2019年中國集成電路NAND Fhlash發展現狀及發展趨勢分析[圖]

集成電路王密 2020-03-10 05:47 來源：智研咨詢

NAND Fhlash 是集成電路的一種。NAND Flash 屬于半導體產品，是集成電路的一種。所以，NAND Flash 的生產和其他半導體產品一樣，都基于對硅材料進行加工，經過設計、
封裝、測試等步驟，最終成為芯片產品。在晶圓加工環節，通過半導體加工工藝，每片晶圓上有數百顆 NAND Flash 芯片。這些由無數個晶體管電路組成的芯片稱為 Die，每個Die 都是一個獨立的功能芯片。

NAND Flash 容量結構從大到小可依次分為 Device、Die、Plane、Block 和 Page。一個Device 有若干個 Die，每個 Die 有若干個 Plane，每個 Plane 有若干個 Block，每個 Block有若干個 Page。而一個 Page 中包含著多個 Cell，Cell 是 Page 中的最小操作擦寫讀單元，對應一個浮柵晶體管，這些晶體管的存儲量決定于存儲單元的類型。

3D NAND 工藝持續提升，堆疊層數不斷增加。自三星在 2013 年研發出 24 層 3D NAND技術后，各原廠均投入對 3D NAND 技術研發。在三星、SK 海力士等原廠在 3D 技術快速發展的推動下，3D NAND 迅速普及且產出比例持續攀升，現已成為主流制程。此外，根據技術發展路徑，3D 堆疊技術也在持續提升，3D NAND 持續向更高層數進行堆疊，從而實現產品不斷迭代。

在 2019 年 5 月 GSA MEMERY＋論壇上其預測在未來 5 年內，3DNAND 堆疊層數將達到 500 層，10 年內將可達到 1000 層。層數增加意味著對工藝、材料的要求會提高。此外，在堆疊層數增加的情況下，雖然存儲堆棧的高度在增大，但每層的厚度卻在縮減。按照目前技術發展趨勢，每升級一次堆棧厚度都會變成原來約 1.8倍，而層厚度會變成原來約 0.86 倍。目前，各原廠商都在對 3D NAND 產品的各項指標進行優化，包括讀寫速度、容量、功耗等。此外，對于成本控制也是原廠需要考慮的因素之一。各原廠對于技術和成本的追求，將有助于其保持和鞏固市場。

增加存儲孔密度、增加存儲單元密度、邏輯擴展增加比特密度是目前擴大存儲容量的三個主要有效方法。三種維度增加容量的效果各不相同，從 64 層擴展到 96 層時，存儲孔密度大概增加了 10%;存儲單元密度增加了 68%;TLC 比特密度增加了 65%。綜合這三種方法就可以看到整個閃存容量的增長了。根據各代產品發展情況，3D NAND 單位面積存儲容量在不斷增大。從三星量產 32層 128Gb 存儲容量為 1.86 Gb/mm²，到目前東芝存儲堆積到 128 層 512Gb 存儲容量為 7.8Gb/mm²，單位存儲容量提升已達到逾 4 倍。此外，在 Die 容量相同情況下，由于單位面積存儲容量提升，單 Die 尺寸將會縮小。所以在相同尺寸的晶圓上，Die 產量將會得到提升。技術迭代在提升單位面積容量的同時，通過規模化生產降低制造成本，將對原廠形成內在激勵。

3D 閃存存儲容量趨勢

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雖然各方對于 3D NAND 技術突破的預測不盡相同，但產品迭向更高堆疊層數迭代的趨勢得到一致認同。由于堆疊技術迭代，單位面積存儲容量將得到提升。此外，由于容量提升，對于單 Die 容量相同的兩代產品而言，新一代產品尺寸將會有所縮減。所以，這將使得同樣大小晶圓產出量將上升，而規模化生產有助于降低生產成本。

一、需求

手機和數據中心服務器作為 NAND Flash 產品主要應用方向之二，其出貨量將對NAND Flash 產生影響。目前，我國智能手機出貨量占全球市場份額超過 20%，隨著國內品牌在性能等方面升級，將提高品牌知名度，銷售量將有望提升。智能手機出貨量上升使得華為、OPPO、VIVO、小米等已是存儲原廠重要客戶。在服務器領域，我國廠商在市占率具有一定優勢的情況下，疊加國內 IDC 產業加速發展，出貨量有望提升。所以，我國相關廠商對 NAND Flash 需求有不斷擴張的趨勢，基于產能保障等方面考慮形成國產替代需求。

國產品牌正走向世界，我國是智能手機重要產地之一。華為、OPPO、VIVO、小米等國產品牌近幾年在智能手機領域發展迅速。據調查數據顯示，華為、小米和 OPPO 出貨量位居全球品牌第 3、第 4 和第 5 位；而根據全年的數據，排名 2019 全年全球智能手機市場出貨量和市場份額前五的廠商分別為：三星、華為、蘋果、小米、OPPO。2019 年全年數據顯示，華為已經超于蘋果，成為全球第二大智能手機廠商。我國國產手機品牌已經逐步走出國內，面向全球市場。對于我國智能手機產業而言，除國產品牌外，還有部分國外品牌在我國企業代工。根據調查數據顯示，我國智能手機出貨量在全球份額持續保持在 20%以上，我國已經成為智能手機重要產地之一。

2019 年全球前五大智能手機廠商出貨量及市場份額

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全球及我國智能手機出貨量趨勢

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數據流量爆發已經成為趨勢，而在這種趨勢下，建設及升級將激發對服務器需求。從全球服務器市場看，我國服務器制造商具有一定市場份額，其中新華三市占率為全球第二，而浪潮信息則位列第三。兩者合計市占率在 2019 年有小幅度增長。隨著國內云計算產業加速和 5G 下游應用開發，國內建設逐步加速，國內服務器需求將會有所增加，國內領先廠商有望進一步提升市場份額。

按營收口徑國內服務器廠商全球市占率

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二、政策

在集成電路領域，我國與國外領先國家之間具有一定差距。這種差距在芯片領域尤為明顯，大部分高端芯片需要進口，對于產業安全具有較大影響。而國家對于集成電路產業扶持在政策和資金上均有所傾斜，為我國集成電路發展不斷注入活力。目前，在某些領域已取得一定進展，并不斷縮小與領先集體之間的差距。

國家發布政策支持集成電路產業發展。集成電路作為信息產業的基礎和核心，國家將產業發展提升到戰略高度。自 2014 年以來，國家大力主導推動整體產業發展，先后頒布了《國家集成電路產業發展推進綱要》、《集成電路產業“十三五”發展規劃》等政策。此外，各地方政府也頒布地方性政策以扶持相關產業發展。存儲器和 3D 封裝產業發展在相關政策中也有所提及。國家政策對于集成電路產業扶持將有助于相關企業在技術上對先進隊伍進行追趕。

我國國家層面集成電路產業部分政策

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根據相關政策，國家對于集成電路產業的發展具有一個較為明確的目標；到 2020 年要達到與國際先進水平的差距逐步縮小、企業可持續發展能力大幅增強；到 2030 年，我國集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平，一批企業進入國際第一梯隊，實現跨越發展。為實現這些目標，國家加大對相關企業的資金支持，將產業基金導入到企業中，實現資金和政策雙扶持格局。2014 年 9 月 24 日，國家集成電路產業投資基金(“大基金”)正式設立。截至目前，大基金已經設立兩期。對于大基金一期，截至 2018 年已經基本投資完畢，投資額度接近 1400 億元。而大基金二期在 2019 年已完成募集，募集規模約為 2000 億元，主要聚焦集成電路產業鏈布局投資，重點投向芯片制造以及設備材料、芯片設計、封裝測試等產業鏈各環節，支持行業內骨干龍頭企業做大做強。大基金資金導入對企業研發將有一定促進作用，能更好的幫助企業在技術上進行追趕。

三、3D NAND技術趨勢

早期由于我國集成電路產業技術落后于先進集團，許多高端產品需要進口來滿足需求。在 2016 年前，中國在存儲芯片市場為 0，而3D NAND 技術被幾大巨頭所壟斷。長江存儲即是在此背景下成立，其主攻方向為存儲芯片。在國家政策和大基金扶持下，3D NAND 技術研發得到支持。長江存儲作為國家存儲器基地的主要承擔單位，其與中國科學院微電子研究所聯合承擔 3D NAND 存儲器研發項目。該項目在 2017 年取得了標志性進展，32 層 3D NAND 芯片順利通過電學特性等各項指標測試，達到預期要求。此外，該項目成功實現了工藝器件和電路設計的整套技術驗證，向產業化道路邁出具有標志性意義的關鍵一步。

在面臨國外領先廠商在技術壓制情況下，2019 年 8 月長江存儲發布了 Xtacking2.0，此次優化意味著在自主研發的道路上取得了一些進步。預計在2.0 版本構架下，將有助于提升 NAND 吞吐速率、提升系統級存儲的綜合性能。此外，長江存儲表示將跳過 96 層 3D NAND 技術，從而直接進入到 128 層技術研發。由于公司跳過中間一代技術節點，而進入到當前領先原廠的研發節點上，這將使得公司需要面對更為嚴峻的挑戰。新一代技術的研發將加快縮小與先進集團之間的距離，也有助于打開國家市場，打破外資壟斷的局面。

長江存儲是我國 3D NAND 技術上的龍頭企業，其基于 Xtacking 構架的 64 層產品而長江存儲僅有 64 層產品，但我國與國外領先原廠的距離已經在逐步縮小。此外，長江存儲已推出 Xtacking2.0 且直指 128 層 3D NAND 技術，這將有助于加快對先進技術的追趕。已經量產。雖然國際領先原廠已經量產 96 層 3D NAND 產品并向下一代產品進行研發。

5G 通信所激發的換機潮和數據流爆發將會致使 NAND Flash 需求上升。就手機而言，一方面 5G 網絡使得用戶體現提升吸引著消費者；另一方面，各種定位的 5G 手機使得各種需求得到滿足。這將激發消費者更換手機的欲望。此外，5G 手機所使用的 NANDFlash 容量有所上升，根據目前所發布 5G 手機的情況,大部分手機 NAND 容量為 128G 起，容量較 4G 手機有一倍的提升。手機對于 NAND Flash 的需求將會逐步顯現。伴隨著數據流量爆發，IDC 行業景氣度向上將激發對服務器的需求。服務器、存儲陣列等數據中心和企業應用領域是 SSD 一個重要的應用方向。所以，服務器需求上升將會激發對 NAND的需求。通信技術的革新激發 NAND 需求，為產業發展注入更大的活力。

2021 年全球云數據中心流量流向預測