半导体存储器期待再创辉煌

DRAM是半导体业的起点

今天来说半导体存储器，主要包括DRAM和flash(闪存)两大类产品。DRAM是Intel公司的起家产品，是日本、韩国及中国台湾进入以集成电路为代表的半导体行业的切入点和迄今为止的主打产品，日本通过1976~79年的VLSI技术研究组合国家计划，首先进入了64K DRAM时代，在存储器技术方面赶上并超过了美国，从而使日本企业的半导体生产大发展，并于1985年超过美国，1988年曾独占世界市场50%以上，达于顶峰。此后由于韩、台在DRAM领域的相继崛起，美国称霸微芯片领域，导致日本在世界半导体市场上地位的日益衰微，近年已仅占20%。2006年世界10大DRAM公司中，日本仅有Elpida 1家，韩国三星已成长为世界最大DRAM生产公司，独占28%的世界市场份额，Hynix公司紧随其后，占16.6%，两家公司合计，即占世界市场44.6%，接近半壁江山，我国台湾也有4家公司入围世界10大DRAM公司之列。

图1 日本半导体生产的世界地位

日本曾占有世界8成DRAM市场，怎么会在韩台的追赶下，节节败退，最后落得Elpida一家硕果仅存？原因只有一个，那就是日本企业在产品成本上不敌韩台以及美国Micron公司。以日本撤退前的64Mb DRAM进行比较，日本在芯片制造过程中要使用近30片掩膜，韩台公司不过20片左右，美国Micron更仅只有15片，只及日本半数。掩膜数越多，工程越多，设备费、材料费、工资等都高，制造费用高，利润难得，自然难于维持。

上世纪80年代，DRAM主要用于大型主机，质量要求高，必须有25年的可靠性保证。进入90年代，PC成为计算机市场上的主导产品，对DRAM的可靠性无需保证25年，廉价成为主要诉求，使韩美公司一举占了上风。日本留下的教训是在以过剩的技术生产过剩品质的DRAM。

图2 世界DRAM市场

半导体存储器应用在不断发展，它在半导体产业中的地位既很重要又很稳定，它又是一项技术相对较低和可以大量生产的产品，因而迄今为止，一直是后进国家在半导体产业技术方面赶超发达国家的唯一有效途径。日本如此，韩国和中国台湾也是一次次重复走着日本的道路，而且都很成功。

DRAM重踏快速道

据iSuppli公司统计预测，世界DRAM市场在2005年下降6.2%之后，2006年在PC市场增长的牵引下，即大幅攀升33.8%，达332亿美元，预计2010年将增长到382亿美元，2005~10年5年间的年均增长率为9%(图3)，在各类产品中名列前茅。同时，我们也看到，未来几年内DRAM因受flash和价格影响，销售值增长虽有所放缓，但依然前景可期，从销售量而言，更仍保持着50%左右的增长速度，足见需求畅旺。

图3 存储器应用的发展

以DRAM为主的存储器、逻辑电路和微芯片自上世纪90年代已发展成为半导体业中三大主力产品。统计数字显示，三大产品的比重互有参差，1988年逻辑电路居首，存储器次之；1993年存储器跃居首位，微芯片紧随其后；2003年顺序又变成微芯片、逻辑电路和存储器；2006年再次成为逻辑电路、存储器和微芯片(表2)。

DRAM的容量正一代一代不断升级，2005年是256Mb和512Mb产品的交替年，2007年512Mb达于顶峰，同时向着1Gb转移，2008年将成主流，今后还将向着4G、8G继续挺进。从bit生产量来计算，2005年DRAM产量比10年前的1995年提高了160倍。从牵引存储器发展的PC用标准存储器而言，1995年为8Mb，2005年提高了64倍，达到512Mb，其间PC的出货量大约翻了一番。今年1月底开始上市装载Vista操作系统的PC，其标准存储器容量至少要提高一倍，需要1Gb的DRAM。随着Vista今年下半年的推开普及，DRAM市场势将扩大。

PC的低价格化也给了DRAM很大的压力，尽管DRAM从同步型(Sync)DRAM发展到双数据率型(DDR)，再到DDR2型，数据传送速度不断提高，但在产品附加价值上很难反映出来。由于PC用DRAM难于获利，幸而出现了快速发展的移动电话，2006年世界销量超过了10亿部，为DRAM带来巨大需求，而且价格是PC用DRAM的1.5倍(低功耗的要求提高了成本)可获取较高利润。这样，向来向PC一边倒的DRAM，踏上了多元化发展的道路。

flash紧追不舍

flash(闪存)是一种非易失存储器，具有低功耗、读写快、高效能等优点，有NAND和NOR两种规格，前者用于数码相机和MP3，后者用于移动电话，但随着容量的扩大，移动电话正转而采用NAND flash，故而NAND flash自2003年市场起飞以来，增长迅速。据美国Web-Feet Research公司预测，NAND将从2005年的约120亿美元增长到2010年的350亿美元，年均增长率接近24%，而同期NOR仅从70亿美元增长到120亿美元，其间徘徊于100~120亿美元之间，年均增长率11.4%。(图4)。因此，原为NOR阵营旗舰公司的Intel已在2006年初与Micron合作，进入NAND领域，脚踩两只船。另一巨头Spasion公司也于2006年年中以ORNAND产品杀入NAND市场。

图4 NOR和NAND flash市场的发展

三星是世界最大的NAND flash公司，独占市场46%，加上东芝和Hynix，三家合计占约90%，垄断性很高(表3)。

图5 NAND flash的应用市场

另据美国SIA的最新报道，世界DRAM市场将从2006年的330亿美元增长到442亿美元，年均增长率为10.2%，同期以NAND为主的flash则将从205亿美元提高到257亿美元，年均增长率7.8%，两者之比基本保持在60：40左右。

NAND型产品已被公司视为“摇钱树”而纷纷相继涌入该市场。随着NAND容量的增大和价格下降，应用不断扩大。NAND首先大量应用于数码相机，当然，U盘的殷切需求也是推进NAND的动力之一。此后，便携音响特别是Apple公司推出的时尚风行产品iPod采用了NAND，进一步推动了产品的发展。
2005年初iPod即有配置512MB和1GB产品，当年秋又很快推出了2GB和4GB的产品。随着移动电话的高功能化，在采用DRAM的同时，也对大容量flash有了诉求。移动电话原先用的是NOR flash，可在走向容量化时，增加了NAND的采用。NAND的价格下降，不仅使它开拓了便携式音响设备和移动电话的应用，同时还出现了在PC中取代HDD的可能性。现在必要的数据文件都已保存在服务器里，PC只保有操作系统和应用软件，这样有8GB的容量也就足够了。从眼下NAND的降价速度看，2010年8GB的NAND会比同容量的HDD还便宜。当然，需求更高容量如30GB或60GB等的产品，则仍会使用HDD。

去年NAND的价格下降太快，由于数字音响已销售一轮，致使NAND价格直泻70%，今年1季继续滑落60%，2季以后可望好转。这令公司经营风险增大，或将被迫抑制投资。不过无论如何，市场仍然在扩大，预计今年可望在去年增长15%的基础上，续增19%达到148亿美元。

说到底，微细化基础上的价格下降，在每年容量翻番的前提下实现低价格还是NAND持续发展的原动力。NAND的量产技术已进入70nm时代，2006~07年将向50nm转移，2008~09年40nm，2010~11年将进入30nm时代。

HDD实际是NAND flash的市场先行开拓者。HDD的应用市场正从传统的服务器和PC迅速向着消费电子扩展，面向新市场的出货量将从2005年的5000万台增长到2010年的1.5亿台，其间PC用HDD分别为3.1亿台和5亿台。几G~20GB的HDD主要用于便携音乐播放机和移动电话，20G~100GB用于汽车导航、数字摄像机等；100G~几百GB则主要用于DVD录像机。NAND flash通过低价格优势，从小容量到大容量将逐渐蚕食HDD市场，预期2010年是10GB产品，2010年代则将进入几十G~100GB容量的产品领域。

新产品开发火热

半导体存储器本身也在不断创新，其中有的已经成熟，但现有产品应用继续扩大，同时，新一代产品开发也正加紧进行，向着高性能、大容量、低成本的总目标深入进军(图6)。

图6 不同半导体存储器的今日地位

现有半导体存储器包括DRAM和flash都已经成熟，一方面寻求扩大市场，一方面如韩国三星和Hynix公司则是在同一条生产线上生产DRAM和NAND，从而可依据市场需求来调整产品的生产，为公司带来更大利好。与此同时，下一代新半导体存储器的研发进入了白热化时期，有的产品更已进入到量产化阶段。

各种半导体存储器各有特点，如表3所示，FRAM已有几家半导体公司在开展实用化，富士通1999年开始量产，已生产4亿个以上，用于IC卡、单个存储器、RFID等。MRAM和FRAM一样，制作时只需几块掩膜，可望大大降低成本，虽早已期待产品化，但2006年以来仅有Freescale公司开始量产4M产品。PRAM可使用已有flash的同一生产线，特别具有低价格化的优势，Intel、ST、三星等都给予了很大的关注和期待，三星已少量生产256M产品，并正开发512M产品，明年可望上市。IBM、Spansion、三星、Sharp、富士通等都正积极从事RRAM的开发，Sharp与大阪大学开展合作研究，预期2010~12年间有望实用化。

公司动态

三星

三星是韩国第一大半导体公司，世界仅次于Intel的第2大半导体公司。多少年来三星公司一直是世界DRAM的龙头企业，同时也稳坐NAND flash世界市场的头把交椅。从2000年以来的7年间始终领导着DRAM的微细化技术，已进入了80nm时代，2006年在业界率先推出了1Gb DRAM。日前公司已发布了最先进的50nm 16G NAND flash首批样品，即将量产。由于NAND价格不稳定，今年或将减少5%的产量。Flash的应用除存储卡和MP3之外，今年以后将大举进入移动电话市场，或将把NOR、NAND和SRAM放在同一封装内，开拓名为OneNAND战略产品。公司将DRAM和flash在同一生产线上混合生产，是其得意之举，可视市场情况合理调整，使生产效率达到最大化。

Hynix

Hynix是韩国仅次于三星的第二大半导体公司，世界位居第8，公司2006年营收比上年猛增40%，达82.7亿美元，创历史新高，营业利润达到22亿美元，是世界获利最多的半导体公司，今年营收可望更进一步提高，达到86亿美元。公司去年包括无锡工厂建设和韩国生产线升级共投资46亿美元，今年为增设300mm生产线还将投资47亿美元，扩大生产，以便保证世界前10的地位。今年公司将采用60nm技术生产DRAM。2006年NAND市场急速成长，但从年末已开始抑制生产，今年计划减产20%。采用加速微细化以保持竞争力的战略，将促使70nm主流技术升级到60nm，年内还计划上市55nm产品。

Qimanda

2006年5月作为Infineon公司的存储器部分离而成。2006年公司营收55亿美元，在世界DRAM领域列第3，半导体领域排名世界第12。以bit计的出货量2006年比上年大幅成长80%，其中非PC用DRAM产量已占一半以上，公司正走图形显示用DRAM等的多元化道路。50%以上的生产能力都已采用90nm以下的技术，以提高生产率。公司DRAM采用沟道技术，具有低功耗特性，使公司一半多产品适用于游戏机和数字消费电子。

Micron

据最近1个季度的统计，公司DRAM占其营收的70%，NAND占15%，CMOS图像传感器占15%，正在明显走产品多元化的道路。公司2004年投产移动DRAM，产品不断扩大，现已有64Mb~512Mb各型，并已有1Gb产品上市，其中最有特性的是模拟SRAM，接口是SRAM，本身则是DRAM，在这类产品市场上公司独占鳌头。公司300mm线已开始量产，引进了铜布线技术，并即将向68nm工艺进军。未来1Gb移动DRAM还将和NAND置于MCP(多芯片封装)同一封装内。

公司2004年末开始NAND flash生产，用于MP3-USB卡、flash存储卡等，产品有1-16G各型。面向Apple的iPod。从2006年开始，公司投资300mm生产线，去年开始使用50nm工艺生产、年末圆片生产能力已扩大到3倍。在NAND前工程生产方面，与Intel组成了IM flash技术合资公司。

Elpida

Elpida是日本唯一生产DRAM的专业公司，在世界DRAM领域位列第5，半导体领域排名第20，产品供PC/服务器应用为主，并正向数字消费电子/移动产品进行调整。为适应市场需求，对台湾力晶公司进行委托生产，大大提高了产量。公司营业利润去年由红转黑，并达到了15%的水平，正成为日本半导体领域的优秀公司。公司去年末开始应用70nm技术大量生产，还不断投资300mm生产线以提高生产力，加上与力晶的合资公司今年7月投入量产，明年公司的全部生产力可达到每月24万片。

Intel

公司flash的营收2005年22.8亿美元，2006年还略降到21.6亿美元。公司原先主营NOR flash，在该产品领域君临天下，产品有8M-1G各型，供移动电话、消费电子等应用。设计工艺包括130nm-65nm，今后将引向45nm、35nm产品，明年上半年可望生产45nm 2G的样品。2006年初，公司与Micron合资建立的IM flash公司(Intel占49%股份)进入NAND领域，供应2-16G产品，公司决定同时向两个领域发展。

Spansion

在NOR flash市场与Intel公司并称双雄，是提供NOR基闪存解决方案的专业公司，占有大约30%的NOR市场。2006年公司营收增长27%，达26亿美元，在世界半导体业中名列第23位。公司采用90nm工艺，产品供高端移动电话使用，并已有65nm产品样品供应。正在建设300mm圆片工厂，预计今年3季可量产65nm产品，明年下半年可正式量产45nm产品。

台湾公司

台湾有4家公司进入世界10大DRAM公司之列，尤其是南亚、力晶和茂德，营收都在20亿美元左右。南亚近两年连续大幅增长，继2005营收激升22.8%，2006年又窜高50.9%，达22.4亿美元。南亚是台湾第2大半导体公司，在世界排名第23位。产品系列包括DDR 256M/512M、DDR2 512M/1G，今年将开始DDR2 2G和DDR3 512M的量产。公司有与Qimanda的合资公司—依诺泰克存储器公司。今年将采用70nm以下的最先进工艺，预计年末生产能力可达月投入9万片的规模。

力晶公司2006年营收也获得巨大增长，劲升79%，达27.9亿美元，DRAM生产占85%。力晶是台湾第1大半导体公司，世界排名第19位。产品包括主流DDR2 512M以及DDR 512M/256M等，今年末将投产DDR2 1G产品，设计尺寸以90nm为主流，今年将试生产70nm产品。公司与日本Elpida合资创立了Rexchip公司。公司的DRAM战略是增建300mm圆片线，去年末生产能力已达月产10万片，以提高价格竞争力，今年生产能力将进一步提高到月投24万片。

茂德公司是台湾第3、世界第27位半导体公司，去年增长也极迅速。产品线有256M/512M、DDR128M~512M、SDRAM64~256M、移动SDRM 128M/256M等。2005年开始采用90nm工艺量产，2006年向70nm、60nm升级。