中國(guó)新起步的存儲(chǔ)器制造商預(yù)計(jì)將達(dá)到一個(gè)重要的里程碑，并將進(jìn)入初始量產(chǎn)階段，盡管它們已經(jīng)遇到了各種障礙。

中國(guó)國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)器玩家正在關(guān)注兩個(gè)市場(chǎng)，3D NAND和DRAM。在這兩個(gè)市場(chǎng)中，本地廠商或是技術(shù)落后，或是在努力開(kāi)發(fā)這些產(chǎn)品，亦或兩者兼而有之。最近有一家供應(yīng)商因涉嫌盜竊商業(yè)機(jī)密被起訴，這再度引發(fā)對(duì)中國(guó)缺乏知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的擔(dān)憂。

然而，中國(guó)正在全力推進(jìn)存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)，以及IC設(shè)計(jì)，邏輯工藝制造和封裝。憑借數(shù)十億美元的資金支持，中國(guó)希望發(fā)展國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，因?yàn)橹袊?guó)目前從外國(guó)供應(yīng)商進(jìn)口了絕大部分芯片。這造成了巨大的貿(mào)易逆差。

在邏輯工藝制造上，中國(guó)多年來(lái)在貿(mào)易逆差方面取得了微小的進(jìn)展。中國(guó)最近宣布了幾個(gè)重大項(xiàng)目以縮小這一差距。其中包括：

清華紫光最近宣布了3個(gè)大型存儲(chǔ)器項(xiàng)目，耗資840億美元。目標(biāo)是建造九座晶圓廠，但目前只有一座正在建設(shè)中。它專(zhuān)注于3D NAND，目前已試產(chǎn)32層NAND，64層NAND技術(shù)正在研發(fā)中。

另外兩家中國(guó)公司福建晉華集成電路有限公司和睿力集成電路有限公司（Innotron）也將分別在新的300mm晶圓廠增加22nm的DRAM。

目前尚不清楚中國(guó)能否在市場(chǎng)上站穩(wěn)腳跟。本地供應(yīng)商擁有一些IP，但基本上都是從零開(kāi)始。為了推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展，中國(guó)曾試圖收購(gòu)跨國(guó)存儲(chǔ)器制造商或組建聯(lián)盟。但由于國(guó)家安全和IP問(wèn)題，大多數(shù)國(guó)家對(duì)此猶豫不決。

因此，中國(guó)必須獨(dú)立研發(fā)大部分技術(shù)。但在競(jìng)爭(zhēng)激烈的存儲(chǔ)器市場(chǎng)，中國(guó)很難追趕上英特爾、美光、三星、SK海力士、東芝和Western Digital等跨國(guó)公司。

這不禁讓人質(zhì)疑中國(guó)的存儲(chǔ)器制造商能否在長(zhǎng)期內(nèi)取得成功。一些分析師持悲觀態(tài)度，稱(chēng)中國(guó)廠商缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)力技術(shù)，另一些人則對(duì)中國(guó)在存儲(chǔ)器領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)樂(lè)觀。

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)International Business Strategies的首席執(zhí)行官Handel Jones表示：“我們對(duì)NAND的態(tài)度比DRAM更為樂(lè)觀，但這需要一些時(shí)間。中國(guó)有能力獲得NAND市場(chǎng)的份額，但這仍然需要領(lǐng)先的技術(shù)。對(duì)于一家新的DRAM公司而言，進(jìn)入市場(chǎng)并獲得技術(shù)是非常艱難的?！?/p>

據(jù)多位消息人士透露，中國(guó)距離開(kāi)發(fā)64層3D NAND器件大約需要6到9個(gè)月的時(shí)間，這一技術(shù)可以讓中國(guó)名揚(yáng)世界。消息人士稱(chēng)，大規(guī)模量產(chǎn)仍需一到兩年，因此中國(guó)能否制造出可靠的器件還有待觀察。

有些人對(duì)市場(chǎng)有不同的看法。Semico Research公司的制造部總經(jīng)理Joanne Itow在最近的博客中表示：“Semico認(rèn)為，三家中國(guó)存儲(chǔ)器公司都取得成功概率較低，但其中某一家公司取得成功則很有可能?！?/p>

Semico稱(chēng)，預(yù)計(jì)到2021年，中國(guó)國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)器供應(yīng)商的產(chǎn)能將從現(xiàn)在的幾乎為零增加到超過(guò)300,000wpm（wafer/每月）。雖然這聽(tīng)起來(lái)可能讓人印象深刻，但據(jù)Semico稱(chēng)，到那時(shí)這只占全球存儲(chǔ)器容量的不到10%。

雄心勃勃的計(jì)劃

多年來(lái)，中國(guó)推出了多項(xiàng)促進(jìn)國(guó)內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的舉措。盡管由于種種原因，每個(gè)計(jì)劃都沒(méi)有達(dá)到最初的預(yù)期，但它已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。一方面，中國(guó)在IC產(chǎn)工業(yè)現(xiàn)代化方面起步較晚。其次，多年來(lái)，美國(guó)和其他國(guó)家對(duì)中國(guó)實(shí)施了嚴(yán)格的出口管制條例，阻止跨國(guó)設(shè)備供應(yīng)商將最新的設(shè)備運(yùn)進(jìn)中國(guó)。不過(guò)，最近許多國(guó)家對(duì)中國(guó)的出口管制放松了。

盡管如此，中國(guó)仍陷入了一種麻煩的失衡——當(dāng)中國(guó)成為全球第一的電子產(chǎn)品制造基地時(shí)，只能生產(chǎn)所需芯片中的極少一部分。

據(jù)IC Insights稱(chēng)，2012年，中國(guó)的芯片消費(fèi)為820億美元，占全球的32%。但是，2012年中國(guó)的芯片產(chǎn)值為88億美元，僅占全球半導(dǎo)體產(chǎn)量的10.8%。也就是說(shuō)，中國(guó)大約90%的芯片來(lái)自于進(jìn)口。

為了扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)，中國(guó)政府于2014年公布了一項(xiàng)新計(jì)劃，稱(chēng)為《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》。該計(jì)劃旨在加速中國(guó)在14nm finFET、高級(jí)封裝和存儲(chǔ)器方面的發(fā)展。

中國(guó)還撥出了193億美元的資金，用于投資國(guó)內(nèi)的IC公司。地方政府和私募也承諾將為中國(guó)的IC產(chǎn)業(yè)投資1000億美元。

然后，2015年，中國(guó)發(fā)起了另一項(xiàng)名為“中國(guó)制造2025”的計(jì)劃。據(jù)IC Insights稱(chēng)，在該計(jì)劃中，中國(guó)希望將其國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)量從2015年的不足20%提高到2020年的40%，到2025年達(dá)到70%。

圖1：中國(guó)IC市場(chǎng)與IC生產(chǎn)趨勢(shì)（來(lái)源：IC Insights）

中國(guó)的努力取得了喜憂參半的結(jié)果。一些新的晶圓廠已經(jīng)出現(xiàn)，但中國(guó)仍然需要進(jìn)口大量芯片。

據(jù)IC Insights稱(chēng)，2017年，中國(guó)的芯片消費(fèi)為1380億美元，占世界的38%。而2017年中國(guó)的芯片產(chǎn)量達(dá)到了185億美元，相當(dāng)于全球產(chǎn)量的13.3%。IC Insights總裁Bill McClean表示：“這是讓中國(guó)政府瘋狂的數(shù)字。他們關(guān)注這個(gè)指標(biāo)，并表示這個(gè)數(shù)字需要更大?！?/p>

因此，根據(jù)McClean的說(shuō)法，盡管中國(guó)仍在繼續(xù)推進(jìn)其雄心勃勃的計(jì)劃，但是中國(guó)可能在2020年和2025年無(wú)法實(shí)現(xiàn)芯片自給自足的目標(biāo)。

據(jù)SEMI分析師Dan Tracy和Clark Tseng稱(chēng)，中國(guó)目前正在建設(shè)19座新的晶圓廠，其中10座是300mm晶圓廠。這些數(shù)字包括國(guó)內(nèi)和跨國(guó)芯片制造商。

目前尚不清楚這些晶圓廠項(xiàng)目是否會(huì)順利進(jìn)行，因?yàn)榫謩?shì)仍在動(dòng)態(tài)變化。無(wú)論如何，設(shè)備供應(yīng)商正準(zhǔn)備開(kāi)始在中國(guó)大舉投資，開(kāi)發(fā)用于晶圓廠的設(shè)備。

圖2：年終設(shè)備預(yù)測(cè) （來(lái)源：SEMI）

應(yīng)用材料公司的營(yíng)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Arthur Sherman表示：“我們預(yù)計(jì)，2018年晶圓廠設(shè)備在中國(guó)的投資將比2017年增加約20億美元，從目前的情況來(lái)看，我們認(rèn)為，未來(lái)幾年的投資將會(huì)逐步增長(zhǎng)?！?/p>

存儲(chǔ)器之路

中國(guó)國(guó)內(nèi)的集成電路代工廠商如今充滿活力，為本國(guó)和跨國(guó)客戶生產(chǎn)大量的芯片。臺(tái)積電和聯(lián)電在中國(guó)也有晶圓廠，GlobalFoundries的晶圓廠也在建造中。

中國(guó)的存儲(chǔ)器業(yè)務(wù)被劃分為兩個(gè)類(lèi)別——跨國(guó)公司和國(guó)內(nèi)企業(yè)。2006年，SK海力士是最早在中國(guó)建立DRAM晶圓廠的跨國(guó)公司之一。英特爾和三星在中國(guó)生產(chǎn)3D NAND。但如今，這些晶圓廠的總產(chǎn)量?jī)H占中國(guó)總需求的一小部分。

圖3：中國(guó)的主要IC制造商（來(lái)源：IC Insights）

中國(guó)對(duì)于國(guó)外存儲(chǔ)器的供貨依賴造成了一些供應(yīng)鏈問(wèn)題。去年，DRAM價(jià)格飆升，給智能手機(jī)OEM（包括那些在中國(guó)的OEM）帶來(lái)了成本壓力。據(jù)研究公司TrendForce稱(chēng)，中國(guó)政府最近進(jìn)行了干預(yù)，要求三星在2018年第一季度抑制DRAM價(jià)格的快速上漲。

不過(guò)，這樣治標(biāo)不治本，這也是為什么中國(guó)正試圖讓國(guó)內(nèi)的存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)走出困境。KLA-Tencor公司的全球客戶組織執(zhí)行副總裁Brian Trafas表示：“中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)需求和中國(guó)政府重點(diǎn)發(fā)展半導(dǎo)體行業(yè)的戰(zhàn)略，推動(dòng)了中國(guó)新興本土企業(yè)的快速增長(zhǎng)?！?/p>

毫無(wú)疑問(wèn)，中國(guó)的存儲(chǔ)器廠商面臨著幾個(gè)挑戰(zhàn)。Trafas表示，“新興國(guó)內(nèi)廠商需要專(zhuān)注于研發(fā)進(jìn)展，吸引和發(fā)展關(guān)鍵人才，成功增加新晶圓廠的數(shù)量。在中國(guó)，一些獨(dú)特的挑戰(zhàn)是，在地域上分散的客戶群和經(jīng)驗(yàn)豐富人才的短缺?！?/p>

中國(guó)在存儲(chǔ)器領(lǐng)域最引人注目的工作始于2006年，那一年，武漢新芯集成電路制造有限公司（XMC）成立了?？偛课挥谖錆h的XMC是一家NOR flash代工廠。此外，作為與Spansion合作的一部分，XMC一直在開(kāi)發(fā)3D NAND，Spansion目前是賽普拉斯的一部分。

2016年，清華紫光收購(gòu)了XMC的大部分股份。然后，XMC變更到了一個(gè)名為長(zhǎng)江儲(chǔ)存技術(shù)（YRST）的新組織中。

清華紫光和它的存儲(chǔ)器部門(mén)YRST最近在中國(guó)宣布了三個(gè)主要的存儲(chǔ)器項(xiàng)目。以下是最新的動(dòng)向：

o2016年12月，YRST在中國(guó)中部的湖北省省會(huì)武漢公布了一項(xiàng)耗資240億美元的3D NAND存儲(chǔ)器項(xiàng)目。YRST希望建造三座晶圓廠，每座晶圓廠產(chǎn)能為100,000 wpm。

o2017年2月，清華紫光宣布在中國(guó)東部的江蘇省省會(huì)南京市投資一項(xiàng)300億美元的存儲(chǔ)器項(xiàng)目。目標(biāo)是先制作DRAM，隨后是3D NAND。

o2018年1月，清華紫光宣布在中國(guó)西南部的四川省省會(huì)成都開(kāi)始另一項(xiàng)3D NAND項(xiàng)目。目標(biāo)是在未來(lái)10年內(nèi)建設(shè)三座晶圓廠，總投資超過(guò)300億美元。

據(jù)報(bào)道，清華紫光最近中國(guó)重慶投資創(chuàng)辦了一家公司。不過(guò)，目前還不清楚該公司是否會(huì)投資存儲(chǔ)器。

在存儲(chǔ)器方面，清華紫光的南京晶圓廠在2017年末破土動(dòng)工，但此后幾乎沒(méi)有消息。在成都，該公司尚未公布晶圓廠的日程表。

中國(guó)的巨大期許都寄托在YRST在武漢的發(fā)展。一段時(shí)間以來(lái)，YRST一直在XMC的晶圓廠中開(kāi)發(fā)3D NAND。去年，YRST在武漢的一家新工廠破土動(dòng)工，鄰近XMC。據(jù)IC Insights稱(chēng)，這座晶圓廠幾乎已經(jīng)竣工，計(jì)劃到2018年中期產(chǎn)能達(dá)到5,000 wpm。不過(guò)，給YRST公司高管發(fā)送的詢問(wèn)電子郵件尚未得到回復(fù)。

無(wú)論如何，YRST都將面臨著一條陡峭的學(xué)習(xí)曲線，因?yàn)橹圃?D NAND要比之前想象的要困難得多。甚至跨國(guó)供應(yīng)商也在3D NAND上苦苦掙扎，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)要求晶圓廠擁有一些新的、困難的制造步驟。

NAND flash本身用于固態(tài)存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器和智能手機(jī)。直到最近，planar NAND還是主流技術(shù)。planar NAND仍然可行，但它已經(jīng)達(dá)到了當(dāng)前1xnm節(jié)點(diǎn)的物理極限。

3D NAND是planar NAND的后繼技術(shù)。與2D結(jié)構(gòu)的planar NAND不同，3D NAND類(lèi)似于摩天大樓，其水平層被堆疊，然后使用微小的垂直通道連接。

圖4：2D NAND結(jié)構(gòu) （來(lái)源：Western Digital）

圖5：3D NAND結(jié)構(gòu) （來(lái)源：Western Digital）

3D NAND由多層組成。三星最新的3D NAND是一款64層、3bit-per-cell 的器件。因此，該器件有64層彼此堆疊在一起，實(shí)現(xiàn)256Gb的產(chǎn)品。bit密度隨著層數(shù)的增加而增加。

YRST正在對(duì)32層3D NAND進(jìn)行樣品設(shè)計(jì)，但論price-per-bit（單位比特價(jià)格），32層或48層器件不再有競(jìng)爭(zhēng)力。因此，YRST的目標(biāo)是加速64層技術(shù)的研發(fā)。64層的產(chǎn)品在武漢新工廠生產(chǎn)，但這條生產(chǎn)線可以從32層芯片開(kāi)始。消息人士說(shuō)，由于良率問(wèn)題，64層技術(shù)還沒(méi)有準(zhǔn)備就緒。

對(duì)于中國(guó)而言，64層器件至關(guān)重要。64層的3D NAND器件具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，并且在一段時(shí)間內(nèi)仍將是最佳選擇。IBS的Jones表示：“64層技術(shù)將是3D NAND的一個(gè)長(zhǎng)期技術(shù)節(jié)點(diǎn)，這和邏輯芯片的28nm是一樣的?！?/p>

在中國(guó)，遷移到下一代96層的3D NAND技術(shù)并不非常緊迫。此時(shí)，cost-per-bit的成本效益并不非常引人注目。Jones 表示：“到96層時(shí)，成本降低可能是10%到15%。到128層時(shí)，可能還有5%。”

盡管如此，正在開(kāi)發(fā)64層器件的跨國(guó)供應(yīng)商也在開(kāi)發(fā)96層的3D NAND器件。可以肯定的是，跨國(guó)公司擁有推進(jìn)3D NAND的專(zhuān)門(mén)技術(shù)。

YRST擁有一些專(zhuān)門(mén)技術(shù)和IP，但它面臨從32層遷移到64層的一些挑戰(zhàn)。Jones 表示：“64層技術(shù)非常困難，但我們認(rèn)為他們會(huì)掌握這項(xiàng)技術(shù)?！?/p>

3D NAND很困難，因?yàn)樗蕾囉诟鞣N新的沉積和蝕刻步驟。供應(yīng)商可以在公開(kāi)市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)設(shè)備，但3D NAND的開(kāi)發(fā)需要專(zhuān)門(mén)技術(shù)。Jones 表示：“從Applied 和Lam那里得到的工具非常好，但是你仍然需要調(diào)試這些設(shè)備來(lái)開(kāi)發(fā)器件結(jié)構(gòu)?！?/p>

例如，在3D NAND流程中，使用沉積將交替膜堆疊在基板上。這個(gè)過(guò)程重復(fù)了好幾次。但是，隨著更多的層被添加，我們的挑戰(zhàn)是，將層均勻地堆疊在一起并且沒(méi)有缺陷。

圖6：薄膜疊加沉積的挑戰(zhàn)。（來(lái)源：Lam Research）

在接下來(lái)的步驟中，等離子蝕刻機(jī)將微小的圓形孔洞或通道從器件頂部蝕刻到底部基板上。每個(gè)通道必須是均勻的。否則，可能會(huì)出現(xiàn)關(guān)鍵尺寸變化。

圖7：通道蝕刻的挑戰(zhàn)。（來(lái)源：Lam Research）

這里還包括其他一些步驟，但關(guān)鍵問(wèn)題是產(chǎn)量。KLA-Tencor公司的Trafas表示：“由于產(chǎn)量是這些中國(guó)半導(dǎo)體公司成功的關(guān)鍵因素，因此過(guò)程控制在中國(guó)得到了極大的重視。”

DRAM成功有望

同時(shí)，中國(guó)也想成為一個(gè)DRAM競(jìng)爭(zhēng)者，但這是一個(gè)成熟的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。在高端市場(chǎng)，三星正在研發(fā)18nm的DRAM。

不過(guò)，作為起點(diǎn)，中國(guó)的DRAM制造商正在開(kāi)發(fā)22nm器件。IC Insights公司的McClean表示：“這項(xiàng)技術(shù)不會(huì)接近行業(yè)前沿。它有市場(chǎng)，但很小?！?/p>

中國(guó)可以在DRAM上獲得一些助推。政府可以強(qiáng)制要求中國(guó)的OEM必須在其系統(tǒng)中采用一定比例的國(guó)產(chǎn)DRAM。但McClean表示：“如果你讓中國(guó)的電子系統(tǒng)生產(chǎn)商使用不具備競(jìng)爭(zhēng)力的存儲(chǔ)技術(shù)，那么就會(huì)讓它們?cè)谑袌?chǎng)中處于不利地位?！?/p>

中國(guó)的Innotron公司迎難而上，正準(zhǔn)備推出首款產(chǎn)品——22nm移動(dòng)DRAM。Innotron位于中國(guó)東部的安徽省省會(huì)合肥市，是由兆易創(chuàng)新和合肥市政府組建的合資企業(yè)。

據(jù)IC Insights稱(chēng)，Innotron將在2018年第一季度將設(shè)備移動(dòng)到一座新的300mm晶圓廠。總投資將達(dá)到72億美元，總產(chǎn)能為125,000 wpm。

許多人期待著Innotron能夠從兆易創(chuàng)新那里獲得一些技術(shù)，兆易創(chuàng)新是一家flash存儲(chǔ)器無(wú)晶圓供應(yīng)商。一段時(shí)間之前，兆易創(chuàng)新宣布收購(gòu)專(zhuān)業(yè)DRAM制造商芯成半導(dǎo)體有限公司（ISSI）的計(jì)劃，ISSI由中國(guó)的一個(gè)投資財(cái)團(tuán)Uphill Investment所擁有。

但據(jù)兆易創(chuàng)新的一位發(fā)言人說(shuō)，兆易創(chuàng)新和ISSI的交易終止了。這轉(zhuǎn)而引發(fā)了Innotron從哪里獲得技術(shù)的問(wèn)題。兆易創(chuàng)新的發(fā)言人拒絕就Innotron的進(jìn)展發(fā)表評(píng)論。

與此同時(shí)，在2016年，福建晉華集成電路有限公司（JHICC）在中國(guó)南部的福建省晉江市的一座300mm晶圓廠破土動(dòng)工，耗資56.5億美元。JHICC的投資者包括包括福建電子信息公司和晉江能源投資公司。

第三季度，JHICC計(jì)劃投產(chǎn)22nm專(zhuān)業(yè)DRAM。它從與聯(lián)電的授權(quán)/研發(fā)聯(lián)盟中獲得技術(shù)。而聯(lián)電不參與JHICC的運(yùn)營(yíng)。

不過(guò)，JHICC遇到了一些法律問(wèn)題。據(jù)起訴書(shū)說(shuō)，去年12月，美光公司對(duì)JHICC和聯(lián)電提起了訴訟，指控其竊取了美光的技術(shù)。然后，在1月份，聯(lián)電向美光提出了反訴，聲稱(chēng)美光侵犯了聯(lián)電的專(zhuān)利。目前，訴訟仍在進(jìn)行中。

IP問(wèn)題只是其中一個(gè)挑戰(zhàn)。在一個(gè)艱難的市場(chǎng)中，中國(guó)的存儲(chǔ)器制造商也面臨著激烈的競(jìng)爭(zhēng)。IC Insights公司的McClean表示：“我認(rèn)為這可能和中國(guó)在代工行業(yè)的做法差不多，他們有10%的市場(chǎng)份額?；蛟S中國(guó)將獲得10%的存儲(chǔ)器市場(chǎng)，我不認(rèn)為會(huì)是零。但我認(rèn)為三星、美光和海力士短期內(nèi)不會(huì)損失大量的市場(chǎng)份額?！?/p>