用的方形磁盘,软盘就属于磁性存储器。但也有可能现在很多年轻人对这些老古董没有概念,特别是CD和软盘,现在已经很难在市场上看到。因为无论是光学存储器还是磁性存储器都干不过半导体存储器。半导体存储器以其稳定的质量,高速的存储速度,相同存储容量下更小的体积,可选择性更广的存储容量和存储应用种类等优点逐步发展成为目前应用领域最广,市场规模最大的存储器件。
半导体存储芯片属于通用型集成电路,是集成电路中规模占比最大的细分产品之一。根据WSTS 的统计数据,2021年全球集成电路规模约为4608亿美元,其中存储芯片就占到了超过3成,达到了1538亿美元。其中DRAM和NAND FLASH两大类存储芯片合计占到了其中的97%,余下的NOR FLASH占了2%,存储芯片合计占比仅1%。 存储芯片按断电后是否能保留住存储的数据,分为易失性存储芯片和非易失性存储芯片。 易失性存储芯片,顾名思义就是容易丢失数据的存储芯片。但不要误解,这并不是说这类存储芯片的质量有任何的问题,而是因为其存储技术特点造成的。主要的易失性存储芯片有DRAM和SRAM两种。DRAM因为是通过电容冲放电来读取数据,所以需要不断充放电刷新,一旦断电,保存的数据就会消失。SRAM虽然不需要反复刷新,主要通过更为复杂的设计来读取和保持数据,但一旦断电,也会导致信号不断衰减到不可读取。虽然SRAM速度更快,能耗更低,但因为其设计复杂导致容量小,价格贵,所以只用在高带宽,低功耗的场景。比如CPU内部的一级缓存和内置的二级缓存。应用最广泛就是DRAM,其高速,低成本,高容量的特点给予了产品高性价比,广泛用于计算机,手机,服务器的运行数据保存应用领域。通俗来说就是电脑和手机里的内存条和内存模组就是DRAM存储器。
和易失性存储芯片对应的就是非易失性存储芯片,很容易理解就是在断电后一样可以持续保存数据信息的存储芯片。比如我们日常生活中普遍使用的U盘和移动硬盘,就是典型的非易失性存储芯片产品。非易失性存储芯片可以分为闪存,就是FLASH 和只读存储器两大类。Flash是市场主流,其又可以按存储单元结构和原理的不同分为NAND FLASH和 NOR FLASH。NAND是NOTAND的缩写,代表是与非, NOR是NOTNOR的缩写,代表是或非。两相比较,NAND FLASH 的存储单元尺寸更小,密度更高,单位容量成本更低,读写速度快,具有更长的寿命,被大量应用在电脑,手机,固态硬盘,服务器等领域。这种属于非易失性存储芯片的NAND FLASH和前面提到的属于易失性存储芯片的DRAM,这两种存储芯片就占了全球半导体存储芯片市场规模的97%。
时任美国司法部长Jeff Sessions在新闻发布会上宣布对盗取美光商业机密的一家中国公司采取刑事执法行动
而这1538亿美元的全球半导体存储芯片市场,基本被几家外资半导体大厂瓜分,全球存储芯片市场进一步集中。同时我国作为半导体集成电路消费大国,2021年全年进口半导体集成电路4326亿美元,位居单一商品进口额第一。其中存储芯片进口总额1196亿美元,占全年半导体芯片进口总额的27.6%。可以说中国每年买了全世界生产的存储芯片一半的量。中国政府和企业为了扭转这一局面,近二十年投入了大量的资金和人力,也受到了以美国为首的西方国家和头部存储厂商的打压,从早年的福建晋华案,到最近的对长江存储和长鑫存储被制裁,想要从存储芯片打开突破口还有长期的硬仗要打。
前面我们提到,全球每年的存储芯片的市场规模在1600亿美元左右,而且随着高性能计算机,服务器,边缘计算,智能穿戴市场,物联网和车联网全球市场规模的不断做大,存储器市场将迎来爆发式的增长。 存储芯片作为通用型集成电路,产品自主性强,需求量大适合规模化生产,产品价格和市场行情具有周期性特点,因此全球存储芯片市场长期以来就是各国政府和企业的必争之地。 在我们之前提到日本半导体产业紧急强化法案的时候我们就谈到之前日本半导体产业的崛起,在八十年代日本半导体出口一度占据全球半导体市场一半的量,培养出日立,NEC,富士通,三菱和东芝一系列半导体大厂。最风光的时期,日本企业占领全球DRAM市场90%以上的份额,规模效益帮助日本企业直接把DRAM的价格打到地板价,也直接打的英特尔AMD宣布退出DRAM市场竞争。在日本企业高歌猛进之时,美国政府直接出手,逼迫日本政府先后签订广场协议和美日半导体协议,又通过扶持韩国三星和半导体反倾销调查直接干废了日本半导体产业。替代的是韩国半导体企业的崛起。这些在前面谈韩国半导体政策和日本半导体产业法案的时候都详细提到过,有兴趣的小伙伴可以在喜马拉雅搜索大国阳谋-半导体芯片说去收听下。
目前的存储芯片主要是被美韩两国的企业瓜分。前面提到的NAND FLASH和DRAM两大类存储芯片市场呈现出高度集中化的特点。根据OMDIA的数据,2020年NAND FLASH 98%的全球市场由韩国三星,日本铠侠,美国美光,韩国SK海力士,美国英特尔六家公司瓜分。其中海力士收购了英特尔的NAND FLASH业务,占比达到20%,仅次于三星的34%。而DRAM市场因为极高的资金,技术和专利壁垒,更呈现出高度垄断形势,全球近95%的市场份额被三星,海力士和美光三家企业占据。
中国作为存储芯片消费大国,每年花费在在进口存储芯片的资金超千亿美元。面对被外资垄断的存储芯片市场,尝尽大厂动不动就以停电,设备检修,火灾等借口进行断供和要求涨价行为的国内各行业,可以说天下苦三星尔等久矣!加上存储芯片特别是DRAM的制程技术相对成熟,理所当然的被中国政府和企业定为重点国产替代目标。 2016年2月,泉州,晋江两级政府拉上福建省电子信息集团,晋江能源投资集团有限公司共同出资近60亿美元,通过成立福建晋华在福建省晋江市计划建设12英寸DRAM产线,规划目标产能每月六万片。并与联电签订合作协议,晋华提供3亿美元委托联电采购专用设备,再提供4亿美元主要依靠联电研发32纳米DRAM制程技术,不但设备都放置在联电的南科12A厂,而且研发成功的技术也将由联电和晋华共同所有。简单来说就是晋华出钱,联电提供技术,如果成功,将彻底改变存储芯片市场格局,因此合作双方都极为重视这次合作。联电为了协助晋华12英寸DRAM工厂的建设,更是派出了资深副总裁陈正坤担任晋华总经理。
正当双方撸起袖子准备大干一场的时候,始终在背后关注的美光开始率先发难。2017年9月,美光指控其前雇员跳槽到联电时,窃取带走了美光的DRAM机密资料,并用于晋华32纳米DRAM的芯片开发。紧接着在当年12月,美光马上向美国加州联邦法院提交控告,指控晋华和联电窃取商业机密。作为反击,晋华马上在2018年1月向福州市人民法院对美光提出控诉,指控美光在华销售产品涉嫌侵犯其专利权。
2018年7月3号,福州中级法院针对美光半导体西安和上海工厂发布初步禁令,禁止美光在中国销售包含固态硬盘和记忆卡产品在内的26款DRAM和闪存产品。联电也发布相关声明自证清白,强调联电过去投入了大量资金研发半导体逻辑和存储器芯片技术,并取得了大量的专利,联电将持续启动专利侵权诉讼,维护专利权。如果说这种相互起诉还只是商务竞争层面的斗争。之后美国政府的强势介入,彻底让这场竞争丧失了悬念。 2018年10月29日,美国以莫须有的罪名将福建晋华列入实体清单,声称晋华一直使用怀疑是从美国进口的DRAM技术,可能威胁美国芯片供应商向美国政府提供用于高科技系统产品的能力,因此将晋华列入出口限制名单,并在第二天立即生效。发布消息的当天,各大半导体设备厂商的驻场技术人员就撤出了晋华,所有产线设备进入停机状态。直到今天这些设备依旧静静的躺在晋华的厂房内,而当时产线距离研发成功投产大概也就差三个月的时间。
紧接着,美国商务部对联电,晋华,以及包括晋华总经理陈正坤在内的数人提起司法诉讼,其中的经济间谍罪一旦成立,陈正坤等人将面临最高15年的有期徒刑和500万美元的罚款,而对联电和晋华的罚款更将高达200亿美元。 随着美国商务部下场干预,原本还只是商务竞争的互相诉讼迅速变成了刑事犯罪的指控,更上升到大国博弈的层面。联电马上开始和晋华进行切割,开始向美光妥协,并向美国司法部提交量刑建议函,希望通过承认侵害一项营业机密,加上支付6000万美元以换取和美国司法部达成和解,并承诺在3年主管管理缓刑期间与美国司法部合作。紧接着联电又与美光达成全球谅解协议,联电一次性支付和解金给美光,双方各自撤回所有在各国针对对方的诉讼。联电通过认罪赔钱,迅速从这场纷争中脱身,这使晋华处境更加艰难。即使在联电提交法院的600多万份文件中找不到一项证据,但依旧被美国定义为恶劣企业,固定在限制出口的实体清单内。基本没有翻盘的希望,近60亿美元投资的12英寸DRAM产线也再无重启的可能。 经此一役,半导体企业对半导体企业的合作评估更加小心谨慎。近年来更是对半导体企业和资本拒而远之。也让我们认识到技术不是无根之水,必须掌握在自己手里才能确保将来不会再被釜底抽薪。时不我待,长江存储和长鑫存储分头发力,再次举起存储芯片国产化的大旗。
2016年,当福建晋华如火如荼的筹备12英寸产线的时候,已经在NORFLASH细分领域杀出一条血路的兆易创新,也决定向被国际巨头高度垄断的DRAM存储领域进军,在合肥政府的大力加持下,长鑫存储在安徽合肥成立。当年急于加强自身存在感的合肥政府,为了能让自己的经济发展配得上省会城市的身份,决定把合肥打造成一个IC之都。在听到兆易创新打算建设DRAM代工厂时,马上和兆易创新签下合约共同创立合肥长鑫,并提供率先提供75%的项目资金,兆易创新只需出剩下的25%。并且合肥政府不干预长鑫营运,完全由兆易创新负责营运。
2016年5月,合肥长鑫正式诞生,和同年成立的福建晋华,长江存储组成存储器三驾马车,一同踏上了存储芯片国产化的征程。因为长鑫诞生在5月6号,所以也被称为506项目,多年之后506项目也成为存储器国产三驾马车中第一个宣布投片的项目。 和福建晋华一样,合肥长鑫把目标定在了市场需求最大的DRAM市场。但与福建晋华完全依赖联华电子开发DRAM技术不同,合肥长鑫在芯片大佬朱一明的领导下,一开始就决定把技术捏在自己手里。合肥长鑫在用两年时间陆续完成厂房建设,设备安装和验机的同时,也马不停蹄的在一边满世界收罗DRAM先进技术,一边大力投入资金自己吸收研发相关技术。
作为技术落后的追赶者,最简单有效的方法要么收购拥有先进技术的企业,或者退一步收购其先进的技术,但在技术是核心竞争力的今天,没有一家公司会愿意把核心技术对外出售,更不会把拥有先进技术的公司这样下金蛋的母鸡拱手让人。当今存储器市场霸主三星,海力士和美光,每一家都在巨资推进存储颗粒制造技术和提升制程能力的同时,对自己的技术进行着人盯人式的严密的监控,每年大量的资金投入到技术封锁和专利诉讼,不予余力的加固和推高技术壁垒。 但中国的半导体人并没有绝望,巨大的技术差距,反而给我们带来机会。
上世纪十年代半导体市场的日美争霸,到后面的韩国半导体企业的崛起,欧洲半导体企业加入后的四国大战,基本都是在存储器市场的绞杀,那一段时间城头大王旗此起彼伏,不但美国政府下场干预,韩国更是倾举国之力几乎赌上国运,期间出现了许多优秀的公司,最终湮灭在这修罗场,硝烟散去。