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导读: 早在1965年,英特尔公司的联合创始人之一戈登-摩尔就曾对集成电路的未来作出预测。他推算,到1975年每块芯片上集成的电子组件数量将达到65000个。而实际上,每过12个月芯片上集成的电子组件数量都会翻一番,这就是现在我们所了解的计算机“摩尔定律”。

早在1965年,英特尔公司的联合创始人之一戈登-摩尔就曾对集成电路的未来作出预测。他推算,到1975年每块芯片上集成的电子组件数量将达到65000个。而实际上,每过12个月芯片上集成的电子组件数量都会翻一番,这就是现在我们所了解的计算机“摩尔定律”。

如今,芯片制造商(如英特尔、AMD等公司)生产的芯片上所集成的晶体管数量已达到了空前的水平,而且每个晶体管的体积变得非常微小。比如,一个针尖上可以容纳3000万个45毫微米大小的晶体管。此外,现在的处理器上单个晶体管的价格仅仅是1968年晶体管价格的百万分之一。

AI 芯天下 | 2021年芯片向3D转型,中国或将掌控市场

全球芯片行业发展历程

日本经济学家赤松要1956年提出产业发展的“雁型模式”,描述产业的产生、发展的动态传导过程。在过去的近半个世纪,世界芯片行业经历了两次产业转移:第一次在20世纪70年代末,从美国转移到了日本,造就了富士通、日立、东芝、NEC等世界顶级的芯片制造商;第二次在20世纪80年代末,韩国与我国台湾成为芯片行业的主力,继美国、日本之后,韩国成为世界第三个半导体产业中心。

目前,凭借巨大的市场需求、较低的生产成本、丰富的人力资源,以及稳定的经济发展和优越的政策扶持等众多优势条件,中国已经成为芯片制造、消费大国,亚洲制造从某种程度上正被“中国制造”取代。未来,随着全球芯片制造技术的发展和制造成本等条件的变化,以及我国芯片行业技术能力的提升,芯片传统制造业将呈现出产业再次向外转移的趋势,由我国等发展中国家向后发展中国家逐步转移。

根据前瞻产业研究院发布的《2017-2022年中国芯片行业市场需求与投资规划分析报告》数据显示,2010-2016年全球芯片市场规模呈波动变化趋势,2014年达到近年来最高值3403亿美元,较2013年增长7.89%。2016年上半年开局疲软,但是得益于2016年下半年定价的改善以及强劲需求,2016年全球芯片销售额达到3435亿美元,较2015年的3349亿美元增长2.6%。

受动态随机存取存储器(DRAM)芯片与NAND闪存芯片市场需求强劲的促进,2017年全球芯片市场的总销售额预计将同比增长16%,将是IC市场自2010年经济衰退年(全球芯片销售额)增长33%后的首次两位数增长,也是自2000年以来IC市场的第五次两位数增长。

就单纯芯片制造而言,在同质化竞争加剧和个性化需求增多的全球市场环境下,通用芯片产品制造的附加值越来越低,芯片制造业的高端价值增值环节已经向产品研发设计和运营、维护等服务生命周期转移,设计服务、专业化的IP服务、封测服务已经成为芯片制造领域取得新一轮竞争优势必不可少的生态环境,向服务型企业转化已经成为全球芯片制造业的重要趋势。

就整个芯片行业而言,在经济全球化深入发展和科技创新孕育新突破的时代背景下,芯片行业正在向全球化、精益化、协同化和服务化发展,未来将实现从“生产型”向“服务型”的转变,由“硬能力”建设向“软实力”提升的转变,从向用户提供产品和简单服务转变为提供系统解决方案和价值。生产性服务业特别是制造业的界线越来越模糊,经济活动由以产品制造为中心已经转向以服务体验为中心。

为什么2021年芯片会向3D转型?

因为平面结构的NAND闪存已接近其实际扩展极限,给半导体存储器行业带来严峻挑战。而3D NAND是英特尔和镁光的合资企业所研发的一种技术,它的概念其实非常简单:不同于将存储芯片放置在单面,英特尔和镁光研究出了一种将它们堆叠最高32层的方法。这样一来,单个MLC闪存芯片上可以增加最高32GB的存储空间,而单个TLC闪存芯片可增加48GB。垂直堆叠了多层数据存储单元,具备卓越的精度。基于该技术,可打造出存储容量比同类NAND技术高达三倍的存储设备。该技术可支持在更小的空间内容纳更高存储容量,进而带来很大的成本节约、能耗降低,以及大幅的性能提升以全面满足众多消费类移动设备和要求最严苛的企业部署的需求。

根据“2015年半导体国际技术路线图”(ITRS)显示,经过50多年的微型化,晶体管的尺寸可能将在五年后停止缩减。

该报告预测,在2021年后,继续缩小微处理器中晶体管的尺寸,对公司而言在经济上不可取。相反,芯片制造商将用其他方法增大晶体管密度,即将晶体管从水平结构,转变为垂直结构并建造多层电路。

这里不得不插入一句,英特尔2007年3月26日,英特尔澳门威尼斯人博彩官网在大连建立 90 纳米技术的300 毫米晶圆厂。与大连市政府以及大连理工大学澳门威尼斯人博彩官网共同合作创建“半导体技术学院”培养半导体人才。但在2015年英特尔投资55亿美元在中国大连晶圆厂改建固态硬盘(SSD)3D NAND闪存工厂,在当时英特尔这项举动还被人认为是“失败的项目”。可从2018年回望过去,英特尔真的太聪明了。

在大数据人工智能炙手可热的今天,3D NAND技术或许将颠覆整个半导体现有格局。

3D NAND现况

今年5月,日本在IMW会上介绍了未来几款3D NAND技术,其中提到了120层、140层技术,这比原先的3DNAND要薄很多。

5年前,第一款3D NAND出现了,三星的第一代V-NAND有24层,下一代使用32层,之后是48层、64层、72层。而这些层数的升级,给SSD带来了更多的容量空间,使得内存颗粒堆叠起来变得越来越薄,这技术正是带来了很大的成本节约,并且还能降低能耗,让厂商们实现快速量产,达到使用的要求。

而此次IMW会上,预告了今年即将进军90层,这意味着比以前增加了40%以上,而存储堆栈高度从4.5μm增加到5.5μm。并且有计划大规模生产96层BiCS4芯片,并澳门威尼斯人博彩官网2018年底发布此芯片,而Sean Kang打算将在2020年将3D NDNA技术提升120层,2021年将提升至140层。

清华紫光旗下的长江存储科技公司(前身是“武汉新芯科技公司”,下文简称为“长江存储”),在2016年时在中国湖北省武汉市,耗资数百亿美元建设国家级存储芯片基地。其中,这一投建项目的首期澳门威尼斯人线上娱乐场便是为量产3D NAND闪存芯片做准备。2019年,长江存储量产3D NAND闪存芯片,2020年之后,长江存储很可能在“技术上达到国际领先的存储芯片供应商的水平”。

长江存储正在研发的,是32层堆栈的3D NAND闪存芯片,对比中国之外的同行业已研发出或者正在研发的3D NAND闪存芯片,国产3D NAND闪存芯片在技术方面的起点不算低。长江存储CEO杨士宁对外称,国产3D NAND闪存芯片由长江存储和中科院微电子所联合研发。长江存储在实验室中研发出国产3D NAND闪存芯片只是第一步,之后能否按自己制定好的计划,量产3D NAND闪存芯片,是尤为关键的第二步。

在中国,有一位行内人士认为:“中国需要有那么几家科研实力雄厚的存储公司,打入全球存储芯片市场。我们不用高看日本东芝闪存,中国更多的是需要靠自己。”

中国政府2015年提出“中国制造2025”,鼓励发展半导体产业。中国在制造电子设备方面占有较高份额,半导体是最大的进口品种。为改善贸易收支,必须提高半导体自给率。在中小型液晶屏市场,中国企业最初也是通过向中国的智能手机制造商提供低端产品而不断提高市场份额的。日韩制造商占据优势的高端精细产品与中国产品的价格差距已缩小至10%左右。

在供应和需求方面,中国掌握价格主导权的时代或将来临。

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