在日本福島外海發生7.3 級強震之后，日本半導體廠商因為中斷生產期間所造成的產品減少供應，其已對當前 NAND Flash市場供應吃緊造成了影響，這將使得NAND Flash的報價可能較之前進一步的提高。

NAND Flash的缺貨漲價是當前半導體產業的縮影。近年來，存儲芯片一直都是集成電路市場份額占比較大的類別產品，2018年存儲芯片占全球集成電路市場規模的比例高達40.21%，成為全球集成電路市場銷售份額占比最高的分支。

在當前全球芯片缺貨漲價背景下，NAND Flash行業現狀如何？隨著消費端對大容量3D NAND的需求增大，SLC NAND的市場份額會被進一步擠壓甚至替代嗎？國內廠商如何在國際大廠策略調整下助力SLC NAND完成“華麗轉身”？

底層設計差異

1989年，東芝推出了NAND Flash架構，從此開啟了存儲領域的新篇章。

作為非易失性存儲芯片，NAND Flash具有存儲容量大、寫入/擦除速度快等特點，非常適合存儲信息，一經問世，就廣泛地應用于通訊設備、消費電子、汽車電子等領域。NAND Flash 閃存從產品設計上可以分為以下幾類，分別為平面的SLC NAND、MLC NAND、TLC NAND、QLC NAND和立體的3D NAND。

如上圖所示，SLC（Single-Level Cell, SLC ）NAND和NOR FLASH的區別如下。

在NOR閃存中，每個存儲器單元的一端連接到源極線，另一端直接連接到類似于NOR門的位線。在NAND閃存中，幾個存儲器單元（通常是8個單元）串聯連接，類似于NAND門。一方面，與NOR閃存相比，NAND閃存具有更小的單元尺寸和更高的寫入和擦除速度。

另一方面，與NOR閃存相比，NAND閃存的密度要高得多，主要是因為其每比特成本較低。NAND閃存通常具有1Gb至16Gb的容量。由于NAND Flash具有更高的密度，因此主要用于數據存儲應用。

最初問世時的SLC NAND設計架構，每個Cell單元存儲1bit信息，也就是只有0、1兩種電壓變化，結構簡單，電壓控制快速，反映出來的特點就是壽命長，性能強，擦寫壽命可達10萬次。MLC、TLC和QLC每個單元存儲的信息依次遞增，電壓變化隨存儲信息增加呈指數級增長，但相應的P/E壽命隨之減少。

不管是SLC NAND還是其他三種NAND，它們都存在“閃存的縮放限制”。而為了打破“閃存的縮放限制”枷鎖，提供高容量、低成本的NAND Flash，不少企業研發解決了多種方案，其中就包括3D NAND。平面NAND是由有存儲單元的水平串組成，而在3D NAND中，存儲單元串被拉伸，折疊并以U形結構垂直豎立，單元以垂直方式堆疊來縮放密度。3D NAND存儲單元類似一個微小的圓柱狀結構，微小單元由中間的垂直通道組成，中間是結構內部的電荷層，通過施加電壓，電子被帶入絕緣電荷存儲膜中和從中取出，信號就被讀取。

以三星為例，由浮動柵結構 (Floating Gate) 遷移至電荷擷取閃存（ 2D CTF），將 2D CTF存儲單元 3D 化變成3D CTF存儲單元，最后通過工藝技術提升逐漸往上增加存儲單元的層數，把存儲單元像蓋大樓一樣越堆越高。

SLC NAND和3D NAND，誰強誰弱？

“SLC NAND和3D NAND不同的底層結構設計決定了產品性能上的差異。”存儲行業資深人士指出，“SLC NAND在38nm工藝上可以做到10萬次的擦除，3D NAND由于結構的原因，它不可能做到SLC NAND這樣高可靠性的擦除。”

SLC NAND產品的底層設計決定了它比其他NAND的可靠性高、使用壽命長，是新一代汽車、工業及物聯網等應用的理想選擇，可為那些工作在惡劣環境、溫差大，又需要長期穩定可靠運行的應用提供了理想的解決方案。

出于產量考慮，NAND閃存隨附著散布的壞塊，隨著擦除和編程周期在NAND閃存的整個生命周期中持續，更多的存儲器單元變壞。因此，壞塊處理是NAND閃存的強制性功能。

可靠性的另一個方面是數據保留，這方面，SLC NAND閃存可以提供10年的典型數據保留。

據悉，串口SPI NAND為過去使用NOR Flash（SPI）需要可靠性要求高、小封裝，又難以接受大容量NOR的高成本應用提供了完美的代碼及數據存儲的解決方案；而并口的SLC NAND產品則適用于需要更高帶寬的應用。

不過，SLC NAND的“缺點”也明顯——容量小。“在容量方面，顯而易見，全世界做得最大的SLC NAND的容量最高能做到16Gb；而3D NAND的起步容量就可達512Gb。”業內人士向集微網指出。

3D NAND是從立體空間上解決容量的方案，采用類似于建樓的方式層層堆疊。但堆疊的層數越多，其穩定性挑戰越大。目前，三星、SK海力士等大廠都在投入巨大的資金解決這個技術難題。

概而言之，兩類NAND各有千秋，SLC NAND勝在產品可靠性，而3D NAND在容量方面更具優勢。

新形勢下，SLC NAND“華麗轉身”機遇在哪？

產品性能上的差異，也直接決定了他們市場應用的不同。“SLC NAND主要針對基站、PON,路由器等通訊設備，監控安防領域，近年來低功耗的SPI NAND也開始進入了以智能手環為代表的穿戴式設備市場。而3D NAND則主打以智能手機和平板電腦的e.MMC，UFS的嵌入式產品，固態硬盤SSD以及USB Disk等大容量存儲市場。”行業人士指出，“雖然SLC市場份額不大，但也因為性能差異決定了它們的市場定位，所以3D NAND和SLC NAND之間是不可能取代彼此的位置。”

SLC NAND除了在嵌入式市場的廣泛采用，近期也隨著4G功能手機的熱銷而進入了功能手機的BOM中，繼續發揮著存儲資料信息的作用。另外，隨著全世界5G基站的建設熱潮，在5G CPE的產品中也出現了SLC NAND的身影。

此外，汽車電子成為中小容量SLC NAND重要驅動力量。隨著消費者對駕駛安全性、舒適性的需求不斷提升，以及相關政策的推動，汽車智能化正迎來快速發展時期。

在汽車系統中，從先進駕駛輔助系統到完全自動駕駛，復雜的汽車應用將更需要高容量的閃存，這對設計者而言，成本的考慮變得相對重要許多。NAND Flash相比NOR Flash單位成本來說具有優勢，能夠為較大容量車規級閃存提供良好的解決方案，這也將是SLC NAND的“用武之地”。Gartner預計至2024年，全球ADAS領域的NAND Flash存儲消費將達41.5億GB，2019-2024年復合增速將達79.8%。

從全球NAND廠商來看，2019 年全球 NAND Flash 市場中，三星電子、鎧俠、美光科技和海力士等廠商，均在 NAND Flash市場占據了很大的市場份額。國外廠商憑借先發優勢以及在終端市場建立了優勢。

不過，目前海外大廠正在全力擴建3D NAND產能，在SLC NAND的供給策略已有所變化，因此這也給SLC NAND的國內廠商騰出了發展空間。

業內人士指出，“海外供應商在NAND FLASH的領先優勢主要還是集中于3D NAND，3D NAND的應用市場主要是智能手機內的存儲，固態硬盤等。雖然海外供應商在SLC NAND的產品上有著先發優勢，但這些優勢隨著SLC NAND市場的固化和國內廠商研發的投入，也正在逐步地消失。”

SLC NAND對于三星、美光這些供應商來說，其實是一個非常小的細分市場，但是對國內廠商來說，SLC NAND的全球市場足夠大，并且SLC NAND也是進入MLC NAND、TLC NAND甚至3D NAND的必經之路。

按照SLC NAND占全球5%的NAND FLASH市場份額來計算的話，SLC NAND一年也有近30億美金的TAM。臺灣的存儲器供應商如旺宏、華邦也在積極地擴展SLC NAND的產品和應用領域。

國內的廠商的優勢還是在于本土化。“相對于海外競爭對手來說，一方面，我們更加貼近本土市場，能夠快速響應客戶需求，予以充分的服務支持，可以穩步占據供應鏈的關鍵位置；另一方面，中國企業與本土電子產品制造企業在企業文化、市場理念等方面相互認同，業務合作通暢、高效，形成了密切且相互依存的產業生態鏈。”上述業內人士表示。

據了解，國內廠商在SLC NAND的布局上，目前還都是Fabless模式，產品制程也從38nm進入24nm，最近也開始了1xnm產品的先期研發。除了在產能上需要Foundry的支持外，國內廠商也開始進入高可靠性的SLC NAND領域，包括車規市場、工業領域等。

隨著5G通訊及安防監控領域的持續增長以及汽車電子等新興領域的興起和發展，中小容量存儲市場未來具有較大增長空間。隨著國內設計技術的創新和工藝節點的提升，SLC NAND市場有望在國內廠商助推下實現“華麗轉身”。

編輯：hfy