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专注创新与品质 旺宏电子深耕记忆体产业三十年
放眼NOR与NAND市场的领先者

【作者: 籃貫銘】2020年01月09日 星期四

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记忆体可以区分为挥发性记忆体和非挥发性记忆体两大类,前者是电源关闭资料就会流失,後者则可以保留,具有储存的功能。旺宏电子(Macronix)则是专注於非挥发性记忆体的技术与解决方案,而且一路坚持了三十年。



图一 : 旺宏电子成立於1989年的12月9日,当时的员工仅有十来位,如今已是四千人的大企业。图中为董事长吴敏求,说明当年成立时的种种。(摄影/篮贯铭)
图一 : 旺宏电子成立於1989年的12月9日,当时的员工仅有十来位,如今已是四千人的大企业。图中为董事长吴敏求,说明当年成立时的种种。(摄影/篮贯铭)

一个基本的运算系统,至少要包含三大元件,一个是逻辑元件,负责讯号的运算处理,另一个是记忆元件,用以保留和储存资料;第三个则是输入/输出元件,负责原始资料的输入和运算後的资料输出。这三大组件几??不会从电子系统中消失,有着如基石般的价值。


而旺宏电子就属於其中一个基石,它专注於提供记忆体解决方案,是台湾记忆体产业里的大前辈,不仅因为它精良的品质,更因为它长久以来对记忆体技术的坚持。他们深耕非挥发性记忆体的技术与方案,一路坚持了三十年。


延伸阅读

细究记忆体的分类与应用,大致可以区分为挥发性记忆体(Volatile Memory)和非挥发性记忆体(Non-Volatile Memory)两大类,前者是电源关闭资料就会流失,後者则可以保留,因此具有储存的功能。

但是记忆体的产品与技术相当五花八门,单单挥发性记忆体就有SRAM、DRAM、SDRAM和DDR-SDRAM等,现在为了因应行动装置的需求,则还有LPDDR等。

至於非挥发性记忆体,过往常用的有ROM、PROM、EPROM和EEPROM等,近期较主流的则有Flash ROM(常见的有NOR与NAND),更次世代的则还有FRAM、MRAM、RRAM和PCRAM的记忆体技术。

2019年的12月9日,是旺宏成立的三十周年厌,当天一手草创旺宏的董事长吴敏求,亲自主持了厌祝典礼。三十年的记忆体产业历史,可谓是风风雨雨,也因此他慎重又感性的亲拟了一篇感谢词。他感谢所有旺宏员工这三十年的付出,把不可能化为可能。而这不可能中的可能,或许就是旺宏在记忆体产业里的核心竞争力。


ROM记忆体起家 以品质与策略打入任天堂供应链

虽说记忆体是系统中的必要元件,但由於全球市场竞争激烈的缘故,若没有扎实的技术和优越的营运能力,很难在列强盘据的记忆体市场中存活下来。


以唯读记忆体(Read-Only Memory,ROM)来说,在90年代,全球就有几十家的业者有能力可以提供ROM记忆体,而且主力的供应商都是美日大厂。然而旺宏当时只是一家甫成立的公司,却能一举夺下任天堂的大单,并成为其最主要的ROM记忆体元件供应商。


由於ROM唯读的特性,再加上易整合的性能,因此十分适合用於游戏卡匣上。而实体卡匣的销售又是当时游戏市场最主要的商业模式,又任天堂是全球最大的一家游戏公司。因此成为任天堂的供应商,无疑给了旺宏一飞冲天的机会。



图二 : 旺宏的崛起与任天堂的关系深厚,因此旺宏也在陈列室辟了一大区来展示。(摄影/篮贯铭)
图二 : 旺宏的崛起与任天堂的关系深厚,因此旺宏也在陈列室辟了一大区来展示。(摄影/篮贯铭)

能有这样的突破,吴敏求的运营擘划固然功不可没,但他把品质与创新的思维深植到记忆体制造里,更是决定了旺宏能够走长走远的最大关键。打入任天堂的供应链,就是最好的证明。


除了有打入日商的成绩单外,旺宏的高品质还可以从其采用PPB(十亿分率)的自信看出。旺宏是全球第一家采用PPB为单位的半导体业者,这意味着他们的产品有高於竞争对手一千倍的品质(业界多用百万分率PPM)。


而怎麽达成这个目标,则是吴敏求很早就观察到,台湾的制造业若想在品质上领先国际,导入自动化制造是必然的方法。也因此,旺宏很早期就导入智慧制造,甚至可能是台湾最早使用工业4.0概念的半导体业者。他们透过收集生产大数据,并进行智慧分析,藉此优化生产流程,而这套生产系统现在称为「超新星(Super Nova)」。


「本来是叫Nova,但现在已经是Super Nova了」吴敏求透露。


自主研发又重视创新 是旺宏鲜为人知的硬底子

有超高的生产品质撑腰,其实还不够,半导体终究是个硬市场,讲的是实力,所以技术上的突破和创新,才是维持竞争力的关键要素。而这点,旺宏也是完全的掌握。


很多人不知道,旺宏其实非常重视自有技术的研发,在R&D的投资与布局上不遗馀力,目前取得的专利数量已有7950个,其中最先进的3D NAND快闪记忆体领域,更有超过2400项专利。而这些专利也极具质量,让他们在多次的专利诉讼中,战无不胜。



图三 : 品质与创新可以说是旺宏走过三十年风雨最重要的成功因素。(摄影/篮贯铭)
图三 : 品质与创新可以说是旺宏走过三十年风雨最重要的成功因素。(摄影/篮贯铭)

以旺宏着名的「BE-SONOS」制程为例,该技术就是旺宏自行研发,它改良了产业通用SONOS(矽-氧-氮-氧-矽)快闪半导体制程的能隙(BandGap)性能。他们透过增加氧化层和氮化层的方式,提高了资料的保留能力与更隹的电子控制能力,而反映到产品上,就是提高了读写的耐用度与更低的功耗与杂讯。


因此,尽管在成立之初就取得任天堂ROM记忆体的大单,但旺宏依然继续推进其在非挥发性记忆体上的技术能力,并布局更先进的产品与应用。例如在1992年推出了世界首款的4MB快闪记忆体,2000年与Infineon合作研发全球首颗单晶片32MB Mask ROM多媒体储存卡等,显示了旺宏在记忆体领域追求卓越的决心。


然而因为台湾记忆体产业大环境的艰难,也掩盖了旺宏在技术研发上的实力,未受到该有的市场关注,因此吴敏求经常感叹说:「很多人其实不了解旺宏。」


而随着装置与应用的更迭,轻薄短小成了设计的主流。因此除了ROM记忆体之外,旺宏也扩大了在快闪记忆体的投资,而且锁定了NOR快闪记忆体,并专注在序列式(Serial)的快闪记忆体技术。这种记忆体采SPI的介面,需要的引线数比平行式(Parallel)的技术少,因此有体积小的优势,就很适合用在嵌入式的设计中。


而经过多年的努力,旺宏已在序列式NOR快闪记忆体取得了世界领先的地位。


用品质说服客户 前进医疗、车用、工业与5G市场

极隹的耐用性与优异的功耗与杂讯能力,则为旺宏开拓了全新的市场机会,走进了过去台湾记忆体业者难以前进的领域,医疗电子就是其中一个。目前旺宏的记忆体方案已陆续获得医疗电子业者的青睐,运用在AED与无线心律侦测器等。


以旺宏打入的一个心律侦测装置为例,该产品需要非常精确地侦测心律的波形,故对电子元件的杂讯十分要求,而旺宏的记忆体产品不仅功耗低,而且电子杂讯几??是零,因此获得了业者的采用。


「这家业者测试好了好几家的产品,但只有旺宏的产品符合他们的标准」吴敏求骄傲的说。同时他也透露,由於医疗领域取得核准所需的时间较长,因此目前的应用的数量仍不太多,但未来可见度将会明显的提高。


除了进入医疗电子领域之外,旺宏的记忆体方案也陆续进入了工业、通讯与汽车应用的领域。而所凭藉的,同样都是优异的产品品质,再加上能针对特定应用的生产制造能力。



图四 : 凭藉着超高的品质技术,旺宏电子已逐渐打入了对品质非常要求的汽车、工业与医疗领域。(摄影/篮贯铭)
图四 : 凭藉着超高的品质技术,旺宏电子已逐渐打入了对品质非常要求的汽车、工业与医疗领域。(摄影/篮贯铭)

以即将商转的5G为例,这些5G基地台都会需要使用NOR快闪记忆体,但需要的容量远高於一般的电子产品,至少需要1~2GB的容量。目前在亚洲只有旺宏有能力供货,而且产品的品质又能够满足基地台这类基础建设,对稳定度与耐用度的需求。


旺宏展览室现场就展示了一部华为的基地,该基地台即采用了旺宏1GB的NOR记忆体,而除了华为之外,旺宏也有??打入其他主要的基地台造商。


记忆体中心时代来临 挥军NAND市场

吴敏求也表示,过去是处理器为中心的时代,但接下来将是记忆体为中心(Memory-centric)。因为随着处理器的速度越来越快,记忆体的频宽就成为运算瓶颈能否突破的关键,而旺宏拥有非常深厚的记忆体技术,在专利的质与量上,都属世界领先地位,因此非常有信心能够成为未来快闪记忆体市场的领先者。


尽管目前已是NOR记忆体的领先者,但吴敏求仍想持续扩大在记忆体产业的影响力,尤其是在NAND快闪记忆体市场的布局,因此他在旺宏三十周年厌的当天,许下了20年後要成为领先者的心愿。


而依据旺宏目前公开的NAND技术进展,预计将会在今年下半年量产48层的3D NAND晶片,2021年会提升至96层,而2022年则进入192层。


吴敏求表示,在NAND Flash市场上,旺宏将要面临三星、美光、东芝和海力士等国际大厂,将会是非常严峻的挑战。但旺宏将会以自身扎实的研发与制造实力,并善用「借力使力」的方法来因应,逐步迈向目标。


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