層3D NAND世界之最

最近，中國本土存儲(chǔ)芯片生產(chǎn)企業(yè)江蘇長江存儲(chǔ)科技有限公司(YMTC)推出自主研發(fā)的全球最先進(jìn)的232層3D NAND芯片，再次引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注。這標(biāo)志著中國在存儲(chǔ)芯片技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，為實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控邁出關(guān)鍵一步。

這款232層3D NAND芯片由YMTC自主研發(fā)，采用的是該公司自主設(shè)計(jì)的Xtacking 3.0架構(gòu)，刷新了商用NAND芯片的世界紀(jì)錄。數(shù)據(jù)顯示，這款芯片的密度高達(dá)19.8 Gb/mm2，是全球之最。這主要得益于該公司在架構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝制程方面的持續(xù)創(chuàng)新與突破。

事實(shí)上，這已經(jīng)不是YMTC首次實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)芯片技術(shù)的重大進(jìn)步。

早在2021年，該公司就推出了128層TLC 3D NAND芯片；2022年，又推出了162層TLC 3D NAND芯片。在層數(shù)不斷增加的同時(shí)，YMTC還實(shí)現(xiàn)了從PLC到TLC再到QLC的技術(shù)升級(jí)，大大提高了單位面積的存儲(chǔ)密度。這充分顯著了YMTC強(qiáng)大的自主創(chuàng)新能力。

從芯片結(jié)構(gòu)來看，YMTC此次推出的232層3D QLC NAND采用四平面設(shè)計(jì)，而早期的3D TLC NAND采用六平面設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)調(diào)整有助于進(jìn)一步縮小芯片尺寸，提高集成度。與此同時(shí)，兩者都采用了Xtacking 3.0架構(gòu)和2400 Mb/s的接口速率，可以廣泛應(yīng)用于高速固態(tài)硬盤中。

業(yè)內(nèi)分析認(rèn)為，盡管目前YMTC 232層3D NAND芯片產(chǎn)量有限，但這一技術(shù)突破證明了公司在芯片設(shè)計(jì)和制造方面的持續(xù)進(jìn)步。芯片的記錄密度已經(jīng)超過了主要國際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，這主要得益于自主研發(fā)的Xtacking 3.0 架構(gòu)的優(yōu)異性能。

這標(biāo)志著中國在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重要的技術(shù)突破，中國制造正在煥發(fā)出新的活力。

展望未來，這一進(jìn)展預(yù)示著中國存儲(chǔ)芯片企事業(yè)將向更高水平發(fā)展。

隨著制造工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，中國本土存儲(chǔ)芯片廠商有望在更大容量、更高性能的存儲(chǔ)芯片上取得新的突破，為構(gòu)建自主可控的芯片產(chǎn)業(yè)體系作出重要貢獻(xiàn)。

4D NAND已經(jīng)在路上

在早期，NAND 閃存主要以 2D 平面形式存在，其擴(kuò)展容量的原理主要通過在一 個(gè)平面上將多個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行拼接，存儲(chǔ)單元的數(shù)量越多，存儲(chǔ)容量就越大，隨著存儲(chǔ)芯片廠商將 2D NAND 的單元尺寸從 120nm 微縮至 14nm 時(shí)，2D 結(jié)構(gòu)在容量擴(kuò)展方面的局限性開始顯現(xiàn)，其可靠性會(huì)隨著制程微縮進(jìn)一步下降。為了克服 2D NAND 技術(shù)的自身缺陷，2007 年東芝（現(xiàn)在的鎧俠）提出了 3D NAND 結(jié)構(gòu)的技術(shù)理念，3D NAND 主要通過在垂直堆棧中 將多組存儲(chǔ)單元進(jìn)行相互層疊，以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)容量增加的目的，堆疊層數(shù)越高則意味著容量就越高。

2014 年三星率先推出業(yè)界首個(gè) 3D V-NAND 產(chǎn)品，經(jīng)歷了近十年的發(fā)展后，垂直方向堆疊 3D NAND 層數(shù)成為各大 NAND 廠商競(jìng)爭(zhēng)的主要方向。其中，2022 年美光實(shí)現(xiàn) 232 層 NAND 閃存產(chǎn)品的出貨，三星也宣布開始量產(chǎn) 236 層 3D NAND 閃存 芯片，鎧俠和西部數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)將于 2023 年推出 218 層 3D NAND 閃存，SK 海力士則在 2023年展示了其最新 300 層 3D NAND 產(chǎn)品原型，預(yù)計(jì)將在 2024-2025 年期間上市。國內(nèi)方面，長江存儲(chǔ)在 NAND 領(lǐng)域取得不斷突破，持續(xù)縮短與海外巨頭的差 距，在 2020 年成功研發(fā) 128 層 3D NAND 閃存產(chǎn)品。

為了在 3D NAND 的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高存儲(chǔ)容量，SK 海力士推出了 4D NAND 技術(shù)，4D NAND 技術(shù)主要通過在 3D NAND 中利用單元下外圍（PUC）技術(shù)，在單元下方形成外圍電路，減少外圍電路所占面積，從而實(shí)現(xiàn)容量的增加和成本的降低， 2022 年，SK 海力士宣布成功研發(fā)全球首款業(yè)界最高層數(shù)的238 層 4D NAND 閃存。