「晶片熱」之下,本土廠商如何做好一顆嵌入式存儲晶片?

2020-12-13 電子工程專輯

2014年,中國成立了集成電路產業投資基金(簡稱「大基金」)一期,募集資金1387億元人民幣;2019年中美貿易摩擦升溫,大基金二期推出,募資規模2000億元人民幣。國家大基金一期加二期撬動的社會資本總規模預計超過1萬億元。zRSEETC-電子工程專輯

2020年8月,國務院印發《新時期促進集成電路產業和軟體產業高質量發展的若干政策》,集成電路成為中國戰略性新興產業,大量資本湧入半導體行業。在今年疫情期間其他所有產業投資都減少的情況下,只有對半導體、集成電路的投資還在翻倍增長。一級市場、二級市場資本如此熱情,足見國家發展這個行業的堅定決心。zRSEETC-電子工程專輯

晶片熱過頭,需警惕「芯騙」

政策支持、資本追捧,一二級市場火熱,讓中國晶片相關企業的數量在2020年上半年增長迅速。截至今年7月20日,中國共有晶片相關企業4.53萬家,僅今年第二季度新註冊企業就有4800家,同比增長20%,環比增長120%。zRSEETC-電子工程專輯

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深圳時創意電子有限公司董事長倪黃忠zRSEETC-電子工程專輯

「還好中國的市場體量比較大,不然這是很崩潰的事情。」在日前TrendForce集邦諮詢舉辦的MTS2021存儲產業趨勢峰會上,深圳市時創意電子有限公司董事長倪黃忠表示,「晶片熱」現象是「天時、地利、人和」造成的,首先是天時——市場需求爆發式增長、國際貿易限制、國產替代政策;其次地利——中國是全球最大統一市場,具備完整的上下遊產業鏈;最後是人和——產業政策、資金、市場和民眾的空前矚目。zRSEETC-電子工程專輯

但也要注意防範產業過熱。這麼多新增企業中,相信也有很多沒經驗、沒技術、沒人才的三無企業湧入晶片中低端市場。他們不具備核心技術研發和設備生產能力,導致中低端市場產品同質化惡性競爭。同時這些企業也會造成行業人才過快流動,比如說現在行業裡的核心人才不斷被挖,「本來他在這個公司做得很好的,但是被挖走了,這個公司的技術創新就會中斷。」企業智慧財產權得不到保護,最終損害下遊顧客利益。zRSEETC-電子工程專輯

倪黃忠還分析了最近暴雷的「芯騙」問題,目前有很多打著高大上產業項目口號,百億、千億級項目已經暴雷,未來可能還有更多。因為資本過熱地投入,肯定會造成一些企業不能專注於技術研發,而是專注於搞資本運作。因為到資本市場賺錢更容易,還有什麼必要費力氣搞創新?未來晶片企業如果不技術創新、同質化,便會為了短期市場份額對產品進行costdown操作,大打價格戰,破壞市場秩序,導致產品實際使用壽命不達標、兼容性不夠、使用後性能下降,使用一段時間後返修率偏高等惡性循環問題。zRSEETC-電子工程專輯

國內嵌入式存儲晶片行業現狀

存儲市場佔比最高的有NAND和DRAM兩大類別,對應了手機、伺服器和PC三大應用領域,在全球有著超過1000多億美金的年銷售。隨著5G、大數據、智能物聯網以及AI的迅速崛起,NAND存儲的應用還在增長,特別是NAND Flash的成長,因為大數據的成長和雲存儲的成長。zRSEETC-電子工程專輯

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原廠格局方面,NAND主要是三星、鎧俠、WD、美光、海力士、長江存儲、英特爾等等;DRAM以三星為龍頭,海力士、美光、南亞和長鑫等等為主。以前在存儲晶片領域是沒有國內廠商的,這幾年有了長江存儲和合肥長鑫。長江存儲2019年9月份量產了64層基於Xtacking架構的256Gb快閃記憶體顆粒,今年4月發布了128層的3D NAND存儲晶片,實現了跳躍式發展;長鑫方面已經成功量產19nm的DDR4/LPDDR4,正在推進LPDDR5 DRAM產品開發,預計會採用17nm以下工藝。zRSEETC-電子工程專輯

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目前DRAM和NAND的主要應用還是智慧型手機,佔比已經達到40%多,第二是伺服器,因為大數據在伺服器當中的應用比例非常大,第三個是PC端。倪黃忠在接受《電子工程專輯》等媒體採訪時表示,時創意公司成立於2008年,最早是做玩具起家,2013年進入存儲晶片封裝領域,2017年進入PC SSD市場,2019年進入嵌入式存儲領域,在這三個埠完成布局zRSEETC-電子工程專輯

他認為,嵌入式存儲晶片終端應用存在著四大常見問題:zRSEETC-電子工程專輯

  1. 由於NAND Flash顆粒品質不高,導致產品實際使用壽命不達標;
  2. 固件架構設計完善度和產品兼容性測試不夠,導致產品兼容性不夠;
  3. 固件架構不完善或NAND Flash顆粒品質較弱,導致產品長時間使用後性能下降明顯;
  4. 產品老化測試不夠或者NAND Flash顆粒品質較弱,導致產品使用一段時間後返修率偏高。

可見,嵌入式存儲晶片市場有別於其他類似SSD、DDR等可插拔的存儲設備市場,對產品的性能、使用壽命和數據安全性有異常嚴苛的要求,需要存儲廠商在晶圓和主控選型、基板設計和封裝工藝、軟體和固件方案設計、工程驗證和生產測試以及售後服務等方面具備全面的完整技術能力。如果沒有全產業鏈的自主核心技術,最終將很難長期立足於該市場。zRSEETC-電子工程專輯

如何做好一顆嵌入式存儲晶片?

倪黃忠分享了如何做好一顆嵌入式存儲晶片的心得,第一個階段就是主控和晶圓的選型zRSEETC-電子工程專輯

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在晶圓選擇上,每家原廠出貨的晶圓都有等級之分,以美光的晶圓料號MT29F256G08EBCAG B16A 3W C1 -R舉例,其中最後字母如果是「R」則代表Fortis級別,「M」則代表Meida級別,「U」代表Removable級別等。所以在跟模組廠採購嵌入式存儲晶片的時候,要看一下是用什麼晶圓做的,如果為了節約成本,買低等級的晶圓來做嵌入式存儲,最後出現問題是不能怪原廠的。zRSEETC-電子工程專輯

除了選擇晶圓等級,還要選擇晶圓工藝,例如2D和3D,SLC、MLC和TLC。NAND層面現在基本選擇64層TLC,隨著96層TLC量產和128層技術的成熟了,會慢慢推進。zRSEETC-電子工程專輯

最後是晶圓架構的選擇,包括Block Size、Page Size等。拿英特爾的晶圓來說,「是為伺服器而生的,非要拿去做嵌入式可能會產生很多問題。」倪黃忠說到,「再如QLC晶圓,本來是為了伺服器去做的,如果因為QLC便宜而拿來做嵌入式,估計會死得很慘。」zRSEETC-電子工程專輯

第二個階段是基板設計和封裝工藝。首先要保證堆疊設計和焊線設計的合理性,然後要考慮信號設計的完整性。市場上有很多封裝廠為了降低成本用了兩層板,對系統廠商造成了很多麻煩。封裝工藝中,設備非常重要,另外還要有好的生產環境、員工管理和品控體系。zRSEETC-電子工程專輯

剩下幾個階段分別是固件和軟體方案設計、工程驗證和生產測試。時創意因為把實驗室建到了產線,任何一個批次的產品都會先進入實驗室先做好工程實驗、工程認證,所以目前封裝生產直通率達99.9%以上。zRSEETC-電子工程專輯

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長江長鑫兩巨頭加持,國內存儲行業未來可期

倪黃忠用之前提到實現「跳躍式發展」的長江存儲舉例,時創意採用他們的64層TLC晶圓做封裝,SDP(32GB * 1)封裝良率是99.98%,超過了以往採用國際大廠晶圓 99.9%的均值。DDP (32GB * 2)達到 99.88%的良率,分四迭代做封裝數量級比較大的情況下是99.69%的封裝良率。zRSEETC-電子工程專輯

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「這樣的良率國內很難找得到第二家,國際上面也和幾大原廠的良率水平相當。做到這麼高的良率,主要是基於兩點,」倪黃忠總結道,「一是我們的封裝技術已經非常成熟,第二點說明長江存儲的wafer的穩定性已經達到非常高的要求,這也是他們可以從64層直接跳到128層的原因。」zRSEETC-電子工程專輯

雖然這兩年大家都在喊晶片國產化,但國產化不應該僅僅是低端產品的國產化,而是高端產品的國產化。國際大廠做到的東西,中國廠商要想辦法把它做到,這才是具備國產化替代的意義。而長江存儲和合肥長鑫兩家出來以後,正在逐漸打破存儲晶片市場的格局,倪黃忠表示,未來市場有多少變化值得期待,這也是國內所有存儲廠商都期待的事情。zRSEETC-電子工程專輯

以長江存儲、長鑫存儲為代表的國內龍頭廠商未來可期,相信在國家政策扶持下,以及5G、AI、AIoT、大數據等新技術創新的拉動下,我國存儲產業規模快速發展,將會產生一大批優秀的存儲模組廠商,並會誕生中國的世界級存儲領軍企業。zRSEETC-電子工程專輯

時創意去年開始推出8GB eMMC嵌入式產品,2020年11月推出了256GB版本。據倪黃忠稱,這是國內最短時間內推出最大容量的eMMC產品,應用在了一些4G手機上。相關的UFS產品也在研發中,預計明年下半年開始出貨,和LPDDR產品一起用在5G手機中。據悉時創意的LPDDR產品今年已開始量產,TLC eSSD產品已實現1TB封裝能力,QLC可以做到2TB。「時創意期待能夠跟所有系統廠商和產業上下遊合作夥伴們一起,共同構建起資源優勢互補、技術開放共享、產業資本對接的存儲產業生態鏈。「zRSEETC-電子工程專輯

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責編:Luffy LiuzRSEETC-電子工程專輯

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