半導體存儲器期待再創(chuàng)輝煌

DRAM是半導體業(yè)的起點

今天來說半導體存儲器，主要包括DRAM和flash(閃存)兩大類產(chǎn)品。DRAM是Intel公司的起家產(chǎn)品，是日本、韓國及中國臺灣進入以集成電路為代表的半導體行業(yè)的切入點和迄今為止的主打產(chǎn)品，日本通過1976~79年的VLSI技術(shù)研究組合國家計劃，首先進入了64K DRAM時代，在存儲器技術(shù)方面趕上并超過了美國，從而使日本企業(yè)的半導體生產(chǎn)大發(fā)展，并于1985年超過美國，1988年曾獨占世界市場50%以上，達于頂峰。此后由于韓、臺在DRAM領(lǐng)域的相繼崛起，美國稱霸微芯片領(lǐng)域，導致日本在世界半導體市場上地位的日益衰微，近年已僅占20%。2006年世界10大DRAM公司中，日本僅有Elpida 1家，韓國三星已成長為世界最大DRAM生產(chǎn)公司，獨占28%的世界市場份額，Hynix公司緊隨其后，占16.6%，兩家公司合計，即占世界市場44.6%，接近半壁江山，我國臺灣也有4家公司入圍世界10大DRAM公司之列。

圖1 日本半導體生產(chǎn)的世界地位

日本曾占有世界8成DRAM市場，怎么會在韓臺的追趕下，節(jié)節(jié)敗退，最后落得Elpida一家碩果僅存？原因只有一個，那就是日本企業(yè)在產(chǎn)品成本上不敵韓臺以及美國Micron公司。以日本撤退前的64Mb DRAM進行比較，日本在芯片制造過程中要使用近30片掩膜，韓臺公司不過20片左右，美國Micron更僅只有15片，只及日本半數(shù)。掩膜數(shù)越多，工程越多，設(shè)備費、材料費、工資等都高，制造費用高，利潤難得，自然難于維持。

上世紀80年代，DRAM主要用于大型主機，質(zhì)量要求高，必須有25年的可靠性保證。進入90年代，PC成為計算機市場上的主導產(chǎn)品，對DRAM的可靠性無需保證25年，廉價成為主要訴求，使韓美公司一舉占了上風。日本留下的教訓是在以過剩的技術(shù)生產(chǎn)過剩品質(zhì)的DRAM。

圖2 世界DRAM市場

半導體存儲器應用在不斷發(fā)展，它在半導體產(chǎn)業(yè)中的地位既很重要又很穩(wěn)定，它又是一項技術(shù)相對較低和可以大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，因而迄今為止，一直是后進國家在半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)方面趕超發(fā)達國家的唯一有效途徑。日本如此，韓國和中國臺灣也是一次次重復走著日本的道路，而且都很成功。

DRAM重踏快速道

據(jù)iSuppli公司統(tǒng)計預測，世界DRAM市場在2005年下降6.2%之后，2006年在PC市場增長的牽引下，即大幅攀升33.8%，達332億美元，預計2010年將增長到382億美元，2005~10年5年間的年均增長率為9%(圖3)，在各類產(chǎn)品中名列前茅。同時，我們也看到，未來幾年內(nèi)DRAM因受flash和價格影響，銷售值增長雖有所放緩，但依然前景可期，從銷售量而言，更仍保持著50%左右的增長速度，足見需求暢旺。

圖3 存儲器應用的發(fā)展

以DRAM為主的存儲器、邏輯電路和微芯片自上世紀90年代已發(fā)展成為半導體業(yè)中三大主力產(chǎn)品。統(tǒng)計數(shù)字顯示，三大產(chǎn)品的比重互有參差，1988年邏輯電路居首，存儲器次之；1993年存儲器躍居首位，微芯片緊隨其后；2003年順序又變成微芯片、邏輯電路和存儲器；2006年再次成為邏輯電路、存儲器和微芯片(表2)。

DRAM的容量正一代一代不斷升級，2005年是256Mb和512Mb產(chǎn)品的交替年，2007年512Mb達于頂峰，同時向著1Gb轉(zhuǎn)移，2008年將成主流，今后還將向著4G、8G繼續(xù)挺進。從bit生產(chǎn)量來計算，2005年DRAM產(chǎn)量比10年前的1995年提高了160倍。從牽引存儲器發(fā)展的PC用標準存儲器而言，1995年為8Mb，2005年提高了64倍，達到512Mb，其間PC的出貨量大約翻了一番。今年1月底開始上市裝載Vista操作系統(tǒng)的PC，其標準存儲器容量至少要提高一倍，需要1Gb的DRAM。隨著Vista今年下半年的推開普及，DRAM市場勢將擴大。

PC的低價格化也給了DRAM很大的壓力，盡管DRAM從同步型(Sync)DRAM發(fā)展到雙數(shù)據(jù)率型(DDR)，再到DDR2型，數(shù)據(jù)傳送速度不斷提高，但在產(chǎn)品附加價值上很難反映出來。由于PC用DRAM難于獲利，幸而出現(xiàn)了快速發(fā)展的移動電話，2006年世界銷量超過了10億部，為DRAM帶來巨大需求，而且價格是PC用DRAM的1.5倍(低功耗的要求提高了成本)可獲取較高利潤。這樣，向來向PC一邊倒的DRAM，踏上了多元化發(fā)展的道路。

flash緊追不舍

flash(閃存)是一種非易失存儲器，具有低功耗、讀寫快、高效能等優(yōu)點，有NAND和NOR兩種規(guī)格，前者用于數(shù)碼相機和MP3，后者用于移動電話，但隨著容量的擴大，移動電話正轉(zhuǎn)而采用NAND flash，故而NAND flash自2003年市場起飛以來，增長迅速。據(jù)美國Web-Feet Research公司預測，NAND將從2005年的約120億美元增長到2010年的350億美元，年均增長率接近24%，而同期NOR僅從70億美元增長到120億美元，其間徘徊于100~120億美元之間，年均增長率11.4%。(圖4)。因此，原為NOR陣營旗艦公司的Intel已在2006年初與Micron合作，進入NAND領(lǐng)域，腳踩兩只船。另一巨頭Spasion公司也于2006年年中以O(shè)RNAND產(chǎn)品殺入NAND市場。

圖4 NOR和NAND flash市場的發(fā)展

三星是世界最大的NAND flash公司，獨占市場46%，加上東芝和Hynix，三家合計占約90%，壟斷性很高(表3)。

圖5 NAND flash的應用市場

另據(jù)美國SIA的最新報道，世界DRAM市場將從2006年的330億美元增長到442億美元，年均增長率為10.2%，同期以NAND為主的flash則將從205億美元提高到257億美元，年均增長率7.8%，兩者之比基本保持在60：40左右。

NAND型產(chǎn)品已被公司視為“搖錢樹”而紛紛相繼涌入該市場。隨著NAND容量的增大和價格下降，應用不斷擴大。NAND首先大量應用于數(shù)碼相機，當然，U盤的殷切需求也是推進NAND的動力之一。此后，便攜音響特別是Apple公司推出的時尚風行產(chǎn)品iPod采用了NAND，進一步推動了產(chǎn)品的發(fā)展。
2005年初iPod即有配置512MB和1GB產(chǎn)品，當年秋又很快推出了2GB和4GB的產(chǎn)品。隨著移動電話的高功能化，在采用DRAM的同時，也對大容量flash有了訴求。移動電話原先用的是NOR flash，可在走向容量化時，增加了NAND的采用。NAND的價格下降，不僅使它開拓了便攜式音響設(shè)備和移動電話的應用，同時還出現(xiàn)了在PC中取代HDD的可能性。現(xiàn)在必要的數(shù)據(jù)文件都已保存在服務(wù)器里，PC只保有操作系統(tǒng)和應用軟件，這樣有8GB的容量也就足夠了。從眼下NAND的降價速度看，2010年8GB的NAND會比同容量的HDD還便宜。當然，需求更高容量如30GB或60GB等的產(chǎn)品，則仍會使用HDD。

去年NAND的價格下降太快，由于數(shù)字音響已銷售一輪，致使NAND價格直瀉70%，今年1季繼續(xù)滑落60%，2季以后可望好轉(zhuǎn)。這令公司經(jīng)營風險增大，或?qū)⒈黄纫种仆顿Y。不過無論如何，市場仍然在擴大，預計今年可望在去年增長15%的基礎(chǔ)上，續(xù)增19%達到148億美元。

說到底，微細化基礎(chǔ)上的價格下降，在每年容量翻番的前提下實現(xiàn)低價格還是NAND持續(xù)發(fā)展的原動力。NAND的量產(chǎn)技術(shù)已進入70nm時代，2006~07年將向50nm轉(zhuǎn)移，2008~09年40nm，2010~11年將進入30nm時代。

HDD實際是NAND flash的市場先行開拓者。HDD的應用市場正從傳統(tǒng)的服務(wù)器和PC迅速向著消費電子擴展，面向新市場的出貨量將從2005年的5000萬臺增長到2010年的1.5億臺，其間PC用HDD分別為3.1億臺和5億臺。幾G~20GB的HDD主要用于便攜音樂播放機和移動電話，20G~100GB用于汽車導航、數(shù)字攝像機等；100G~幾百GB則主要用于DVD錄像機。NAND flash通過低價格優(yōu)勢，從小容量到大容量將逐漸蠶食HDD市場，預期2010年是10GB產(chǎn)品，2010年代則將進入幾十G~100GB容量的產(chǎn)品領(lǐng)域。

新產(chǎn)品開發(fā)火熱

半導體存儲器本身也在不斷創(chuàng)新，其中有的已經(jīng)成熟，但現(xiàn)有產(chǎn)品應用繼續(xù)擴大，同時，新一代產(chǎn)品開發(fā)也正加緊進行，向著高性能、大容量、低成本的總目標深入進軍(圖6)。

圖6 不同半導體存儲器的今日地位

現(xiàn)有半導體存儲器包括DRAM和flash都已經(jīng)成熟，一方面尋求擴大市場，一方面如韓國三星和Hynix公司則是在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)DRAM和NAND，從而可依據(jù)市場需求來調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)，為公司帶來更大利好。與此同時，下一代新半導體存儲器的研發(fā)進入了白熱化時期，有的產(chǎn)品更已進入到量產(chǎn)化階段。

各種半導體存儲器各有特點，如表3所示，F(xiàn)RAM已有幾家半導體公司在開展實用化，富士通1999年開始量產(chǎn)，已生產(chǎn)4億個以上，用于IC卡、單個存儲器、RFID等。MRAM和FRAM一樣，制作時只需幾塊掩膜，可望大大降低成本，雖早已期待產(chǎn)品化，但2006年以來僅有Freescale公司開始量產(chǎn)4M產(chǎn)品。PRAM可使用已有flash的同一生產(chǎn)線，特別具有低價格化的優(yōu)勢，Intel、ST、三星等都給予了很大的關(guān)注和期待，三星已少量生產(chǎn)256M產(chǎn)品，并正開發(fā)512M產(chǎn)品，明年可望上市。IBM、Spansion、三星、Sharp、富士通等都正積極從事RRAM的開發(fā)，Sharp與大阪大學開展合作研究，預期2010~12年間有望實用化。

公司動態(tài)

三星

三星是韓國第一大半導體公司，世界僅次于Intel的第2大半導體公司。多少年來三星公司一直是世界DRAM的龍頭企業(yè)，同時也穩(wěn)坐NAND flash世界市場的頭把交椅。從2000年以來的7年間始終領(lǐng)導著DRAM的微細化技術(shù)，已進入了80nm時代，2006年在業(yè)界率先推出了1Gb DRAM。日前公司已發(fā)布了最先進的50nm 16G NAND flash首批樣品，即將量產(chǎn)。由于NAND價格不穩(wěn)定，今年或?qū)p少5%的產(chǎn)量。Flash的應用除存儲卡和MP3之外，今年以后將大舉進入移動電話市場，或?qū)袾OR、NAND和SRAM放在同一封裝內(nèi)，開拓名為OneNAND戰(zhàn)略產(chǎn)品。公司將DRAM和flash在同一生產(chǎn)線上混合生產(chǎn)，是其得意之舉，可視市場情況合理調(diào)整，使生產(chǎn)效率達到最大化。

Hynix

Hynix是韓國僅次于三星的第二大半導體公司，世界位居第8，公司2006年營收比上年猛增40%，達82.7億美元，創(chuàng)歷史新高，營業(yè)利潤達到22億美元，是世界獲利最多的半導體公司，今年營收可望更進一步提高，達到86億美元。公司去年包括無錫工廠建設(shè)和韓國生產(chǎn)線升級共投資46億美元，今年為增設(shè)300mm生產(chǎn)線還將投資47億美元，擴大生產(chǎn)，以便保證世界前10的地位。今年公司將采用60nm技術(shù)生產(chǎn)DRAM。2006年NAND市場急速成長，但從年末已開始抑制生產(chǎn)，今年計劃減產(chǎn)20%。采用加速微細化以保持競爭力的戰(zhàn)略，將促使70nm主流技術(shù)升級到60nm，年內(nèi)還計劃上市55nm產(chǎn)品。

Qimanda

2006年5月作為Infineon公司的存儲器部分離而成。2006年公司營收55億美元，在世界DRAM領(lǐng)域列第3，半導體領(lǐng)域排名世界第12。以bit計的出貨量2006年比上年大幅成長80%，其中非PC用DRAM產(chǎn)量已占一半以上，公司正走圖形顯示用DRAM等的多元化道路。50%以上的生產(chǎn)能力都已采用90nm以下的技術(shù)，以提高生產(chǎn)率。公司DRAM采用溝道技術(shù)，具有低功耗特性，使公司一半多產(chǎn)品適用于游戲機和數(shù)字消費電子。

Micron

據(jù)最近1個季度的統(tǒng)計，公司DRAM占其營收的70%，NAND占15%，CMOS圖像傳感器占15%，正在明顯走產(chǎn)品多元化的道路。公司2004年投產(chǎn)移動DRAM，產(chǎn)品不斷擴大，現(xiàn)已有64Mb~512Mb各型，并已有1Gb產(chǎn)品上市，其中最有特性的是模擬SRAM，接口是SRAM，本身則是DRAM，在這類產(chǎn)品市場上公司獨占鰲頭。公司300mm線已開始量產(chǎn)，引進了銅布線技術(shù)，并即將向68nm工藝進軍。未來1Gb移動DRAM還將和NAND置于MCP(多芯片封裝)同一封裝內(nèi)。

公司2004年末開始NAND flash生產(chǎn)，用于MP3-USB卡、flash存儲卡等，產(chǎn)品有1-16G各型。面向Apple的iPod。從2006年開始，公司投資300mm生產(chǎn)線，去年開始使用50nm工藝生產(chǎn)、年末圓片生產(chǎn)能力已擴大到3倍。在NAND前工程生產(chǎn)方面，與Intel組成了IM flash技術(shù)合資公司。

Elpida

Elpida是日本唯一生產(chǎn)DRAM的專業(yè)公司，在世界DRAM領(lǐng)域位列第5，半導體領(lǐng)域排名第20，產(chǎn)品供PC/服務(wù)器應用為主，并正向數(shù)字消費電子/移動產(chǎn)品進行調(diào)整。為適應市場需求，對臺灣力晶公司進行委托生產(chǎn)，大大提高了產(chǎn)量。公司營業(yè)利潤去年由紅轉(zhuǎn)黑，并達到了15%的水平，正成為日本半導體領(lǐng)域的優(yōu)秀公司。公司去年末開始應用70nm技術(shù)大量生產(chǎn)，還不斷投資300mm生產(chǎn)線以提高生產(chǎn)力，加上與力晶的合資公司今年7月投入量產(chǎn)，明年公司的全部生產(chǎn)力可達到每月24萬片。

Intel

公司flash的營收2005年22.8億美元，2006年還略降到21.6億美元。公司原先主營NOR flash，在該產(chǎn)品領(lǐng)域君臨天下，產(chǎn)品有8M-1G各型，供移動電話、消費電子等應用。設(shè)計工藝包括130nm-65nm，今后將引向45nm、35nm產(chǎn)品，明年上半年可望生產(chǎn)45nm 2G的樣品。2006年初，公司與Micron合資建立的IM flash公司(Intel占49%股份)進入NAND領(lǐng)域，供應2-16G產(chǎn)品，公司決定同時向兩個領(lǐng)域發(fā)展。

Spansion

在NOR flash市場與Intel公司并稱雙雄，是提供NOR基閃存解決方案的專業(yè)公司，占有大約30%的NOR市場。2006年公司營收增長27%，達26億美元，在世界半導體業(yè)中名列第23位。公司采用90nm工藝，產(chǎn)品供高端移動電話使用，并已有65nm產(chǎn)品樣品供應。正在建設(shè)300mm圓片工廠，預計今年3季可量產(chǎn)65nm產(chǎn)品，明年下半年可正式量產(chǎn)45nm產(chǎn)品。

臺灣公司

臺灣有4家公司進入世界10大DRAM公司之列，尤其是南亞、力晶和茂德，營收都在20億美元左右。南亞近兩年連續(xù)大幅增長，繼2005營收激升22.8%，2006年又竄高50.9%，達22.4億美元。南亞是臺灣第2大半導體公司，在世界排名第23位。產(chǎn)品系列包括DDR 256M/512M、DDR2 512M/1G，今年將開始DDR2 2G和DDR3 512M的量產(chǎn)。公司有與Qimanda的合資公司—依諾泰克存儲器公司。今年將采用70nm以下的最先進工藝，預計年末生產(chǎn)能力可達月投入9萬片的規(guī)模。

力晶公司2006年營收也獲得巨大增長，勁升79%，達27.9億美元，DRAM生產(chǎn)占85%。力晶是臺灣第1大半導體公司，世界排名第19位。產(chǎn)品包括主流DDR2 512M以及DDR 512M/256M等，今年末將投產(chǎn)DDR2 1G產(chǎn)品，設(shè)計尺寸以90nm為主流，今年將試生產(chǎn)70nm產(chǎn)品。公司與日本Elpida合資創(chuàng)立了Rexchip公司。公司的DRAM戰(zhàn)略是增建300mm圓片線，去年末生產(chǎn)能力已達月產(chǎn)10萬片，以提高價格競爭力，今年生產(chǎn)能力將進一步提高到月投24萬片。

茂德公司是臺灣第3、世界第27位半導體公司，去年增長也極迅速。產(chǎn)品線有256M/512M、DDR128M~512M、SDRAM64~256M、移動SDRM 128M/256M等。2005年開始采用90nm工藝量產(chǎn)，2006年向70nm、60nm升級。