【MTS2021】“芯片热”之下，本土厂商如何做好一颗嵌入式存储芯片？
政策支持、资本追捧，一二级市场火热，让中国芯片相关企业的数量在2020年上半年增长迅速。截至今年7月20日，中国共有芯片相关企业4.53万家，仅今年第二季度新注册企业就有4800家，同比增长20%，环比增长120%。“还好中国的市场体量比较大，不然这是很崩溃的事情。”深圳市时创意电子有限公司董事长倪黄忠表示，“芯片热”现象是“天时、地利、人和”造成的，但也要注意防范产业过热……
2014年，中国成立了集成电路产业投资基金（简称“大基金”）一期，募集资金1387亿元人民币；2019年中美贸易摩擦升温，大基金二期推出，募资规模2000亿元人民币。国家大基金一期加二期撬动的社会资本总规模预计超过1万亿元。
2020年8月，国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，集成电路成为中国战略性新兴产业，大量资本涌入半导体行业。在今年疫情期间其他所有产业投资都减少的情况下，只有对半导体、集成电路的投资还在翻倍增长。一级市场、二级市场资本如此热情，足见国家发展这个行业的坚定决心。
芯片热过头，需警惕“芯骗”
政策支持、资本追捧，一二级市场火热，让中国芯片相关企业的数量在2020年上半年增长迅速。截至今年7月20日，中国共有芯片相关企业4.53万家，仅今年第二季度新注册企业就有4800家，同比增长20%，环比增长120%。
深圳时创意电子有限公司董事长倪黄忠
“还好中国的市场体量比较大，不然这是很崩溃的事情。”在日前TrendForce集邦咨询举办的MTS2021存储产业趋势峰会上，深圳市时创意电子有限公司董事长倪黄忠表示，“芯片热”现象是“天时、地利、人和”造成的，首先是天时——市场需求爆发式增长、国际贸易限制、国产替代政策；其次地利——中国是全球最大统一市场，具备完整的上下游产业链；最后是人和——产业政策、资金、市场和民众的空前瞩目。
但也要注意防范产业过热。这么多新增企业中，相信也有很多没经验、没技术、没人才的三无企业涌入芯片中低端市场。他们不具备核心技术研发和设备生产能力，导致中低端市场产品同质化恶性竞争。同时这些企业也会造成行业人才过快流动，比如说现在行业里的核心人才不断被挖，“本来他在这个公司做得很好的，但是被挖走了，这个公司的技术创新就会中断。”企业知识产权得不到保护，最终损害下游顾客利益。
倪黄忠还分析了最近暴雷的“芯骗”问题，目前有很多打着高大上产业项目口号，百亿、千亿级项目已经暴雷，未来可能还有更多。因为资本过热地投入，肯定会造成一些企业不能专注于技术研发，而是专注于搞资本运作。因为到资本市场赚钱更容易，还有什么必要费力气搞创新？未来芯片企业如果不技术创新、同质化，便会为了短期市场份额对产品进行costdown操作，大打价格战，破坏市场秩序，导致产品实际使用寿命不达标、兼容性不够、使用后性能下降，使用一段时间后返修率偏高等恶性循环问题。
国内嵌入式存储芯片行业现状
存储市场占比最高的有NAND和DRAM两大类别，对应了手机、服务器和PC三大应用领域，在全球有着超过1000多亿美金的年销售。随着5G、大数据、智能物联网以及AI的迅速崛起，NAND存储的应用还在增长，特别是NAND Flash的成长，因为大数据的成长和云存储的成长。
原厂格局方面，NAND主要是三星、铠侠、WD、美光、海力士、长江存储、英特尔等等；DRAM以三星为龙头，海力士、美光、南亚和长鑫等等为主。以前在存储芯片领域是没有国内厂商的，这几年有了长江存储和合肥长鑫。长江存储2019年9月份量产了64层基于Xtacking架构的256Gb闪存颗粒，今年4月发布了128层的3D NAND存储芯片，实现了跳跃式发展；长鑫方面已经成功量产19nm的DDR4/LPDDR4，正在推进LPDDR5 DRAM产品开发，预计会采用17nm以下工艺。
目前DRAM和NAND的主要应用还是智能手机，占比已经达到40%多，第二是服务器，因为大数据在服务器当中的应用比例非常大，第三个是PC端。倪黄忠在接受《电子工程专辑》等媒体采访时表示，时创意公司成立于2008年，最早是做玩具起家，2013年进入存储芯片封装领域，2017年进入PC SSD市场，2019年进入嵌入式存储领域，在这三个端口完成布局
他认为，嵌入式存储芯片终端应用存在着四大常见问题：
- 由于NAND Flash颗粒品质不高，导致产品实际使用寿命不达标；
- 固件架构设计完善度和产品兼容性测试不够，导致产品兼容性不够；
- 固件架构不完善或NAND Flash颗粒品质较弱，导致产品长时间使用后性能下降明显；
- 产品老化测试不够或者NAND Flash颗粒品质较弱，导致产品使用一段时间后返修率偏高。
可见，嵌入式存储芯片市场有别于其他类似SSD、DDR等可插拔的存储设备市场，对产品的性能、使用寿命和数据安全性有异常严苛的要求，需要存储厂商在晶圆和主控选型、基板设计和封装工艺、软件和固件方案设计、工程验证和生产测试以及售后服务等方面具备全面的完整技术能力。如果没有全产业链的自主核心技术，最终将很难长期立足于该市场。
如何做好一颗嵌入式存储芯片？
倪黄忠分享了如何做好一颗嵌入式存储芯片的心得，第一个阶段就是主控和晶圆的选型。
在晶圆选择上，每家原厂出货的晶圆都有等级之分，以美光的晶圆料号MT29F256G08EBCAG B16A 3W C1 -R举例，其中最后字母如果是“R”则代表Fortis级别，“M”则代表Meida级别，“U”代表Removable级别等。所以在跟模组厂采购嵌入式存储芯片的时候，要看一下是用什么晶圆做的，如果为了节约成本，买低等级的晶圆来做嵌入式存储，最后出现问题是不能怪原厂的。
除了选择晶圆等级，还要选择晶圆工艺，例如2D和3D，SLC、MLC和TLC。NAND层面现在基本选择64层TLC，随着96层TLC量产和128层技术的成熟了，会慢慢推进。
最后是晶圆架构的选择，包括Block Size、Page Size等。拿英特尔的晶圆来说，“是为服务器而生的，非要拿去做嵌入式可能会产生很多问题。”倪黄忠说到，“再如QLC晶圆，本来是为了服务器去做的，如果因为QLC便宜而拿来做嵌入式，估计会死得很惨。”
第二个阶段是基板设计和封装工艺。首先要保证堆叠设计和焊线设计的合理性，然后要考虑信号设计的完整性。市场上有很多封装厂为了降低成本用了两层板，对系统厂商造成了很多麻烦。封装工艺中，设备非常重要，另外还要有好的生产环境、员工管理和品控体系。
剩下几个阶段分别是固件和软件方案设计、工程验证和生产测试。时创意因为把实验室建到了产线，任何一个批次的产品都会先进入实验室先做好工程实验、工程认证，所以目前封装生产直通率达99.9%以上。
长江长鑫两巨头加持，国内存储行业未来可期
倪黄忠用之前提到实现“跳跃式发展”的长江存储举例，时创意采用他们的64层TLC晶圆做封装，SDP（32GB * 1）封装良率是99.98%，超过了以往采用国际大厂晶圆 99.9%的均值。DDP (32GB * 2)达到 99.88%的良率，分四迭代做封装数量级比较大的情况下是99.69%的封装良率。
“这样的良率国内很难找得到第二家，国际上面也和几大原厂的良率水平相当。做到这么高的良率，主要是基于两点，”倪黄忠总结道，“一是我们的封装技术已经非常成熟，第二点说明长江存储的wafer的稳定性已经达到非常高的要求，这也是他们可以从64层直接跳到128层的原因。”
虽然这两年大家都在喊芯片国产化，但国产化不应该仅仅是低端产品的国产化，而是高端产品的国产化。国际大厂做到的东西，中国厂商要想办法把它做到，这才是具备国产化替代的意义。而长江存储和合肥长鑫两家出来以后，正在逐渐打破存储芯片市场的格局，倪黄忠表示，未来市场有多少变化值得期待，这也是国内所有存储厂商都期待的事情。
以长江存储、长鑫存储为代表的国内龙头厂商未来可期，相信在国家政策扶持下，以及5G、AI、AIoT、大数据等新技术创新的拉动下，我国存储产业规模快速发展，将会产生一大批优秀的存储模组厂商，并会诞生中国的世界级存储领军企业。
时创意去年开始推出8GB eMMC嵌入式产品，2020年11月推出了256GB版本。据倪黄忠称，这是国内最短时间内推出最大容量的eMMC产品，应用在了一些4G手机上。相关的UFS产品也在研发中，预计明年下半年开始出货，和LPDDR产品一起用在5G手机中。据悉时创意的LPDDR产品今年已开始量产，TLC eSSD产品已实现1TB封装能力，QLC可以做到2TB。“时创意期待能够跟所有系统厂商和产业上下游合作伙伴们一起，共同构建起资源优势互补、技术开放共享、产业资本对接的存储产业生态链。“
责编：Luffy Liu
来源：EET电子工程专辑
