存儲器是半導體產業(yè)的重要分支。

全球半導體協(xié)會 SIA 數(shù)據(jù)顯示，存儲芯片產業(yè) 2019 年全球銷售額約 1200 億美元，約占全球半導體市場營收 4121 億美元的 30%。

中國市場方面，根據(jù)魏少軍教授公布的數(shù)據(jù)顯示，2019 年半導體存儲器國內市場規(guī)模為 415.8 億美元，占據(jù)近 35%的全球銷售額。然而，在龐大的市場規(guī)模下，依賴進口仍然是國內存儲芯片產業(yè)多來年的發(fā)展現(xiàn)狀。以 2019 年為例，我國存儲芯片進口額為 947 億美元，占集成電路進口額 3041 億美元的 31%。市場份額被三星、鎧俠（東芝）、西部數(shù)據(jù)、美光和 SK 海力士等巨頭幾乎瓜分殆盡。

行業(yè)動態(tài)

國產突圍，迫在眉睫。

在現(xiàn)狀與困境之下，背負著打破國內存儲產業(yè)發(fā)展困局使命的國內三大存儲企業(yè)（武漢長江存儲、合肥長鑫、福建晉華）相繼發(fā)力。其中，NAND Flash 作為存儲芯片的重要產品之一，是長江存儲要重點攻克的領域所在。2019 年全球 NAND Flash 市場規(guī)模為 460 億美元，同比減少 27%。

2018-2019 年，由于市場低迷及產能過剩，存儲芯片價格持續(xù)走低，在經歷了近兩年的價格下行周期后，2019 年底稍有回暖跡象。IC Insights 發(fā)布的《McClean 報告 2020》預測，2020 年成長最快 IC 產品中，NAND Flash 排在第一，預計增幅達 19%。

圖源：IC Insights

長江存儲：十年寒窗無人問，一舉成名天下知

三大存儲在追趕業(yè)界領先水平的征程上或悲壯或順利的前行，挫折占了大半。縱然星光不問趕路人，可時光終也不負有心人，長江存儲迎來了新的里程碑。

4 月 13 日，長江存儲宣布 128 層 QLC 3D NAND 閃存（X2-6070）研發(fā)成功，且已在群聯(lián)和聯(lián)蕓兩家控制器廠的 SSD 上通過驗證。

據(jù)長江存儲介紹，X2-6070 是業(yè)內首款 128 層 QLC 規(guī)格的 3D NAND 閃存，也是我國首款 128 層 3D NAND 閃存芯片，擁有業(yè)內已知型號產品中最高單位面積存儲密度（QLC，4 bit/cell），最高 I/O 傳輸速度（1.6G/s）和最高單顆 NAND 閃存芯片容量（1.33Tb），是上一代 64 層單顆芯片容量的 5.33 倍。X2-6070 將率先應用于消費級 SSD，并逐步進入企業(yè)級服務器、數(shù)據(jù)中心等領域，以滿足未來 5G、AI 時代多元化數(shù)據(jù)存儲需求。此次同時發(fā)布的還有 128 層 512Gb TLC 規(guī)格閃存芯片（X2-9060），以滿足不同應用場景的需求。

長江存儲預計，128 層產品今年底到明年上半年量產，維持明年單月 10 萬片產能目標不變。當下，長江存儲產能為 2 萬片 / 月， 12 寸晶圓廠的 64 層芯片產能還是屬于爬升期，處于 64 層 eMMC、UFS、SSD 產品最后的研發(fā)階段。公司表示將盡早達成 64 層三維閃存產品月產能 10 萬片，并按期（二期）建成 30 萬片 / 月產能，提升國家存儲器基地的規(guī)模效應。

此外，得益于 Xtacking 架構對 3D NAND 控制電路和存儲單元的優(yōu)化，長江存儲上一代 64 層 TLC 產品在存儲密度、I/O 性能及可靠性上廣受好評。在長江存儲 128 層系列產品中，Xtacking 已全面升級至 2.0，進一步釋放 3D NAND 閃存潛能。

長江存儲填補了我國在 3D NAND 閃存芯片領域的空白，它是目前中國唯一能夠在該領域實現(xiàn)量產的廠商。盡管起步晚于國際大廠，但長江存儲發(fā)展迅速，技術水平已躋身全球第一梯隊。128 層的 3D NAND 是當今國際閃存市場的主流技術，眾多韓國閃存大廠也剛量產不久。

下面，筆者就本次新品的兩個亮點 QLC 和 Xtacking 架構，進行一些簡要介紹。

QLC

NAND 閃存通常可以分為 SLC、MLC、TLC 和 QLC 四類，QLC 是繼 TLC（3 bit/cell）后 3D NAND 的第四代存儲方式，也是當前最新一代的閃存技術。

從原理上看，QLC 的每個單元可儲存 4 個數(shù)據(jù)，那就意味著與前三種閃存相比，QLC 閃存可以在同等的 die 面積上，存儲更多的數(shù)據(jù)。擁有成本更低、容量更大、高密更高等特點，適合于讀取密集型應用。

閃存和 SSD 領域知名市場研究公司 Forward Insights 創(chuàng)始人兼首席分析師 Gregory Wong 認為：“QLC 降低了 NAND 閃存單位字節(jié)（Byte）的成本，更適合作為大容量存儲介質。與傳統(tǒng) HDD 相比，QLC SSD 更具性能優(yōu)勢。在企業(yè)級領域， QLC SSD 將為服務器和數(shù)據(jù)中心帶來更低的讀延遲，使其更適用于 AI 計算，機器學習，實時分析和大數(shù)據(jù)中的讀取密集型應用。在消費類領域，QLC 將率先在大容量 U 盤，閃存卡和 SSD 中普及。因此，QLC SSD 未來市場增量將非常可觀。”

Xtacking

2018 年 7 月，長江存儲首次發(fā)布了突破性能的 3D NAND 構架 Xtacking?。

根據(jù)長江存儲的介紹，采用 Xtacking?可實現(xiàn)在兩片獨立的晶圓上分別加工外圍電路和存儲單元。這樣的邏輯電路加工工藝，可以讓 NAND 獲取所期望的高 I/O 接口速度和功能。當兩片晶圓各自完工后，創(chuàng)新的 Xtacking?技術只需一個處理步驟就可通過數(shù)百萬根金屬 VIA（垂直互聯(lián)通道）將二者鍵合接通電路。

傳統(tǒng) 3D NAND 架構中，外圍電路約占芯片面積的 20~30%，降低了芯片的存儲密度。隨著 3D NAND 技術堆疊到 128 層甚至更高，外圍電路可能會占到芯片整體面積的 50%以上。Xtacking?技術將外圍電路置于存儲單元之上，從而實現(xiàn)比傳統(tǒng) 3D NAND 更高的存儲密度。

同時，Xtacking?技術充分利用存儲單元和外圍電路的獨立加工優(yōu)勢，實現(xiàn)了并行、模塊化的產品設計及制造，產品開發(fā)時間可縮短三個月，生產周期可縮短 20%，從而大幅縮短 3D NAND 產品的上市時間。

此外，這種模塊化的方式也為引入 NAND 外圍電路的創(chuàng)新功能以實現(xiàn) NAND 閃存的定制化提供了可能。

知乎作者“猛練自然強”將其優(yōu)勢總結為：

外圍電路置于存儲單元之上，不占實際芯片面積，提高存儲密度；

存儲單元，外圍電路分別在兩片 wafer 上加工，縮短生產工序和周期；

外圍電路單獨加工，與存儲單元可以互相獨立設計、生產、消除二者之間的設計、工藝牽制，在實現(xiàn)更高性能的同時，降低設計和工藝方面的難度。

在長江存儲首次發(fā)布的 128 層 QLC 3D NAND 上，使用的全新升級的 Xtacking2.0 架構，X2-6070 在 1.2V Vccq 電壓下實現(xiàn)了 1.6Gbps/ s 的數(shù)據(jù)傳輸速率，I/O 讀寫性能更強。

憑借 1.6Gb/s 高速讀寫性能和 1.33Tb 高容量，長江存儲通過 X2-6070 再次向業(yè)界證明了 Xtacking 架構的前瞻性和成熟度，為今后 3D NAND 行業(yè)發(fā)展探索出一條切實可行的路徑。

三星動態(tài)

NAND FLASH 行業(yè)的各家公司都在用盡渾身解數(shù)，來爭奪這塊數(shù)百億美金的市場。行業(yè)老大三星也不敢怠慢，長江存儲動態(tài)余溫未盡之際，三星便傳出新聲。

據(jù)韓國媒體《ETnews》報道，三星目前正在開發(fā)具有 160 層堆棧的第 7 代 V-NAND 閃存，相關方面技術取得重大進展。三星的第 7 代 V-NAND 閃存將采用“雙堆棧（double-stack）”技術來達到更多堆棧層，以此來擴大容量和使用范圍。三星目前尚未公布 160 層的 3D 閃存的詳細技術信息。

2019 年，三星以 166.7 億美元的營收，成為全球 3D NAND Flash 閃存市場龍頭，市占率達到 35.9%。考慮到三星占據(jù)了 NAND 閃存行業(yè)超過 1/3 的市場份額，160 層堆棧閃存若由三星成功首發(fā)，其將繼續(xù)保持閃存技術上的優(yōu)勢，拉開與對手的差距。

行業(yè)發(fā)展史

廝殺數(shù)十年的存儲器江湖，有人起來，有人倒下。

從最開始美國的獨霸天下，到八十年代后日本存儲行業(yè)騰飛，再到韓國公司依靠政府支持與時代機遇的崛起，撲滅其它人。

2008 年金融危機，存儲價格雪崩。三星開始“反周期”戰(zhàn)略，瘋狂擴產下，德國奇夢達宣布破產，2011 年日本爾必達低價賣身美光 。..

存儲行業(yè)重新洗牌，有人堅持，有人離去。熬過低潮期的存儲大廠們，在 2015-2018 年新一輪的上行周期間賺的盆滿缽滿，甚至在 2017 年，三星營收水平超過半導體霸主英特爾，終結了半導體霸主英特爾連續(xù) 27 年行業(yè)第一的記錄。

在如今 NAND 地盤上，三星、SK 海力士、美光、愷俠（原東芝存儲）、西部數(shù)據(jù)、英特爾群雄割據(jù)。根據(jù) DRAMe Xchange 數(shù)據(jù)，2019 年全球 NAND Flash 市場前五大廠商三星、鎧俠、西部數(shù)據(jù)、SK 海力士和美光的市場份額合計占比達到 89.90％。數(shù)十年來，存儲行業(yè)的廝殺像是一場輪回，十年河東，十年河西。

現(xiàn)在輪到中國殺了進來，在當前的國際局勢下，長江存儲和合肥長鑫們，擔負起了振興國產存儲芯片的重任。預計 2021 年長江存儲產能將占到 NAND Flash 整體市場的 8%

存儲巨頭進展

從 2019 年開始，業(yè)界幾大主要玩家都陸續(xù)跨進了 100+層時代。

三星公司在 2019 年 6 月推出了第六代 V-NAND 100+層（128 層和 136 層各有說法）TLC 3D NAND，8 月宣布基于該技術已批量生產 250GB SATA SSD，同年 11 月實現(xiàn)了第六代 512Gb TLC 3D NAND 的量產。

SK 海力士于 2019 年 6 月公開發(fā)布 128 層 4D TLC NAND，11 月向主要客戶交付基于 128 層 1Tb TLC 4D NAND 的工程樣品，包括 1TB UFS 3.1、2TB 客戶端 cSSD、16TB 企業(yè)級 eSSD。2020 下半年都將大規(guī)模量產出貨。近日，SK 海力士宣布推出基于首款 128 層 1Tb TLC 4D NAND 閃存的企業(yè)級 SSD-- PE8111，是針對讀取密集型應用設計的高容量存儲解決方案。這也是全球首款在商用方案中應用 128 層堆疊 1Tb TLC 4D NAND 閃存顆粒。

鎧俠在 2020 年 1 月宣布和西部數(shù)據(jù)攜手研發(fā)出 3D BiCS FLASH 第 5 代產品，采用 112 層 3D NAND 技術。BiCS5 架構主要基于 TLC 和 QLC 技術，計劃推出 112 層 1Tb（128GB）TLC 以及 1.33Tb QLC 產品，將在 2020 年下半年大規(guī)模生產。

美光早在 2019 年 10 月第一批第四代 3D NAND 芯片流片出樣。在 2020 財年 Q2 財報上進一步透露，已在第一季度開始批量生產第四代 128 層 3D NAND，將在第三季度開始出貨。預計 2021 年 3D NAND 將全面進入 100+層時代。

英特爾在過去十年中一直致力于該技術的研發(fā)。2018 年，英特爾 64 層 1024 Gb/ 裸片的 QLC 3D NAND 問世。2019 年，英特爾升級到 96 層，進一步提升了整體存儲密度。2020 年，基于數(shù)據(jù)中心業(yè)務需求，英特爾將在大連廠推出 144 層 QLC 3D NAND。

長江存儲 128 層 NAND 產品的量產時間預計將在今年年底到 2021 年上半年之間，隨著產能和良率的逐步提升，預計 2021 年將實現(xiàn) 10 萬片 / 月的產能。在量產時間上，長江存儲已沒有明顯落后。

依照目前的情況，128 層 3D NAND 已經開始大量進入企業(yè)存儲市場。如果不能把握住技術升級帶來的機會，就可能在新一輪市場競爭中掉隊。

NAND Flash 行業(yè)動態(tài)與趨勢

存儲芯片價格存在周期性變化特點，NAND Flash 作為存儲器的一種，價格自 2018 年初至 2019 年間處于降價周期。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019 年 NAND Flash 的價格平均跌幅達 46%，銷售重挫 27%，導致主要供應商陷入虧損。

經過接近兩年的降價，目前 NAND Flash 價格雖然仍相對處于低位，但從 2019 年末已逐漸開始有回暖趨勢。此外，在疫情影響下，云端服務需求加速上升以及遠程辦公、遠程教育，對筆記本電腦需求的急速上升，備貨需求逐漸涌現(xiàn)，連帶提升 NAND 存儲需求。

據(jù) Gartner 研究數(shù)據(jù)顯示，在多因素持續(xù)發(fā)酵的影響下，2020 年存儲市場規(guī)模預計將達到 1247 億美元，呈增長態(tài)勢。內存方面，由于從 2019 年開始持續(xù)短缺，以及晶圓廠的業(yè)務延遲和技術轉型，NAND 閃存價格將不斷提升，預計 NAND 閃存收入將在 2020 年增長 40%。

隨著 NAND Flash 價格周期波動，主要的行業(yè)廠商針對需求變化調整產能。在上一輪降價周期中，各廠商紛紛暫緩了擴產計劃。如今隨著下行周期的結束，各廠家又重啟投資計劃。

頭部廠商產線分布情況（與非網制圖）

據(jù)不完全統(tǒng)計，2020 年 NAND Flash 擴產計劃中：

三星電子對其西安芯片工廠二期增加 80 億美元的投資，將用于投產 128 層或更高堆疊層數(shù)的 3D NAND 芯片，三星此次的擴產計劃，預計在 NAND Flash 閃存增加每月 6.5 萬片芯片產能，全部集中在中國西安廠。預計于 2021 年下半年竣工，建成后將二期產能將達到每月 13 萬片；

鎧俠和西數(shù)在巖首縣北上市投資 70 億日元，計劃 2020 年上半年開始生產 3D NAND；鎧俠計劃于 2020 年底在四日市工廠內建設 Fab7 工廠，用于投資最新的 3D NAND，計劃 2022 年投產。

可見，NAND Flash 市場經過在下行周期時的調整，庫存正在逐漸恢復，自 2019 下半年開始，數(shù)據(jù)中心、服務器等領域為了驅動 5G 網路的發(fā)展，再加上手機品牌廠 5G 旗艦機上市需求熱絡，導致 NAND 市場資源供應緊張，導致原廠加緊了 2020 年 NAND Flash 擴產的步伐。

但隨著后續(xù)疫情的結束，以及以智能手機為主的終端廠商出貨量的減少，又將會對需求端造成一定影響。同時由于行業(yè)頭部廠商競爭仍較為激烈，技術與產能并無明顯優(yōu)劣，在各大廠商迅速擴產的背景下，NAND Flash 價格的景氣周期可能較早結束，因此也要做好價格將重新進入下行軌道的準備。

結語

對于國內存儲產業(yè)來講，面臨一場下行周期未必是一件壞事。在產業(yè)周期輪轉中，資本支出轉為保守，國外存儲大廠產能擴充規(guī)劃較為謹慎，這也給了國內存儲廠商拉近差距的機會。

隨著長江存儲 128 層 QLC 3D NAND 的發(fā)布，外界對于中國大陸企業(yè)在存儲技術上的質疑之聲正在逐漸減少。

國內存儲芯片廠商要想迎頭趕上，埋頭苦研技術是不二法門。正如半導體專家莫大康曾說，存儲芯片具有高度標準化的特性，且品種單一，較難實現(xiàn)產品的差異化，因此各廠商需要在工藝技術和生產規(guī)模上比拼競爭力。

然而，技術之外，如何利用好產業(yè)周期波動帶來的機遇，也是國產存儲廠商彎道超車的捷徑所在。

十年河東，十年河西的存儲產業(yè)，國產 NAND Flash 迎來了救贖的曙光。