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作者 | 方文三
對(duì)于長(zhǎng)江存儲(chǔ)而言，此次向三星等頂尖存儲(chǔ)技術(shù)企業(yè)授予專利許可，標(biāo)志著中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)歷史上的一個(gè)里程碑。深入分析此次合作的背景，可以發(fā)現(xiàn)這并非僅僅是[巨頭的屈服]，而是一次對(duì)技術(shù)定義權(quán)進(jìn)行重新分配的重要變革。
三星將使用長(zhǎng)江存儲(chǔ)專利技術(shù)
據(jù)韓國(guó)媒體ZDNET Korea近日?qǐng)?bào)道，三星電子與SK海力士等韓國(guó)存儲(chǔ)器制造商計(jì)劃將混合鍵合技術(shù)應(yīng)用于下一代NAND存儲(chǔ)器，該技術(shù)源自中國(guó)的長(zhǎng)江存儲(chǔ)公司。
據(jù)ZDNet Korea報(bào)道，三星電子近期與長(zhǎng)江存儲(chǔ)簽訂了關(guān)于3D NAND混合鍵合技術(shù)的專利授權(quán)協(xié)議。
三星電子計(jì)劃于今年下半年啟動(dòng)的下一代NAND產(chǎn)品——V10 NAND，首次采用了混合鍵合技術(shù)。
此舉表明，三星和SK海力士若要開(kāi)發(fā)超過(guò)400層的存儲(chǔ)器，必須獲得長(zhǎng)江存儲(chǔ)的授權(quán)許可。
三星電子之所以與長(zhǎng)江存儲(chǔ)簽訂了混合鍵合技術(shù)的許可協(xié)議，是因?yàn)樵诩夹g(shù)專利方面難以繞過(guò)長(zhǎng)江存儲(chǔ)的專利壁壘。
三星已確認(rèn)，從V10（第10代）開(kāi)始，將采用中國(guó)NAND制造商長(zhǎng)江存儲(chǔ)的專利技術(shù)，特別是在新的先進(jìn)封裝技術(shù)[混合鍵合]方面。
三星電子亦判斷，在未來(lái)V10、V11、V12等新一代NAND的研發(fā)過(guò)程中，繞開(kāi)長(zhǎng)江存儲(chǔ)的專利幾乎是不可能的，因此決定簽訂許可協(xié)議。]
此外，三星在開(kāi)發(fā)其V11、V12等后續(xù)NAND產(chǎn)品時(shí)，可能仍需依賴長(zhǎng)江存儲(chǔ)的專利技術(shù)。
長(zhǎng)江存儲(chǔ)是最早將混合鍵合技術(shù)應(yīng)用于3D NAND的企業(yè)，因此在該技術(shù)領(lǐng)域擁有豐富的專利積累。
對(duì)于三星而言，專利許可協(xié)議解決了其在下一代NAND開(kāi)發(fā)中的核心難題，在面對(duì)SK海力士的激烈競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，這一突破顯得尤為重要；
然而，這也帶來(lái)了市場(chǎng)主導(dǎo)權(quán)喪失的風(fēng)險(xiǎn)，以及因?qū)＠褂每赡軐?dǎo)致的技術(shù)依賴等憂慮。
三星CoP技術(shù)在堆疊層數(shù)至400層時(shí)遇困境
目前，存儲(chǔ)芯片行業(yè)主要分為NAND和DRAM兩大技術(shù)路線。
在NAND技術(shù)的發(fā)展中，關(guān)鍵在于不斷提升存儲(chǔ)單元的堆疊層數(shù)。
當(dāng)3D NAND閃存芯片的堆疊層數(shù)從300層提升至400層時(shí)，傳統(tǒng)技術(shù)面臨物理極限的挑戰(zhàn)。
昔日，三星電子慣于在單一硅片上配置控制電路（Peripheral），繼而于其上堆疊存儲(chǔ)單元，此法被稱作COP（Cell on Peripheral）。
三星早在2015年就將廠房建設(shè)至三十多層，隨后十年更是迅速擴(kuò)展至兩百多層，速度遠(yuǎn)超其他同行。
這得益于三星的獨(dú)家技術(shù)——CoP（Cell on Peripheral）技術(shù)，簡(jiǎn)而言之，就是將控制電路置于存儲(chǔ)單元下方，并向上不斷堆疊。
比喻來(lái)說(shuō)，控制電路就像地基一樣墊在存儲(chǔ)單元之下，然后不斷向上建造樓層。
依靠獨(dú)特的絕緣技術(shù)，三星能夠確保每一層存儲(chǔ)單元與下方電路的連接，同時(shí)避免相互干擾，防止短路。
三星之前采用的COP架構(gòu)將外圍電路與存儲(chǔ)單元集成在同一晶圓上，但隨著層數(shù)的增加，底層電路承受的機(jī)械壓力顯著增大，這導(dǎo)致了可靠性的降低和散熱問(wèn)題的出現(xiàn)。
隨著SK海力士和美光等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的層數(shù)超過(guò)400層，三星計(jì)劃在當(dāng)年下半年開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)第十代存儲(chǔ)芯片V10 NAND，層數(shù)將達(dá)到420至430層的新高度。
當(dāng)層數(shù)達(dá)到400多層時(shí)，存儲(chǔ)單元底部電路的壓力增大，可能會(huì)對(duì)電路造成損壞。這就像樓層越高，地基承受的壓力越大。
而長(zhǎng)江存儲(chǔ)的Xtacking架構(gòu)通過(guò)晶圓鍵合技術(shù)，成為突破400層堆疊的關(guān)鍵技術(shù)方案。
讓巨頭們繞不開(kāi)的混合鍵合技術(shù)
大多數(shù)NAND閃存制造商在最初的3D NAND工藝中采用CAN方法，在后續(xù)工藝中遷移到CUA架構(gòu)。
美光和Solidigm在32層3D NAND路線圖之初就實(shí)施了CUA架構(gòu)。
在傳統(tǒng)3D NAND架構(gòu)中，外圍電路約占芯片面積的20—30%。
隨著3D NAND技術(shù)堆疊層數(shù)的增加，外圍電路所占芯片面積可能達(dá)到50%以上，這導(dǎo)致了存儲(chǔ)密度的降低。
同時(shí)，這種方法最多可容納300多層的NAND，否則施加于底部電路上的壓力可能會(huì)對(duì)電路造成損壞。
為解決這一問(wèn)題，長(zhǎng)江存儲(chǔ)早在2018年推出了全新的Xtacking技術(shù)，推動(dòng)了高堆疊層數(shù)的3D NAND制造轉(zhuǎn)向CBA（CMOS鍵合陣列）架構(gòu)。
NAND晶圓和CMOS電路晶圓可以在不同的生產(chǎn)線上制造，使用各自優(yōu)化的工藝節(jié)點(diǎn)分別生產(chǎn)，這不僅可以縮短生產(chǎn)周期，還可以降低制造復(fù)雜度和成本。
對(duì)于三星、SK海力士等傳統(tǒng)3D NAND大廠而言，他們?cè)趥鹘y(tǒng)的單片晶圓生產(chǎn)方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)。
若要從傳統(tǒng)的單片晶圓生產(chǎn)轉(zhuǎn)向CBA架構(gòu)的雙片晶圓生產(chǎn)，無(wú)疑需要額外投資于新的潔凈室空間和設(shè)備；
同時(shí)，還需面對(duì)混合鍵合技術(shù)帶來(lái)的良率挑戰(zhàn)，這也使得他們轉(zhuǎn)向CBA架構(gòu)的意愿并不強(qiáng)烈。
盡管SK海力士和美光分別在2020年和2022年從Xperi獲得了混合鍵合技術(shù)的授權(quán)。
但由于轉(zhuǎn)向CBA架構(gòu)的遲緩，使得三星、SK海力士等大廠在面對(duì)已在CBA架構(gòu)3D NAND和配套的混合鍵合技術(shù)上持續(xù)投入多年的長(zhǎng)江存儲(chǔ)時(shí)，將不可避免地面臨專利方面的障礙。
長(zhǎng)江存儲(chǔ)在建立技術(shù)優(yōu)勢(shì)方面，四年前已將混合鍵合技術(shù)應(yīng)用于3D NAND制造，并將其命名為[晶棧（Xtacking）]。
起初，長(zhǎng)江存儲(chǔ)通過(guò)與Xperi簽署許可協(xié)議，獲得了混合鍵合技術(shù)的原始專利，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了全面的自主專利體系，目前在全球混合鍵合技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
目前，長(zhǎng)江存儲(chǔ)自主研發(fā)的Xtacking技術(shù)已發(fā)展至4.x版本，并已開(kāi)始供應(yīng)其第五代3D TLC NAND閃存產(chǎn)品（具有294層結(jié)構(gòu)，其中包含232個(gè)有源層），成為目前商用3D NAND產(chǎn)品中堆疊層數(shù)最多、存儲(chǔ)密度最高的產(chǎn)品。
長(zhǎng)江存儲(chǔ)作為最早將混合鍵合技術(shù)應(yīng)用于3D NAND的公司，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域擁有強(qiáng)大的專利積累，截至目前，其專利申請(qǐng)總數(shù)已超過(guò)1萬(wàn)件。
3D NAND未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)圍繞亞洲諸強(qiáng)展開(kāi)
當(dāng)前，全球范圍內(nèi)正積極展開(kāi)對(duì)尖端半導(dǎo)體技術(shù)的爭(zhēng)奪，其中，下一代NAND閃存領(lǐng)域，以其高集成度的優(yōu)勢(shì)，競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈。
作為該領(lǐng)域的主導(dǎo)者，三星電子盡管連續(xù)多年占據(jù)行業(yè)領(lǐng)先地位，但在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)已不再明顯。
根據(jù)TrendForce的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至去年第三季度，三星電子在全球NAND市場(chǎng)中以35.2%的份額位居首位。
緊隨其后的是SK海力士（20.6%）、日本鎧俠（15.1%）和美國(guó)美光（14.2%）。盡管長(zhǎng)江存儲(chǔ)在整體市場(chǎng)份額上尚未取得顯著優(yōu)勢(shì)，但在技術(shù)層面正迅速縮小與韓國(guó)企業(yè)的差距。
在市場(chǎng)中，3D NAND閃存的最高量產(chǎn)層數(shù)為SK海力士的321層；三星電子量產(chǎn)的最高層數(shù)為286層；美光則為276層。
長(zhǎng)江存儲(chǔ)的量產(chǎn)最高層數(shù)為232層，但據(jù)今年1月的消息，長(zhǎng)江存儲(chǔ)已經(jīng)開(kāi)始出貨第五代294層NAND。
此外，日本鎧俠亦展現(xiàn)出強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，目前量產(chǎn)的NAND為218層芯片。
近日，鎧俠宣布與閃迪聯(lián)合開(kāi)發(fā)的第10代BiCS 3D NAND閃存，其3D堆疊層數(shù)達(dá)到了前所未有的332層。
去年八月，SK海力士公司透露，其正在研發(fā)400層堆疊的NAND閃存技術(shù)，并計(jì)劃于2025年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
此外，SK海力士預(yù)計(jì)將在三月完成對(duì)英特爾NAND業(yè)務(wù)的收購(gòu)，此舉預(yù)計(jì)將顯著提升其在全球NAND市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
中國(guó)領(lǐng)先的DRAM半導(dǎo)體制造商長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)科技正致力于追趕行業(yè)巨頭三星和SK海力士。
長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)正在加速推進(jìn)下一代DRAM技術(shù)的研發(fā)，并且并未按照原定計(jì)劃采用17nm制程技術(shù)于首款商用DDR5產(chǎn)品，而是直接采用了更為先進(jìn)的16nm制程技術(shù)。
報(bào)告指出，在商業(yè)化技術(shù)層面，韓國(guó)僅在高密度、電阻式存儲(chǔ)器技術(shù)以及半導(dǎo)體和先進(jìn)封裝技術(shù)方面保持領(lǐng)先。
然而，在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)生命周期的評(píng)估中，韓國(guó)在工藝和量產(chǎn)方面領(lǐng)先，但在基礎(chǔ)、源頭和設(shè)計(jì)領(lǐng)域則落后于中國(guó)。
隨著中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，全球半導(dǎo)體行業(yè)的格局將發(fā)生改變，美國(guó)、日本和韓國(guó)的壟斷地位將難以維持。
結(jié)尾：
與GPU、CPU等芯片類似，存儲(chǔ)芯片同樣面臨著生態(tài)挑戰(zhàn)。
目前，存儲(chǔ)芯片的EUV光刻機(jī)、原子層沉積設(shè)備等仍依賴ASML、應(yīng)用材料等國(guó)際供應(yīng)商，在大環(huán)境不確定的背景下，國(guó)產(chǎn)廠商依然面臨挑戰(zhàn)。
同時(shí)，海外廠商通過(guò)[技術(shù)聯(lián)盟+價(jià)格戰(zhàn)]的策略也在沖擊著國(guó)產(chǎn)廠商的市場(chǎng)份額。
未來(lái)存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)將演變?yōu)閷＠?、產(chǎn)能、生態(tài)的全面競(jìng)爭(zhēng)。
部分資料參考：財(cái)經(jīng)：《韓媒稱三星、SK海力士將使用長(zhǎng)江存儲(chǔ)專利技術(shù)，國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)芯片替代提速》，卓乎：《三星將使用長(zhǎng)江存儲(chǔ)技術(shù)，用于下一代NAND》，心智觀察所：《求救長(zhǎng)江存儲(chǔ)，三星著急了》，電手：《三星使用長(zhǎng)江存儲(chǔ)專利！韓專家：半導(dǎo)體快全面落后中國(guó)》，觀網(wǎng)財(cái)經(jīng)：《歷史一幕！長(zhǎng)江存儲(chǔ)向三星授權(quán)關(guān)鍵技術(shù)專利》，酷玩實(shí)驗(yàn)室：《三星向長(zhǎng)江存儲(chǔ)[交學(xué)費(fèi)]：一場(chǎng)[倒反天罡]的大戲》
