存储芯片自研：虽千万人吾往矣

2018年福建晋华因合作伙伴联电与美光的专利纠纷，被迫停摆；同年，长江存储在美国闪存峰会上，高调发布自研64层3D NAND技术；2019年6月，合肥长鑫DRAM产品在量产前传出修改设计，以规避美国技术……如果要用一句话形容现在的国产存储器产业，没有比 “虽千万人吾往矣”这句更适合的了。语出《孟子·公孙丑上》，原文是：“自反而不缩，虽褐宽博，吾不惴焉。自反而缩，虽千万人吾往矣。” ，意思是纵然面对千万人（阻止），我也勇往直前。

长江存储（YMTC）与长鑫存储（CXMT）、福建晋华（JHICC）是3家国家战略型存储器公司，中国半导体界将他们并称为国产存储器三大探路者。打个比方来说，长江存储如果是“国家队”，合肥长鑫、福建晋华就是“省队”，三者分工各有侧重，长江存储主攻NAND Flash，长鑫和晋华则主攻DRAM，避免了多家企业重复建设和恶性竞争。

去年7月，长鑫存储DRAM项目正式首次投片，启动试产8Gb DDR4工程样品，当时对外的说法——这是第一个中国自主研发的DRAM芯片。

全球DRAM产业已经发展了几十年，在架构、工艺、设计、接口、测试、系统等方面有着大量专利壁垒，且绝大部分控制在三星、SK海力士和美光三家手中，他们占据了全球95%以上的市场份额。新入者能否拥有合规的技术来源和自主创新能力，是在该行业立足发展的关键。

在上个月全球半导体联盟（GSA）与上海市集成电路行业协会共同举办的存储峰会上，长鑫存储董事长兼CEO朱一明对外界透露，公司已累计投入25亿美元研发费用，建成严谨合规的研发体系和独有技术体系，目标年内实现大规模投产，产生正向现金流。

但是在上周（6月12日），日经新闻引述未具名消息人士报导，合肥长鑫已经重新设计了其DRAM芯片，以尽量减少对美国原产技术的使用。

长鑫DRAM技术的来源

业内此前一直传闻，合肥长鑫原本是打算和日本前尔必达社长坂本幸雄合作，不过，这场合作随后不了了之。随后兆易创新投资了长鑫，并且前CEO朱一明也加盟长鑫。众所周知兆易创新在NOR Flash上有一定技术积累，但没法给长鑫带来DRAM相关技术。NOR Flash不是存储器市场的主流产品，主要用于16M以下的小容量闪存，全球市场规模只有30亿美元，由美光、三星、旺宏、华邦、兆易创新等7家企业瓜分。

朱一明一直希望国产存储器能走进主流市场，而DRAM芯片主宰着智能手机、个人电脑、服务器等电子设备的性能，据日经估计，其市场规模达到10万亿日元（约合6400亿元人民币）。显然，DRAM就是朱一明要的主流市场，他承诺在合肥长鑫盈利之前不领一分钱工资、一分钱奖金，也可见其破釜沉舟的信念。

那么长鑫的DRAM技术是从哪来的呢？

朱一明曾在上海举办的GSA MEMORY+峰会上发表《中国存储技术发展与解决方案》主题演讲，指出长鑫的技术源自奇梦达（Qimonda），并结合了长鑫自己的技术。通过与奇梦达合作，将一千多万份有关DRAM的技术文件（约2.8TB数据）收归囊中，目前共有1万6千个专利申请。

奇梦达是英飞凌剥离出来的知名DRAM大厂，早些年还可以在某些显卡上看到他们的GDDR显存，但因经营不善，在2009年1月，奇梦达向法院申请破产保护。奇梦达慕尼黑研发中心和中国研发中心（位于西安高新区）是较大的两大研发中心，拥有自家的DRAM技术。

奇怪的是，2009年破产的奇梦达，慕尼黑研发中心早已人去楼空，西安研发中心当时已经被西安华芯（原浪潮集团旗下公司，今天的紫光国芯）收购。除非长鑫是与紫光共享奇梦达的DRAM技术，否则无从解释“技术来源于奇梦达”这个说法。

而更改设计，避开美国原厂技术这个说法，可以从三点去解读：

1、奇梦达虽然是德国公司，但研发有一部分在美国完成，需要更改美国这部分的设计；
2、长鑫曾经和尔必达关系密切，2012年尔必达就被美光收购了，如果长鑫DRAM中有尔必达的技术，那么美光势必不会放过；
3、除了奇梦达，长鑫还有采用其他美国DRAM厂商、或其他DRAM厂在美国研发中心的技术。

在DRAM的制造中以电容定义的方法区分，主要分为堆栈式（Stack）和深沟槽式（Trench）电容器两大类型。在2000年初，DRAM产业就曾发生过沟槽式与堆栈式的架构大战。沟槽式DRAM的电容在栅极下方，堆栈式DRAM的电容器则在栅极上方，是这两种DRAM最大的差异。

在沟槽式DRAM的制造中，必须先在基板蚀刻出沟槽，然后在沟槽中沉积出介电层，以形成电容器，然后在电容器上方再制造出栅极，构成完整的DRAM Cell。这种工艺最大的技术挑战有二，一是随着线宽越来越细，沟槽的宽深比跟着增加，如何蚀刻出这种沟槽，是相当大的技术挑战。其次，在进行沉积工艺时，由于沟槽的开口越来越细，要在沟槽里面沉积足够的介电材料，形成容值够高的电容器，也越来越难。相较之下，堆栈式DRAM则没有上述问题，因此随着工艺节点越往前推进，沟槽式DRAM的采用者越来越少。

根据ICT Plus公众号报道，2009年之前的奇梦达，主要以研发沟槽式技术为主。两大技术阵营从130纳米开始一路斗到75纳米，最后只剩下奇梦达还做沟槽式DRAM，其他DRAM业者则早就纷纷跳槽到堆栈式架构，设备业者对沟槽式的支持也越来越少。最后，随着奇梦达破产，沟槽式DRAM也宣告成为历史。而当前DRAM主流是堆栈式技术，所以需要明确的是，长鑫用的是沟槽式，还是堆栈式？如果用的是堆栈式，那么奇梦达当年的专利能否保护长鑫？这里就要打一个问号。

现阶段做DRAM的美资厂商只有美光，但往上追溯，还有1966年发明DRAM的IBM，1970年靠DRAM发家的英特尔。在DRAM战场来了又走的，还有德州仪器（TI）、莫斯泰克（Mostek）、韩国大宇、日本NEC和VLSI联合研发体等玩家……

可见DRAM战场的血腥程度远超半导体行业的其他领域。

1970年英特尔依靠批量生产DRAM大获成功，逼死了IBM的磁芯存储器。1976年日本厂商进攻DRAM市场后，差点将英特尔逼死。1985年美国发动经济战争，扶植韩国厂商进攻DRAM产业，又将日本厂商逼死。1997年美国发动亚洲金融风暴，差点将韩国厂商逼死。美国控制韩国经济后，韩国厂商又借着DRAM市场的暴利翻身崛起。此时不怕死的中国台湾冲进DRAM市场，投入500亿美元却亏得血本无归。2007年全球金融危机，逼死了德国厂商奇梦达，并将缺乏自主核心技术的台湾DRAM厂商干翻。

直到2017年，中国大陆厂商加入战局。

重要时间节点还能否达到？

据朱一明透露，长鑫从成立开始，就与国内外技术领先的合作伙伴广泛开展研发合作，如ASML、KLA-Tencor（现已更名KLA）、Lam Research、TEL、Applied Material和TechInsight等。

据日经新闻亚洲评论报导，该消息人士表示，长鑫即使改了DRAM设计，也无法完全消除威胁，因为其生产中依然会使用到美国的半导体设备(如上文提及的Applied Materials、Lam Research及KLA)和EDA工具(如Cadence和Synopsys)，但重新设计能够降低威胁，避免触及美国的知识产权。

朱一明去年10月还曾前往欧洲，与欧洲最大的半导体设备供应商ASML商谈合作，并访问了比利时的IMEC，这是一家专注于纳米电子和数字技术的开创性研究机构。由此可见，长鑫正在寻求美国以外的供应商的支持。

根据长鑫去年透露DRAM项目5年规划，该公司计划在2018年底量产8Gb DDR4工程样品；2019年3季度量产8Gb LPDDR4；2019年底实现产能2万片/月；2020年开始规划二厂建设；2021年完成17纳米技术研发。

长鑫早先公布的重要时间节点

在全球半导体产业经历了一系列风波后，不知道上述时间点能否如约达成。

据长鑫方面的最新消息，他们在合肥投资80亿美元建造的晶圆厂，有望于2019年末至2020年初开始量产。其中一位消息人士指出，长鑫最初每月将生产约10,000片晶圆，不足全球产量的1%，虽然需要经历某种学习曲线，但对于在高性能半导体方面依赖海外企业的中国来说，这次开始量产则是迈出了一大步。

市调机构CINNO分析师Sean Yang指出，跟全球130万片DRAM 硅晶圆的月产量相比，长鑫的产能仍然较小，但对于目前完全无法自制DRAM的中国大陆来说，却是一大突破。

晋华技术涉“美”，只因选错队友？

福建晋华是在2016年2月，由福建省电子信息集团、晋江能源投资集团有限公司等共同出资设立，与台湾联华电子（下称联电）合作，引进技术。具体由晋华出资，委托联电开发 DRAM 相关技术。据公开资料显示，晋华提供了三亿美元资金用于采购研发设备，并依进度陆续支付联电四亿美元，开发出的技术成果双方共有，整体技术完成后，再转移到晋华进行量产。

2017年2月，联电资深副总经理陈正坤出任晋华集成总经理。同年9月，美光在台湾控告联电，指控从美光跳槽到联电的员工窃取DRAM商业秘密，涉嫌将美光 DRAM 技术 泄漏给联电，帮助联电开发32nm DRAM。

2017年12月，美光在美国加州联邦法庭起诉晋华与联电，称联电通过美光台湾地区员工窃取其知识产权，包括存储芯片的关键技术，并交付晋华集成。

2018年1月19日，晋华就美光一系列在华销售的产品侵权，对美光提起诉讼，并于同日向福州市中级人民法院递交诉状，请求判令美光立即停止侵犯晋华专利的行为，并请求赔偿金额达人民币1.96亿元。

2018年7月3日，福州市中级人民法院裁定美光半导体销售（上海）有限公司立即停止销售、进口十余款Crucial英睿达固态硬盘、内存条及相关芯片，并删除其网站中关于上述产品的宣传广告、购买链接等信息。同时裁定美光半导体（西安）有限责任公司立即停止制造、销售、进口数款内存条产品。

2018年10月19日，晋华集成总经理陈正坤从桃园机场入境，接获由台湾“法务部”官员受美国司法部委托转交的美国联邦法院传票。

2018年10月30日（美国时间10月29日），美国商务部以国家安全为由，宣布自10月30日起对晋华集成实施出口管制，被美国列入出口管制“实体清单”的中国企业。与此同时，联电表示与晋华集成的合作计划不受影响，将持续依合约开发技术。

2018年10月31日，联电宣布目前已接获台湾电机电子工业同业公会转发的“国贸局”函令，希望联电配合美国商务部要求，管制凌驾于晋华合约之上。联电高层经评估后，决定暂停与晋华集成的合作，等整件事情尘埃落定，再与晋华集成协商后续合作事宜。

2018年11月1日，美国加州北区联邦检察官办公室以刑事诉讼起诉晋华集成和联电共谋窃取美光商业机密，起诉书中指出涉案三名台湾男子，分别为陈正坤、何建廷（He Jianting，译音）、王永铭（Wang Yungming，译音），该三人全都曾任职美光，并疑似在转加入联电时窃取美光技术。

2018年11月3日，晋华集成发布声明称：晋华集成始终坚定走自主研发路线，不断加大投入，开展内存存储器关联产品的研发、制造，取得了一批专利成果。晋华集成始终重视知识产权保护工作，不存在窃取其他公司技术的行为。美光把晋华集成的发展视为威胁，采取各种手段阻止、破坏晋华集成的发展。美方将晋华集成列入美出口管制“实体清单”，并采取司法措施。对此，晋华集成坚决维护企业的合法权益，要求对方立即停止错误做法，便利和促进双方企业开展正常的贸易与合作。

2018年11月9日，联电发布有关近期和美光及美国法律案件的后续声明，表示联电的DRAM技术基础里的组件设计是3x2布局，完全不同于美光的2x3布局设计。对于和晋华集成的合作，联电表示，只是一个符合所有合理商业考虑的单纯商业交易。

联电在声明中表示，业内有一个错误的印象，认为联电没有任何DRAM的知识或经验，这不对。从1996年到2010年，联电积累了近15年制造DRAM产品的经验。甚至在某个时间点上，联电内部DRAM团队人数超过150人。他们举了一个实例： Alliance公司是1996年第一个获得联电授权合作DRAM伙伴之一，该公司是一家总部位于美国的DRAM芯片设计公司，藉由联电技术进行DRAM制造。除了传统的DRAM技术外，2009年联电还开发了属于自己的嵌入式DRAM制程技术，这比制造标准型DRAM的过程要复杂得多。

联电称，业内另一个错误的印象是美光在美国开发了25纳米DRAM技术。事实是，美光在2010年初，购买了台湾瑞晶和日本尔必达的25纳米 DRAM技术。联电最后表示，尽管晋华这个专案的研发团队成员接近300人，但只有不到10％的人曾在美光公司工作过。

随后晋华分别在2019年1月10日，向美国加州北部地区法院做出无罪抗辩。1月25日，向美国商务部最终用户审查委员会提交信函，声明公司准备递交正式申诉，要求移出美国商务部实体清单，但一直未见下文。

在目前中美贸易摩擦的影响下，晋华事件的结局走向变得难以预测，如果陷入长期停摆，那将只剩长鑫和紫光撑起国产存储器这面大旗。

紫光在美国高调发布自主3D NAND技术

“国家队”紫光旗下其实不止长江存储一家存储器厂，还有紫光国芯和紫光集团南京半导体基地。

西安紫光国芯的前身是西安华芯半导体，2015年被紫光集团旗下紫光国芯（现更名紫光国微）收购，西安华芯则是浪潮集团2009年通过收购奇梦达科技（西安）有限公司而成立。西安紫光国微的核心业务是存储器设计开发，自有品牌存储器产品量产销售，以及专用集成电路设计开发服务，其DDR4芯片已在去年小批量产。

南京半导体基地则主要负责NAND Flash和DRAM芯片的生产。

（图自：国际电子商情）

虽然长江存储也做DRAM，但他们在业界更为出名的是其自研的64层Xtacking 3D NAND产品。按照计划，2019年下半年长江存储将正式量产该产品。

NAND Flash主要用于手机平板等移动设备、固态硬盘、轻薄型笔记本电脑等，全球市场规模约300亿美元。目前三星、SK海力士、美光、英特尔、闪迪、东芝这六家厂商，垄断了全球99%的产量。其中仅三星、SK海力士、东芝三家，就占了80%以上的份额。

早年间，武汉新芯和美国厂商赛普拉斯（Cypress，被德国厂商英飞凌收购）组建联合研发团队，研发3D NAND项目，之后武汉新芯整体并入长江存储，技术归到长江存储帐下。去年8月，长江存储董事长杨士宁博士亲自上阵，在闪存峰会（Flash Memory Summit 2018）上发布了其Xtacking技术。这次发布除了向全球展示中国已具备自主研发NAND Flash的能力，并且比上一代的32层产品研发速度更快外，还证实宣告中国本土厂商将成为3D NAND供应链的重要一员。

（图自：YMTC官网）

据长江存储官方介绍，采用Xtacking架构，可在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路。这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑工艺，以让NAND获取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。存储单元同样也将在另一片晶圆上被独立加工。当两片晶圆各自完工后，创新的Xtacking技术只需一个处理步骤就可通过数百万根金属VIA(Vertical Interconnect Accesses，垂直互联通道)将二者键合接通电路，而且只增加了有限的成本。

杨士宁博士更是指出：“目前，世界上最快的3D NAND I/O速度的目标值是1.4Gbps，而大多数NAND供应商仅能供应1.0 Gbps或更低的速度。利用Xtacking技术我们有望大幅提升NAND I/O速度到3.0Gbps，与DRAM DDR4的I/O速度相当。这对NAND行业来讲将是颠覆性的。”

长江存储执行董事长高启全接受中国证券报采访时表示，在刚开始，长江存储获得了一些专利授权，在此基础上研发了32层3D NAND，但到64层，就是完全自主独立开发。目前的研发设计团队在硅谷有一个、上海有一个，有国外的人才力量，也有中科院人才加入。工艺方面的团队主要来自武汉新芯。

“中科院研发团队有一千多个专利，同时长江储存在过去几年也申请了500多项专利。专利不在于数量，在于好不好用，有些人有一两万个专利但没有一个好用，人家想来攻击你的时候还是能攻击你。”高启全表示，“我们在美国发布的Xtacking技术，就是代表我们最重要的自主知识产权。我们希望借此让大家了解长江存储的知识产权是自己研发出来的，而且越来越重要、越来越具有国际竞争力。”

做存储器芯片要具备竞争力，首先市场占有率要大，长江存储希望在2023年左右达到20%的全球市场占有率。为此长江存储拥有三千多人的研发团队，大概每年投入约十亿美金的研发费用，“20%的市占率才能保证每年约一百亿美元的收入，这是我以前的经验。”高启全说到。

此前，长江存储采用14nm工艺，32层64Gb 3D NAND闪存芯片可以说是中国距离世界水平最近的一颗存储芯片。虽然相较于国际大厂在2019年量产96层3D NAND，我国量产64层3D NAND仍落后一个技术等级，但其意义在于弥补了中国NAND Flash自主研发领域的空白，算是国产存储芯片的里程碑之作。

IC Insights：5到10年内中国IC仍无法自给自足

IC Insights的最新报告指出，在中国和美国之间的关税和贸易紧张局势之后，中国政府和企业正在加倍努力，迅速而有意义地发展国内半导体产业，以减少对美国及其他国家关键集成电路元件的依赖。

虽然合肥长鑫宣布将于今年年底前推出首款DRAM产品，并且该公司拥有数千名员工，每年的资本支出预算约为15亿美元，看起来十分强大。但IC Insights表示，和美光和SK海力士这种巨无霸比起来，长鑫是小巫见大巫。SK海力士员工超过30,000名，而三星光内存部门估计就有超过40,000名员工。此外，在2018年，三星、SK海力士和美光的总资本支出为462亿美元。

总体而言，DRAM和闪存占中国去年1551亿美元IC市场的41％。虽然有些报道表示，中国晶圆厂的产量正在快速增长，技术也在快速进步（特别是在存储器方面），并将赶上领先供应商（在某些情况下在3 - 5年内），但IC Insights认为，中国在存储器IC方面仍然和存储三巨头有着很大差距。

对于本次长鑫重新设计DRAM事件，IC Insights解读道，中国虽然对其存储器制造基础设施进行了大量投资，但要想在未来10年内发展具有竞争力的本土存储器行业，并满足本土内存IC需求，这仍然需要打一个问号。

IC Insights认为，大多数分析师容易忽视的一个主要问题是，当下中国缺乏本土的非存储器IC技术，这也导致了存储器IC技术难以自力更生。目前中国没有主要的模拟、混合信号、服务器MPU、MCU或专业逻辑IC制造商。

不再看人脸色，就必须走自研这条路

存储器是一个高度垄断的行业，其后果就是前几大厂商可以轻易操纵产量和价格，低价能够挤垮竞争对手，涨价则能谋取暴利。还记得2016年的全球内存芯片大缺货吗？三星电子当年营收达809亿美元，利润270亿美元，成功挽救了当时深陷Note 7手机自燃丑闻的三星。SK海力士那一年也收入142亿美元，美光收入128亿美元。

但是作为世界上最大的电子产品制造国，中国厂商深受其害。中国需要的存储器芯片9成以上需要进口，仅2016年，中国进口DRAM就超过130亿美元。三大巨头垄断，令国内整机厂商时常遭遇存储芯片缺货的情况，唯一的出路就是寻求本土自研自产芯片替代。

国内存储器企业在寻求技术突破的事情上，过去第一选择大多是与国外公司合作，或者是从他们那购买技术授权。即便是挖人研发，也是让他们过去做过的技术重新实现一遍，对国外的技术和人才依旧有一定依赖性。这都很正常，三星当年也是依靠学习引进美国和日本的DRAM技术，以及招募他们的工程师快速崛起的。

就电子行业的其他领域经验，一旦中国掌握了核心技术，相关产品的价格和利润很快会被降下来，面板和太阳能行业就是最好的例子，所以国外巨头肯定会为了避免存储器行业被中国厂商拿下，而对中国企业进行绞杀。比如通过技术优势形成产品代差竞争、操纵产量影响价格或专利战的方式。

但无论前进的路上有多少雷，中国都必须向前走，因为我们没有退路。