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台湾记忆体产业将风云再起
5G与AI带来数据时代

【作者: 籃貫銘】2020年01月30日 星期四

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台湾记忆体产业追美赶韩的时机到了吗?可能没有多少人想过,台湾的记忆体产业也许可以有机会,站上国际领先的位置,而且不是代工,是在技术与应用上。这并不是妄想,而是正在进行式。台湾的记忆体厂业在经过多年的洗链後,已经具备了挑战领先者的实力,再加上5G与AI等新应用的助力,可能真的有机会变成产业的领先者。


赶在2019年结束前,台湾两家主要的记忆体供应商,旺宏电子与华邦电子,不约而同的通过了新一波的资本支出。双方将自接下来的数年内,全力发展新一波的产能与技术,强化在记忆体市场的竞争力。


5G为利基型DRAM与MCP带来新契机

尽管因为DRAM市场价格因素,华邦延後了高雄12寸厂的装机时间,但看好2020年记忆体市场复苏,因此决定先行优化中科12寸厂的产能与制程。


依据华邦电子最新公告的资本支出预算,华邦将支出约4.96亿元台币,用於购买中科12寸厂新制程研发设备,目标为提升20奈米的DRAM制程技术;若再加上去年10月通过的扩产支出11.88亿台币,华邦将自明年起投入超过15亿台币,用来提高中科厂的制程技术与产能。


但对照目前国际大厂的制程技术,华邦正在发展的20奈米技术,仍是落後最先进的技术约1~2世代。例如美光(Micron)、海力士(SK Hynix)与三星(Samsung)其最先进的制程皆达10奈米。


不过华邦电子自从2007年之後,就转为以生产利基型DRAM和NOR Flash记忆体为主,并开始专注於自有技术的研发。因此其目前的技术与产品皆是自有,虽然在微缩制程上不见得突出,但在获利率上则较以往更具竞争力。


且所谓的利基型(Specialty)DRAM,更是目前的当红炸子鸡,尤其是在物联网与人工智慧的趋势下,许多的装置都需要有数据储存与运算的需求。这类的装置都不属於PC规格的标准品,需要更多的客制化规格,因此华邦的产品就显得非常有竞争力。


另一方面,物联网结合AI的AIoT架构所带来的趋势,不仅只是对记忆体的「量」需求增加,也有更高的晶片整合需求,也就是目前正持续发酵的「异质整合」设计。由於AIoT装置都有联网的需要,同时也需要兼具运算与储存的功能,因此把数个功能堆叠在一起的多晶片封装(MCP)技术,就渐受到重视。记忆体晶片也同样如此。


由於华邦不仅供应DRAM晶片,也具备NOR Flash和NAND Flash晶片的制造能力,近期也持续提高在MCP产品的客制化能力,包含整合低功耗DRAM与NAND Flash,以及整合NOR与NAND Flash,突显其在5G时代的竞争能力。


站稳NOR Flash市场 挑战3D NAND领先者

同样走过记忆体市场大起大跌的旺宏电子,今年也大动作的投入资本支出。该公司预计自今年起,陆续共投入约87亿台币的金额,用来添购3D NAND快闪记忆体的制造与研发设备。依据旺宏的规划,今年下半年就会量产48层3D NAND Flash,2021年量产96层,2022年则推进至192层。而目前旺宏的制程技术已达到19奈米。


不同於华邦仍布局DRAM市场,旺宏电子则是专门提供非挥发性记忆体的解决方案,旗下产品包含唯读记忆体(ROM),以及NOR和NAND快闪记忆体,也提供MCP的产品。



图一 : 5G为利基型DRAM市场带来新契机,整合了NAND与DRAM的MCP渐受重视。(source:华邦)
图一 : 5G为利基型DRAM市场带来新契机,整合了NAND与DRAM的MCP渐受重视。(source:华邦)

由於也经历数次的记忆体产业低潮,因此旺宏过往也不在高产量的市场上着墨太多,重心放在工业等垂直应用市场。这些领域的产量要求不是特别大,又相对重视稳定度与耐用性,正是旺宏的利基所在。以NOR Flash为例,旺宏就专注於序列式SPI传输,因其针脚较少,体积较小,较受现代嵌入式设计的青睐。


此外,过往的装置不会用到太高容量的NOR Flash,但在5G与AI等新技术的带动下,高容量的NOR Flash应用已逐渐浮现,於是具备生产中高容量NOR Flash的旺宏就顺势成为产业首选。以5G的基地台为例,其所需要的NOR Flash容量就是GB等级起跳,单一个基地台就需要1~2GB,而目前市场能够提供此容量的供应商并不多,亚洲只有台湾的旺宏有能力。


而如前述,随着AIoT应用时代的来临,整合型的记忆体晶片是更具市场价值,也是未来的装置设计主流,因此除了提供NOR Flash记忆体,NAND产品也必须要跟上。所以旺宏也将研发火力转往竞争强度更高的NAND Flash产品上,其目标就是追上国际大厂的3D NAND Flash技术。



图二 : 在列强者盘据的NAND市场上,旺宏起步较慢,但将迎头赶上。
图二 : 在列强者盘据的NAND市场上,旺宏起步较慢,但将迎头赶上。

但对照目前全球的NAND Flash记忆体大厂的技术进程,主要的供应商多在2015年时就已将2D NAND记忆体的微缩制程,推进至16奈米甚至是15奈米,但这个规格一直停滞至2019年;而在3D NAND的部分,则是达到20奈米,堆叠为32层。而到2020年,将会达到128层。


所以从微缩制程的观点,台湾的业者并没有落居下风,只有在堆叠的层数上,落後了主要大厂约1~2个世代。然而堆叠层数代表什麽?主要又应用在哪些领域?


首先,3D结构的兴起,就是要克服体积与容量的限制,必须在有限的空间内,提供更高的储存容量,以满足终端产品对於持续高涨的储存与运算需求。尤其是在目前以数据应用为核心的时代,速度够快、容量够大、体积够小的储存解决方案才是上上之选。


也因此,越多的层数堆叠,意味着更大的储存容量,对於追求储存容量的应用来说,就显得非常有利,尤其是体积的限制可能永远存在的前提下。



图三 : 随着AIoT应用时代的来临,整合型的记忆体晶片是更具市场价值,也是未来的装置设计主流。
图三 : 随着AIoT应用时代的来临,整合型的记忆体晶片是更具市场价值,也是未来的装置设计主流。

目前128层堆叠的NAND Flash记忆体,主要皆是作为固态硬碟(SSD)使用,它们的容量都是以TB等级来发展,因此主要的应用领域会是在PC平台、企业储存和资料中心等。而到了2021年之後,堆叠的层数预计会达到192层,单一产品的起始容量又会往上跳一级。


然而更多的堆叠与更复杂的结构,代表着更多的杂讯与更不稳定的电子讯号,反应在产品上,就是可靠度与耐用度的挑战,这也是为什麽工业级的产品比较导入3D NAND的产品。


但旺宏在3D NAND Flash技术上已着墨许久,拥有超过2400个专利,并在杂讯与可靠度上有着领先的优势,因此尽管目前不见得有高容量的优势,但从实际的应用角度与整体的产品线搭配来看,旺宏所拥有的技术质量反而是更具竞争力。


结语

从系统的观点来看,记忆体无疑是不可或缺的核心元件,因此无论哪种电子装置,一定都有使用到记忆体的机会,尤其是目前以数据为核心的AIoT时代,记忆体更扮演着实现智慧应用的关键角色。


而华邦与旺宏这两家都已三十而立的台湾记忆体商,在市场与技术都已兼具的情况下,未来预料将有很好的发展机会。尤其这两家业者都经历过记忆体产业的大风大浪,在企业的体质与经营的思维上,都已非常沉稳与务实,更是他们日後发展的良好基石。


接下来他们将要直接与国际大厂进行竞争,而这势必是一场硬仗,但有着上述的条件,以及台湾本土的半导体与ICT的产业链优势,相信台湾记忆体的出头天是有实现的一天。


*注华邦成立於1987年;旺宏成立於1989年。


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