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一文看懂中国半导体存储的江湖

2020年2月15日 14:12:17

本文来自 微信公众号“半导体行业观察”。

1. 存储器的重要性和半导体存储产业格局

自从冯诺伊曼1946年提出了存储程序原理,存储就成为任何电子系统中必不可少的组成部分。从磁存储,光存储等一路发展至今,半导体存储已经成为目前主流存储介质,存储器也逐渐成为全球半导体市场“三分天下有其一”的霸主地位:2018年全球半导体市场为4767亿美金,其中存储器为1631亿美金。

图:冯诺伊曼架构

半导体存储的种类也很多,EEPROM,NOR Flash, NAND Flash, SRAM, DRAM还有RRAM/MRAM等各种新型存储,但以技术发展速度和市场容量来看,DRAM和NAND Flash无疑是半导体存储领域的重中之重。同时,用DRAM和NAND Flash芯片搭配不同的存储控制器芯片可以呈现出多种多样的存储终端形态。

图:不同的存储终端形态

半导体存储的发展不过几十年时间,从整个存储产业来看,整个产业链目前逐渐分为三个大的产业环节,分别是:DRAM/NAND Flash存储芯片(颗粒),存储控制器芯片以及存储模组/产品,虽然国内厂商在三个环节都在奋起直追,但目前看占据市场垄断地位的仍是国际大公司。

图:存储产业链分工

2. 国际半导体存储器市场变迁

一直以来,这个领域一直是美日韩玩家的天下,兜兜转转,起起伏伏,存储器玩家从80年代的40-50家,逐渐减少到目前的个位数,分别是:韩国三星(DRAM和NAND Flash),韩国海力士(DRAM/NAND Flash),美国镁光(DRAM/NAND Flash)(MU.US),美国Intel(NAND Flash)(INTC.US),美国西数(NAND Flash)(WDC.US),日本东芝(NAND Flash)。逐渐的,存储器市场开始有了阵营,有了派系,也形成了江湖,数十年的残酷斗争让存储这个江湖留下了一段段传说,一段段恩怨。

上世纪八十年代,存储器领域风起云涌、新旧更替的年代。Intel在1969年发明并开始量产全球第一款半导体存储器,整个70年代叱咤风云。但日本半导体靠着国家意志的支持大力发展半导体存储业务,在八十年代初期就开始赶超美国:到了1981年,64K DRAM时代,日本占了56%,美国占了44%;1985年,半导体存储器的发明者Intel在格鲁夫的决策下开始放弃存储器业务,全面转向CPU业务,将DRAM的大饼拱手让给了日本存储器厂家;也在那个时候,闪存之父Fujio Masuoka博士在东芝工作时发明了Flash存储器,开启了另一种半导体存储器的研发和产业化。

1984年,三星半导体建成了第一个存储器工厂,批量生产64K DRAM,之后的数十年,三星靠着韩国举国之力的支持以及自己独特的“反周期投资”策略,迅速成为了半导体存储领域的霸主,开启了这个半导体巨头风光无限的数十年。随着韩国半导体存储器产业的兴起,日本产业面临着巨大的压力。1999年,日立、NEC、三菱电机的DRAM业务整合成为尔必达,希望可以抱团取暖面对韩国玩家的竞争。但随着2008年金融危机的到来,三星再次祭起“反周期投资”这个大杀器,让尔必达在2012年宣布破产,也标志着日本全面退出DRAM产业,只剩东芝在NAND Flash领域孤家寡人。

图:三星半导体华城工厂,存储器业务大本营

半导体存储是汪洋大海,“价格”经常掀起狂风巨浪。当然,价格除了正常的市场波动,也经常是被人操控的。三星、海力士、镁光、东芝,多次被起诉操作市场价格,但这种松散的价格联盟是不可靠的,也经常有“猪队友“转做“污点证人”,向市场承认一切。不管如何,在这片大海中,只有娴熟的水手操控着巨大的轮船才能抵御这个风浪;在这片大海中,只有成为巨头才能够生存。

图:近些年半导体存储价格的示意图

除了美日韩,在台湾地区也流传着很多关于半导体存储器的传说。频临破产的力晶靠着上世纪九十年代帮镁光代工DRAM,扭亏为盈,被传为神话。2003年成立的存储主控厂商擎泰科技靠着Intel、三星的入股和支持,在存储市场披荆斩棘,一跃成为台湾股王;但随着三星大量转向慧荣科技(SMI)的主控芯片,业务大幅受挫,最终在2016年大幅裁员并退出存储市场;存储主控厂家慧荣科技(SMI)和群联电子(Phison)近20年一直是最为珍视的对手,相爱相杀,但近期慧荣科技总经理Wallace Kou在社交媒体放出和群联电子董事长KS Pan的合影,据说握手言和……

3. 国内半导体存储产业的发展历程

虽然亚洲的邻国们把半导体存储器玩的炉火纯青,我们却好像一直没摸到门路。

在1990年代,日本NEC在中国大陆成立了两家合资公司生产DRAM。1991年,NEC和首钢合资成立了首钢NEC,1995年开始采用6英寸1.2微米工艺生产4M DRAM(后来升级到16M),不过在经历了1997年DRAM全球大跌价的“劫难”后,首钢NEC便一蹶不振,陷入亏损境地,在2000年的增资扩股中,NEC获得了50.3%的控股权,沦为NEC在海外的一个代工基地,退出了DRAM产业。1997年,NEC和华虹集团合资成立华虹NEC,1999年9月开始采用8英寸0.35微米工艺技术生产当时主流的64M DRAM内存芯片,但在2001年后随着NEC退出DRAM市场,华虹开始转型,于2004年开始晶圆代工,退出了DRAM产业。NEC在中国的两大DRAM合资项目最终虽然以失败告终,但是为中国培养了第一批半导体存储器制造人才。

进入21世纪,中芯国际2004年在北京建设中国大陆第一座12英寸晶圆厂(Fab4),2006年大规模量产80纳米工艺,为奇梦达、尔必达代工生产DRAM。2008年由于中芯国际业务调整,退出了DRAM存储器业务。到此中国大陆企业完全退出了DRAM存储器制造业务。

我国市场化半导体存储器产业的发展从2000年左右才刚刚开始,那时一批海外学子在国外学成、工作之后回到国内,把半导体存储的种子带到中国市场生根发芽。回头再看,不轮创业结局如何,这都是值得称道的产业和创业者相互成就的过程。

1999年,成晓华、邓国顺从新加坡回到深圳,成立朗科科技,共同研制出世界第一款NAND Flash存储盘,取名优盘,在全球开创了一个崭新的闪存盘行业;朗科也于2010年在深圳创业板挂牌上市,应该是中国第一家半导体存储相关的上市公司,目前市值30亿人民币左右。成晓华也已离开朗科科技,成立了凯盈资本,专注创业投资。

同样在1999年,同样在深圳,蔡丽江、蔡华波这一对双胞胎姐弟在华强北开始成立公司涉足存储业务,因为他们都属龙,所以公司取名“江波龙”。从MASK ROM到优盘,从SD卡到eMMC,从UFS到SSD,再到全资收购美国镁光旗下Lexar品牌并在2019年获得中国半导体大基金的投资,经过20年的发展,“江波龙”的名头在半导体存储领域已经赫赫有名,不仅已经成为中国存储模组领域毫无疑问的龙头,也已经成为一家国际化的存储品牌公司。

2003年,张华龙、毕磊从新加坡回到深圳,成立芯邦科技,张华龙任CEO,毕磊任CTO,开发出极具竞争力的优盘控制器芯片,在中国迅速成为优盘控制器市场第一名。但随着2009年CTO毕磊的离开,芯邦的产品迭代再无惊喜。目前芯邦科技在新三板挂牌,年销售额已不到1亿人民币。

2005年,清华毕业生朱一明、舒清明在中美寻求半导体存储领域的创业机会却到处碰壁,清华校友薛军为二人奔走筹钱,在众多清华校友中众筹了92万美金做了第一笔天使投资(包括北极光创始人邓锋的5万美金),兆易创新成立。经过15年的发展,兆易创新已经成为全球NOR Flash前三名的供应商之一,目前在上海主板上市,市值已破1000亿人民币。薛军、邓锋等人当年的投资早已经获得几百倍的回报。

2017年10月13日,北极光创投创始人、董事总经理邓锋,把对兆易创新的天使投资所得全部股票,捐给清华大学,价值1100万美元,在产业界一时传为佳话。邓锋回应表示:“这是清华校友互相支持的故事。当年想投兆易创新的基金很多,竞争很激烈,我和一明学弟说如果让北极光投,我就把过去天使投资的所得全部捐给清华。一明听到这话,马上同意让北极光投,结果北极光的投资赚了三十倍,我当年五万美金的天使投资赚了200多倍变成了1100万美金。今天只是履行当年的承诺”。

2006年,在兆易创新成立后不久,史方、李迪、吕向东三位小伙伴回到了国内,在镇江成立隆智半导体,同样从事NOR Flash芯片的创业。史方本科毕业于浙江大学材料系,之后获得美国斯坦福大学硕士及伊利诺伊大学香槟分校电子材料博士学位,曾供职于英特尔、美光科技等国际500强企业;李迪1996年从北京大学物理系本科毕业后前往美国求学,2002年他在德克萨斯大学获得博士学位,其后曾担任世界500强的美国Spansion公司创新科研部经理;吕向东,中国科技大学本科专业为近代物理,硕士攻读半导体物理专业,1989年进入美国理海大学攻读材料物理专业,获硕士和博士学位。先后任职于Trident、日本NEC、美国TI、德国英飞凌、美光科技等大企业。豪华的创业团队、丰富的产业经验、互补的知识背景让隆智的发展也是顺风顺水,但团队最终并没有选择独立上市,在2012年选择了被美国Spansion公司收购。

2007年,朗科科技的创始人之一成晓华从朗科科技短暂离开,成立深圳硅格半导体,专门从事NAND Flash存储控制器芯片的研发。不久之后,吴大畏加盟硅格半导体,在成晓华重新回到朗科科技之后一直执掌硅格的大旗。因为硅格半导体在半导体存储产业的深耕,公司陆续得到来自江波龙、深圳创新投等产业和政府资本的投资,并于2016年在众多产业资本的支持下收购深圳立而鼎,继而投资深圳大心,整合成为中国存储控制器产业的龙头企业:深圳得一微电子。

虽然陆陆续续有半导体存储创业企业的出现,但零星的亮点很难撑起半导体存储这么一个庞大的产业。前些年,也有紫光集团以230亿美金的报价对美国镁光发起了要约收购,但半导体存储做为战略性产业,美国早把它列为非卖品,想要发展这个产业,我们只能靠自己!

中国大陆存储器产业发展的元年应该从2016年算起,晋华集成、合肥长鑫和长江存储分别成立于2016年的2月26日、6月13日、7月26日,短短5个月,中国大陆三大存储器公司相继成立,全世界半导体从业者的目光都聚焦到中国,晋华和长鑫都是从事DRAM芯片的研发和生产,立足WH的长江存储作为中国唯一一座3D NAND Flash芯片工厂,更是受到特别的关注。值得一提的是,长江存储不仅要解决我国NAND Flash从无到有的问题,也同时负担着整个半导体存储产业链国产化的重任,举例来说,在有据可查的长江存储前17批设备采购中,国产化设备的比例已经相当高,长江存储不仅要成为物理位置坐落于中国的IDM工厂,也要成为真正靠中国本土产业链支撑起来的IDM工厂。

图:长江存储前17批采购设备的国产化率较高

2019年可谓是好消息不断,首先是长江存储32层3D NAND Flash进入量产阶段,接着在9月2日宣布64层3D NAND Flash投产;然后是9月20日合肥长鑫宣布中国大陆第一座12英寸DRAM工厂投产,并宣布首个19纳米工艺制造的8Gb DDR4。三年时间,我们相继攻克了3D NAND Flash和DRAM技术,中国大陆解决了存储器有无的问题,下一步要解决就是良率的提升以及产能爬坡的问题。中国大陆的半导体存储产业看到了黎明的曙光。

4. 中国半导体存储的江湖

什么是江湖?人即是江湖。什么是江湖?恩怨即是江湖。

在中国这片土地上,江湖一直都在,半导体存储当然也不例外。如果中国大陆的半导体存储市场是一个武林,那就让我们数一数在这片武林中响当当的门派。

(1) 少林:长江存储

南北朝时,后魏孝文帝大和年间(477-499),达摩大师从梁国北来,面壁于嵩山少林寺,历时九年而功成,遂传《易筋》、《洗髓》二经,创立少林武术,素有"天下功夫出少林,少林功夫甲天下"之说。

在如今的大数据时代,NAND Flash以它迅速增长的市场容量、2D到3D突变的技术路线和快速迭代的生产工艺,成为半导体存储行业最重要最受关注的品类。

而长江存储作为我国目前唯一的3D NAND Flash设计与生产一体化的IDM工厂,其江湖地位自然不必多讲,X-stacking架构和加工工艺也成为长江存储的《易筋》、《洗髓》二经。

(2) 武当:长鑫存储

武当派为张三丰所创,为内家之宗,起于元而兴于明,与少林并称武林“泰山北斗”。武当派强调内功修练,讲究以静制动、以柔克刚、以短胜长、以慢击快、以意运气、以气运身,偏于阴柔,主呼吸,用短手,武当功法不主进攻,然而亦不可轻易侵犯。

DRAM作为半导体存储另一个支柱,在晋华集成被美国制裁停摆之后,长鑫存储成为国内唯一的DRAM IDM企业,也是唯一可以和长江存储并列于这个武林的泰山北斗。长鑫存储采用较成熟的19nm工艺制造4Gb和8Gb DDR4存储器芯片,目标是2020年第一季度商业化并投放市场,同时也制定了最少两条10nm级制程的路线图,充分显示其低调稳健、修炼内功、以慢击快、以静制动的风格。

(3) 全真教:兆易创新

“中神通”王重阳真人因早年与红颜知己林朝英的一个赌注而出家,建立全真教一宗,被喻为“天下武学正宗”,是当世数一数二的大门派,也是道教的最重要的宗派,始终代表着全球道教主流,被天下奉为“太上玄门正宗”。

为什么把兆易创新视为全真教呢?最大的原因是兆易创新和长鑫存储都有一位共同的创始人:朱一明。同宗同族,正如同全真为道家正宗,武当也是源于道家流派。兆易创新靠着NOR Flash这套“全真剑法”独步武林,同时积极修炼32位MCU这套“先天功”,并收购了思立微获得指纹芯片和触控芯片这本“履霜破冰掌法”秘籍,内外兼修,掌剑双绝;多条产品线互有协同,军团作战,这套“天罡北斗阵”可谓滴水不漏、威不可当。

(4) 丐帮:江波龙

丐帮,号称“天下第一大帮”。

说江波龙是丐帮,可不是说江波龙穷,事实上,年销售额数十亿人民币并获得国家半导体大基金投资的江波龙并不缺钱。创始人没有显赫的国外留学、工作背景,公司发展过程中也没有“靠山”支持,完全的草根创业,从深圳华强北市场摸爬滚打发展到国际知名企业,手里有半导体存储模组业务这套“打狗棒法”,也有国际知名品牌Lexar这套威猛的“降龙十八掌”,“天下第一大帮”的称呼实至名归。

(5) 大理段氏:紫光集团

段氏以武立国,贵为皇族,家传武功却从来不曾荒废,反而愈加勤奋,皇室成员多为高手。

和多数筚路蓝缕的本土芯片企业不同,千亿资本并购和高端芯片布局赋予了紫光集团非凡的历史重任,因清华控股曾经的大股东背景以及被视为代表国家意志的多起半导体海外并购,紫光集团应该是最具贵族气质的高手;再加上高启全的加盟和号召力、Intel的参股和支持,紫光集团身具国际大厂支持的“一阳指”神功和贵族血脉的“六脉神剑”绝学,自然是这个武林不可忽视的力量。

(6) 唐门:深圳朗科

唐门,又称“唐家堡”,以“毒药”和“暗器”闻名的武林世家,行走江湖达数百年之久。

朗科,优盘的发明人,也是中美优盘专利的所有权人,在2002年和爱国者打了旷日持久的官司宣告了专利的有效性之后,朗科逐渐尝到了专利运营的甜头,每年靠着专利授权可以收到巨额的收入,金士顿、索尼、东芝……这些公司都和朗科签订专利授权合同并缴纳专利费。优盘专利成了朗科独步天下的独门“暗器”,但专利的钱赚的太容易反过来也让公司丧失了在新产品研发上的进取心,某种程度上也成了朗科自己喝下的“毒药”。

(7) 郭靖:得一微

《射雕英雄传》让全中国的老百姓知道了郭靖,他不属于任何门派,但却从小就受到武林各大高手的照顾,最终成长为武林的领袖人物之一,江湖赫赫有名的大侠。郭靖的武功最杂,师父从江南七怪到“全真七子”之一的马钰,从丐帮帮主洪七公到周伯通,让他身兼全真教、丐帮、九阴真经、左右互搏多门绝学。

得一微,以深圳硅格为基础班底,在各种产业和政府资源的帮助之下,通过内生增长和外部并购已经成为中国存储控制器芯片的领军企业。得一微的产品线涵盖优盘/SD卡控制器芯片、eMMC/UFS的嵌入式存储控制器芯片、SATA/PCIe SSD存储控制器芯片等,已经成为国内此领域产品线最全的公司。其背后的股东包括江波龙、兆易创新、华登国际、清控银杏、TCL、传音手机、中芯国际、泰科源、国投创合、三一集团、耀途资本等,可以说汇聚了中国半导体存储领域顶尖的产业链资源,兼容并蓄,海纳百川。期待在存储控制器芯片国产化这个战场中,得一微可以抵御来自海外竞争对手的压力,漂漂亮亮的赢得襄阳之战。

(8) 峨眉:联芸

峨嵋派之得名,是以上古修仙学道圣地峨眉山而起的。峨眉派与少林、武当共为中土武功的三大宗,也是一个范围很广泛的门派。峨眉派被大家所熟知更是因为她是以女性为掌门人的武林大派。

说到中国半导体存储行业的女性掌门人,我脑海中马上能想到的就是杭州联芸的方小玲博士。联芸科技是由方小玲博士于2014年11月在杭州成立, 在资本和业务方面得到海康集团以及海康威视的大力支持,该公司收购了JMicron(智微)的所有SSD业务,夯实了其技术和专利基础,其SATA SSD主控芯片在国内多家Tier-1客户得到量产,是SATA SSD控制器领域的顶尖高手之一。

(9) 明教:ISSI

明教,源于波斯,本名摩尼教。于唐朝武则天延载元年(694年(甲午年))传入中土,圣火令与乾坤大挪移为明教传世神功。

ISSI,源于硅谷,2015年由中国资本并购,“传入中土”,其小容量、细分领域的SRAM/DRAM等业务相当稳定,在工业和汽车领域拥有相当多的优质客户,是非常优秀的国际化的半导体存储公司。但在引入中国的过程中上演乾坤大挪移,从大家都非常看好的和兆易创新的并购被台湾竞争对手的阻挠而流产,到思源电气已经“洞房”了最终出局,到最后被北京君正成功并购,可谓一波三折。

在半导体存储领域的各个环节,国内优秀的创业公司还有非常多,聚辰半导体、芯天下、普冉、博雅、英韧、佰维、忆芯、华澜微……他们都在用自己的方式在为这个产业的发展贡献力量,在这个武林中拥有自己的一席之地。

5. 华登在中国半导体存储产业链的布局

半导体存储,三分天下有其一的存量半导体市场;同时,随着物联网时代的到来,越来越多的传统设备被赋予了智能化,而存储作为智能化设备必不可少的功能,更是有无限遐想的增量市场。虽然市场容量极具吸引力,但正如上文所言,这么一个经常狂风暴雨的汪洋大海,创业公司作为小扁舟想在其中生存真是极具挑战,但华登仍然坚定的支持优秀的企业家在这其中拼搏,成为弄潮儿。

图:华登在中国半导体存储产业链的布局

华登为ISSI、上海聚辰和台湾力晶半导体的早期投资人,目前已实现全部退出;同时,华登布局整个存储产业链,希望利用产业链各个环节的不同力量来相互支持,共同对抗这汪洋大海的大风大浪。

(编辑:李国坚)

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