半導體存儲器是現代以數據為中心社會的關鍵戰(zhàn)略市場，并受到重要的大趨勢的推動，這些大趨勢包括移動性，云計算，人工智能（AI）和物聯網（IoT）。NAND（非易失性）和DRAM（易失性）是當前的主流存儲器，分別用作智能手機，固態(tài)硬盤，PC，服務器和車輛等廣泛應用和系統(tǒng)的存儲和工作的存儲器。2019年，NAND和DRAM占整體獨立存儲器市場的96％，合并收入為1070億美元。
中國是存儲設備的重要市場，并且由于移動，汽車和服務器市場的需求旺盛，其需求繼續(xù)保持強勁增長。值得注意的是，中國購買了全球制造的所有NAND和DRAM芯片的1/3以上（圖1）。
中國的中央和地方政府與私人企業(yè)合作，已投資數十億美元發(fā)展本地半導體產業(yè)，以彌合國內生產與消費之間的差距。早在2015年，中國政府就啟動了一項大規(guī)模資助計劃，以將其國內半導體IC生產從2015年的不到20％提高到2025年的70％。大約20個地方政府設立了指導基金。達成總價值超過900億美元的總體投資計劃。中國一直在努力與這一雄心勃勃的計劃保持同步。
但是我們必須認識到，打造和運營與市場領先者相同的技術能力的半導體晶圓廠并不是一個僅通過投入資金就能解決的問題。特別地，由于3D NAND和DRAM設備的高制造復雜性，存儲器是一項非常具有競爭性和挑戰(zhàn)性的業(yè)務。應考慮的主要挑戰(zhàn)之一是對高級技術IP和工程人才的需求。美光，三星和SK hynix等外國公司不接受前沿存儲器產品的技術許可或與當地公司的合作伙伴關系。而且，收購外國實體的交易通常受到全世界外國政府的阻止。
如今，中國OEM必須從領先的國際供應商那里購買其大部分NAND和DRAM芯片，例如美光，英特爾和Western Digital（美國），三星和SK hynix（韓國）以及Kioxia（日本）。這些參與者在技術開發(fā)方面處于領先地位，并制定了快速而積極的擴展計劃。在2019年，同時提供NAND和DRAM產品的制造商（例如三星，SK hynix和美光）將其存儲芯片生產的30％以上賣給了位于中國的公司，以及純NAND廠商（例如Kioxia，Western Digital和英特爾–平均將其NAND生產的30％銷往中國（圖2）。
在與西方的貿易緊張關系不斷升級的背景下，在中國建立自給自足的半導體生態(tài)系統(tǒng)的進程已大大加快。然而，領先的半導體國家可以通過貿易手段很容易地限制其發(fā)展。因為中國半導體制造商仙子啊依靠外國公司來提供最新的晶圓廠設備（WFE），因為本地設備供應商無法提供領先的制造工具，而且與全球同行的技術差距太大，無法在幾年的時間里消除差距。
因此，對于美國（應用材料，Lam Research，KLA Tencor）以及歐洲（ASML，EVG）和日本（Canon和Tokyo Electron）的巨型半導體設備生產商來說，預計中國仍將是其未來多年的主要市場，美國政府對芯片制造技術的貿易限制將極大地限制此類WFE玩家的可服務市場，并將對中國的存儲器制造能力產生重大影響。
除此以外，如果美國存儲器制造商被禁止向中國出售產品，他們將不得不尋找新客戶來購買他們的產品，而韓國或日本的其他存儲器制造商將看到中國的需求激增。隨著可以從中購買的公司數量減少，中國公司可能會看到內存價格上漲的趨勢。
中國存儲公司概述
中國有幾個正在進行的半導體存儲項目，當中涉及國內外參與者（圖3）。SK hynix，三星和英特爾（最近出售給SK海力士）是主要的外國芯片制造商，在中國擁有大量的NAND和DRAM生產。SK hynix的無錫DRAM晶圓廠每月的裝機容量為200,000個晶圓（WPM），而三星和英特爾的3D NAND晶圓廠可分別生產120,000 WPM（西安）和65,000 WPM（大連）。
兩家最具競爭力的本地公司是長江存儲（YMTC）和長鑫存儲（CXMT）。在NAND業(yè)務中，長江存儲在中國處于領先地位。目前，該公司正在國內小批量運送64L NAND（包括SSD），預計在2021年將有128L產品投入生產和出貨。至于DRAM，CXMT是中國最先進的DRAM公司，已憑借基于10G1制程的8Gb DDR4產品進入市場。2019年，YMTC和CXMT均在半導體制造設備上花費了巨額資金，為全球WFE供應商提供了不少收入。
在DRAM業(yè)務中，還有兩家值得一提的公司：福建晉華集成電路有限公司（JHICC）和清華紫光集團。JHICC一直在與臺灣聯華電子合作開發(fā)DRAM，但在2018年10月因為美國的起訴，而遭受了重大挫折。
清華紫光集團是著名的國有控股工業(yè)集團和投資集團，在政府中國集成電路產業(yè)的框架內運作推廣策略。它擁有對多家公司的控制權，其中包括YMTC，西安UniIC半導體，UNIC內存技術（最近已轉移到其他子公司）以及Unimos Microelectronics（以前稱為ChipMos，上海）。
盡管中國開始發(fā)展其NAND和DRAM產業(yè)，但由于當地供應鏈的完善發(fā)展以及本地主要無晶圓制造商GigaDevice Semiconductor的推動，中國已成為NOR閃存業(yè)務的領先國家之一。在2019年，GIGADEVICE的SPI NOR業(yè)務排名全球第三，而在全球的Nor Flash業(yè)務中，GD排在華邦，旺宏電子和賽普拉斯之后，位居全球第四。
中國還啟動了一些新項目，以推動新型非易失性存儲器（NVM）技術的商業(yè)化，例如自旋轉移轉矩磁阻RAM（STT-MRAM），相變存儲器（PCM）和電阻性RAM（ReRAM）。圖3中列出了一些新興的NVM公司。
長江存儲成立于2016年，資金總額為240億美元。該公司總部位于武漢，在中國經營著最先進的3D NAND晶圓廠，并計劃將長期生產目標定為30萬WPM。YMTC擁有約4,000名員工，由清華紫光集團控制，清華紫光集團持有該公司51％的股份。成立后不久，YMTC收購了武漢新芯半導體制造有限公司（XMC）代工廠，以利用其300mm晶圓廠。XMC是中國第一家基于TSV技術的圖像傳感器制造商，并一直與Spansion（后來與Cypress合并）合作開發(fā)和制造32L NAND器件。
YMTC的一個重要里程碑是2018年推出了Xtacking 技術，自2012年以來，XMC就一直在使用硅片間堆疊技術。在Xtacking 方法中，首先在兩個不同的die上制造3D NAND存儲器陣列和CMOS邏輯電路，然后進行混合鍵合工藝用于將兩個部分放在一起。Xtacking 聲稱能夠實現更高的I / O速度，更大的每個die位密度，更短的開發(fā)時間和更快的制造周期。
2019年9月，YMTC宣布量產中國首款基于Xtacking 的64L 3D NAND 。從那時起，YMTC計劃跳過96L技術，轉而使用128L技術，以趕上即將增加第一代1xxL 3D NAND產量的國際NAND廠商（見圖4）。值得注意的是，YMTC已開始開發(fā)128L NAND，其128L 1.33Tb QLC 3D NAND已通過多個控制器合作伙伴的樣品驗證。
總體而言，2020年1月爆發(fā)的COVID-19大流行似乎并未對YMTC的路線圖產生重大影響。
2020年5月，Phison宣布其控制器支持YMTC的3D NAND，從而為基于中國NAND的SSD進入市場鋪平了道路。YMTC也可能很快推出基于64L 3D NAND芯片的自有品牌SSD，最初瞄準中國的PC OEM。到目前為止，這些芯片已被兩家中國公司采用：Longsys Electronics用于其Lexar品牌的固態(tài)硬盤和Power Electronic Technology用于其Gloway品牌的固態(tài)硬盤。
在當前激烈的價格競爭中，YMTC進入NAND市場被認為是新一輪市場整合的可能觸發(fā)因素。不論其3D NAND芯片的質量水平如何，YMTC都能獲得中國品牌廠商的購買支持。同時，作為中國的“冠軍”，它將獲得中國當地強有力的支持。
長鑫存儲于2017年在安徽省合肥市成立。該公司隸屬于政府所有的合肥工業(yè)投資集團（HIIG）。早在2017年，CXMT宣布以72億美元的價格收購300mm DRAM晶圓廠，目標產能為120,000 WPM。CXMT在2019年第三季度完成了第一階段設施（Fab 1）的建設，并引進了用于生產40,000 WPM的設備。它擁有大約3,000名員工，其中超過75％是從事與研發(fā)相關項目的工程師。CXMT已獲得了奇夢達最初設計的IP許可。CXMT可以訪問1000萬份文檔，涉及模型，設計，制造，控制，質量系統(tǒng)，OPC，測試模式，包裝等。2020年4月，CXMT還與Rambus簽署了許可協(xié)議。
CXMT的最初目標是解決一些國內DRAM需求。除Longsys和Gloway外，第二大內存模塊供應商ADATA Technology也已將CXMT的8Gb DDR4芯片用于面向中國臺式機/筆記本電腦市場的DIMM產品。
據報道CXMT計劃在2021年之前完成其17 nm制程技術的開發(fā)。該公司還概述了未來的制程：在中期，它將使用HKMG和氣隙位線（air-gap bit lin
）技術，而從長遠來看，它將使用柱狀電容器，柵極全能晶體管以及（EUV）光刻。但是，長鑫存儲未來的挑戰(zhàn)依然巨大。
兆易創(chuàng)新成立于2005年，總部位于北京，采用無晶圓廠模式運作，與代工伙伴以及組裝測試廠保持著牢固的關系。GigaDevice及其代工合作伙伴半導體制造國際有限公司（SMIC）正在以至少25,000 WPM的產能為中國NOR市場提供動力。當前的產品組合包括NOR（512Kb – 512Mb，現在有1-2Gb采樣），SLC NAND（1-8Gb）存儲器和微控制器（MCU）。GigaDevice還與Rambus建立了一家名為Reliance Memory的合資公司，專注于新興的存儲器，主要是電阻RAM（ReRAM）。最近，它從Rambus和Reliance Memory獲得了180多項與ReRAM技術相關的專利和應用程序的許可證。
GigaDevice經歷了強勁的增長，2019年的收入增長了46％左右。計劃投資4.6億美元，并計劃進一步擴大業(yè)務。早在2017年，它就與合肥工業(yè)投資集團（HIIG）和CXMT達成了一項為期5年的協(xié)議，開發(fā)總投資額為27億美元（19％的HIIG和20％的GigaDevice）的19nm DRAM技術。對DRAM技術的訪問，再加上其現有的NOR閃存和SLC NAND業(yè)務，可能會使GigaDevice成為中國存儲器行業(yè)的一支新力量。
中國準備從3D NAND開始改變內存市場格局
中國廠商開始逐漸成為存儲市場的新興力量，并可能引發(fā)存儲器業(yè)務的深刻變化。得益于政府投資基金的大量資金支持以及研發(fā)和制造的領先優(yōu)勢，YMTC在所有宣布的中國記憶體生產商中最早取得成功。Yole預計YMTC的大量NAND產量（？4％）可能會在2021年進入市場，而DRAM需要更長的時間。因為制造DRAM晶圓非常困難，而且中國要想與其他行業(yè)保持競爭力，就可能需要更長的時間。作為中國最先進的DRAM制造商，CXMT將在2020年提高19nm工藝（10G1）的產量。
如今，顯然已經將主流內存放在優(yōu)先位置，這些內存對于不斷增長的數據中心和移動業(yè)務至關重要。3D NAND和DRAM項目已占據了大部分資源，而其他內存技術的投資要么相當有限，要么主要集中在最有前途的公司。
但是，中國并沒有忽視所有新興的NVM業(yè)務，并啟動了許多旨在獲取新的內存專業(yè)知識和IP并開發(fā)新技術工藝和產品的項目，為整個半導體內存業(yè)務的下一步發(fā)展做好準備。
同時，由于發(fā)達的本地供應鏈和GigaDevice的活動，獨立的NOR閃存將仍然是中國最堅固的存儲器業(yè)務。