众所周知,美国发动的对华“科技战”,特别是在半导体领域对中国一些企业实行的技术禁运,确实对中国的许多半导体企业,以及相应的下游电子设备制造企业造成了一定困难。但是这些困难并没有让中国企业低头,而是激发了中国企业的奋发图强,从数年前就开始了产业链自主化的长征,并且已经取得了一些成绩。
最近,加拿大半导体和微电子行业分析机构TechInsights,就又发现了一个中国企业的巨大成就:中国长江存储在市场上率先推出了首款200层以上的3D NAND闪存芯片,成功反超韩国三星电子、SK海力士以及美国镁光等主要竞争对手,在技术上成为这个半导体细分领域的全球领导者。
(长江存储已经在业界率先量产超过300层的3D NAND闪存芯片X3-9070)
根据TechInsights最新发布的《颠覆性事件》报告,该机构在今年11月对中国监控设备制造商杭州海康威视数字技术有限公司的2 TB SSD固态硬盘进行了逆向工程分析,发现了长江存储最新NAND闪存芯片的证据,在报告中称其为Xtacking 3.0技术,估计堆叠层数为232层。实际上长江存储在2022年的闪存峰会(FMS)上就正式发布了基于晶栈3.0(Xtacking 3.0)架构的第四代3D TLC NAND闪存芯片,型号为X3-9070。相比上一代产品,X3-9070拥有更高的存储密度和更快的I/O速度。
但是按照半导体行业的一般规律,通常来说从技术发布到产品上市还需要一段时间,此前业内猜测长江存储的X3-9070闪存芯片要到2023年才会上市,但是没想到这么快就已经在市场上见到了。根据国内媒体报道,除了海康威视的SSD产品以外,我们国产的致态TiPlus7100系列SSD也使用了X3-9070芯片。
(2022年第二季度全球NAND闪存芯片市场领先企业的利润和市场占有率)
根据行业媒体的统计,2022年第二季度全球NAND闪存芯片市场领先企业分别是韩国三星(市场占有率33%),韩国SK集团(市场占有率19.9),日本铠侠(市场占有率为15.6%),西数(市场占有率13.2%)和美国镁光(市场占有率12.6%)。韩国企业在NAND闪存芯片领率已经占据了全球一半左右的市场。长江存储目前还属于新人,市场占有率不高。
作为行业领先企业,今年镁光、SK海力士和三星电子先后推出了200层以上的3D NAND闪存解决方案。其中最早发布技术的是镁光,在今年5月就宣布推出业界首款232层的3D TLC NAND闪存,并且声称准备在2022年末开始生产,初始容量为1Tb(128GB);到了今年8月份,SK海力士宣布已研发成功全球首款业界最高层数的238层NAND闪存,并已经向合作伙伴发送512Gb TLC 4D NAND芯片的样品;三星半导体在11月宣布已开始批量生产采用第8代V-NAND技术的1Tb(128GB)TLC 3D NAND闪存芯片,达到了236层。
(业内预测的闪存堆叠技术的发展时间表,长江存储成为一匹黑马)
但是这些企业的产品都还没有在零售市场露面,没想到让长江存储领先上市。TechInsights评论称,这种先进的技术使这家中国公司成为了一个“严肃的竞争者”,它正在“逼近全球存储巨头,”并且预计长江存储将在2030年前成为闪存芯片市场的全球领导者。长江存储的优势包括通过Xtacking技术实现更大的存储空间和更短的开发时间。报告称:“在长江存储的Xtacking技术中,存储器阵列被翻转并结合到CMOS(互补金属氧化物半导体晶体管)上。”“长江存储声称,这种方法将产品开发时间至少缩短了三个月,并将生产周期缩短了20%。”
(NAND闪存和DRAM内存芯片的半导体制程工艺发展路径)
但是TechInsights的报告也警告称,尽管取得了成就,但“长江存储仍然面临着一场艰难的战斗”,因为美国政府最近的行动可能会严重影响该公司的“大规模生产,并迅速发展下一代技术”的能力。10月,美国商务部下属机构工业和安全局(BIS)更新了与“未经核实名单”和美国出口黑名单(官方称为实体名单)相关的政策。长江存储和其他30家中国半导体企业被列入“未经核实名单”,这些企业可能会在采购半导体制造设备时被美国政府卡脖子。产业分析机构Omdia认为,如果美国政府继续加强对长江存储的审查,就有可能“将长江存储的技术冻结在当前水平”。
不过,NAND闪存芯片并不像CPU那样的逻辑芯片一样追求缩小半导体工艺线宽,在可见的未来都会停留在10纳米以上,这样的半导体工艺使用浸没式DUV光刻机就可以完成。而荷兰ASML已经拒绝了美国政府的禁运要求,继续向中国企业提供浸没式DUV光刻机。此外,日本尼康也拥有浸没式DUV光刻机产品,也可以向中国企业供货。因此长江存储是有机会打破美国政府的禁令的。
但是,这一项关键设备仍然掌握在西方国家手中,仍然存在隐患。最稳妥的办法,还是期待我们国产的浸没式DUV光刻机面世,以及将先进半导体生产所需的十几种设备和几十种原料全面国产化。这一天并不遥远。