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中國大陸的記憶體產業

  • 林育中

3D NAND的堆疊有如另闢蹊徑的摩爾定律微縮,是可以用單一技術持續創造新經濟價值的方向,而且這個方向還有好一段時光可走。長江存儲

2018年大陸進口3,000餘億美金的半導體產品中,記憶體約佔兩成,因此在進口替代的政策下,追求記憶體產品的自給似乎成為理所當然。

記憶體主要有DRAM和3D NAND兩大塊,先講3D NAND。長江存儲採用Xtacking的技術,基本上是將週邊邏輯線路和記憶體陣列分別在不同晶圓上以最適合製程分別製作,晶片之間以矽穿孔(TSV)連接,數個晶片以類似3D先進封裝來組合。以先進製程來製作I/O以及周邊邏輯取得的性能優勢是否能彌補以TSV連繫不同晶片的延遲還有待觀察,但是我覺得發展3D NAND的戰略方向大致是對的。

3D NAND的堆疊有如另闢蹊徑的摩爾定律微縮,是可以用單一技術持續創造新經濟價值的方向,而且這個方向還有好一段時光可走。前一陣子SK-Hynix的3D NAND技術路線圖宣稱要在2030年達到800層堆疊,而且這還不是止境。這可能是大陸在主要半導體產品領域最有會接近世界前沿的技術發展。另外Xtacking技術與現在異構整合的技術趨勢若合符節,異構整合技術成為業界主流的發展還會對此產品帶來技術發展和應用的好處。

所以我的看法是方向正確,只是執行的問題。執行的成效如何,明年128層的產品問世後即可分曉。即使初始的成效未如預期,也只是短期就可以修正的問題。

DRAM的問題比較複雜。目前有合肥長鑫、福建晉華和甫成立的紫光內存三家。晉華自美光事件後已暫時進入蟄伏的狀態。長鑫前幾日宣佈要進入量產,預計是17nm的製程,也就是俗稱1y的製程。

DRAM現在仍是半導體內最大產品項目,但是否仍為戰略技術則頗有疑義。當初美國、日本、韓國、台灣爭先投入此一領域是因為當時DRAM代表半導體的最先進技術,現在這地位老早已被邏輯製程所取代。

另外,記憶體產品成為爭端中「掐脖子」的利器機會大概不大。記憶體產品最大製造國是韓國,基於地緣政治、市場、生產基地(西安、無錫)等因素,很難想像韓國會朝這方向去想。

但是最重要的理由是產業經濟與技術考量。DRAM的技術世代,不管是1x、1y、1z或1α、1β、1γ都是在10幾奈米打轉,意思是説每個世代之間的成本和性能的優化十分有限,也許還值不回開發費用。另外,在1z或1α世代,EUV不得不進場,這是一筆不小的開支。

新興記憶體中的MRAM在性能方面事實上已超過DRAM的表現,由於面積也遠比SRAM小,所以是7nm/5nm製程中L3 cache SRAM的替代品。與獨立DRAM相較,目前的MRAM單位面積較大,雖然性能較佳,但是價格仍髙。解決方式是以新材質降低對驅動電流的需求,從而降低CMOS的面積;或者改成SOT MRAM,一樣可以達到相同目的。SK-Hynix前一陣發佈的2022年100億美元投資計劃,就是用於DRAM以及新興記憶體。對於我來説,SK-Hynix放在計畫目的前頭的DRAM怎麼看都有點對新興記憶體欲蓋彌彰的味道。有些跡象顯示大廠在採取收割策略了!記得幾年前李在鎔說三星不能捨棄的技術是OLED和3D NAND?中間可沒有DRAM。

在我看來,DRAM技術的戰略重要性不髙:如果有新興記憶體取而代之,市場會被逐漸腐蝕,特別是高單價市場。如果製程進展太遲緩,就失去了高科技產業的本質,變成傳統產業。傳統產業的產品-譬如鞋子-市場當然還是有需求,可是這種物資儘可用李嘉圖的比較利益法則自貿易取得,再自足的經濟體也都還是可從貿易中創造比較利益。

如果DRAM沒有被新興記憶體取代,而且製程可以持續演進—譬如用半浮閘(semi-floating gate)來取代現行1T1C架構,那麼至少要整合目前顯見分散的研發資源。前一陣子大陸有篇評論文章總結了台灣自90年代總共投資了DRAM逾500億美元、最終未能取得預期成果的原因,説台灣DRAM產業失之於無意自主研發,這結論有點令人發噱。不是的!台灣的DRAM個別廠商是因為缺乏規模經濟而無法獨立硏發,不是企圖心的問題。按照過去的經驗法則,先進製程半導體廠商營業額至少要占世界15%以上市場才有機會從營業利益中產生下一代新技術的硏發經費。這經驗不僅適用於DRAM,也適用於代工!

現為DIGITIMES顧問,1988年獲物理學博士學位,任教於中央大學,後轉往科技產業發展。曾任茂德科技董事及副總、普天茂德科技總經理、康帝科技總經理等職位。曾於 Taiwan Semicon 任諮詢委員,主持黃光論壇。2001~2002 獲選為台灣半導體產業協會監事、監事長。現在於台大物理系訪問研究,主要研究領域為自旋電子學相關物質及機制的基礎研究。