迎九

摘要：在“2018中國半導(dǎo)體市場年會暨IC中國峰會”上，三家已量產(chǎn)芯片的本土存儲器或存儲控制器廠商介紹了相關(guān)市場技術(shù)趨勢及公司產(chǎn)品策略。這三家企業(yè)分別是：北京兆易創(chuàng)新、上海華瀾微電子、北京憶芯科技。

關(guān)鍵詞：存儲器：特殊存儲器；控制器；SSD

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2018.7.004

1 本土特殊存儲器的生態(tài)和發(fā)展探討

北京兆易創(chuàng)新科技有限公司戰(zhàn)略市場部總監(jiān)蘇志強(qiáng)先生介紹道，半導(dǎo)體存儲器作為處理和存儲數(shù)據(jù)的載體，也是持續(xù)增長的，由此在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的比重也是持續(xù)增長的。例如2001年，存儲器產(chǎn)值在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的比重不到14%，2015年達(dá)到24%，2017年出現(xiàn)了大幅度增長，產(chǎn)值創(chuàng)紀(jì)錄地達(dá)到了1260億美元，占比達(dá)到30.7%。根據(jù)現(xiàn)在各大產(chǎn)業(yè)分析機(jī)構(gòu)的預(yù)測，201 8年包括DRAM和FlasH（閃存）主導(dǎo)的存儲器還會有持續(xù)的增長。

1.1半導(dǎo)體存儲器的分類和特點(diǎn)

如圖1，半導(dǎo)體存儲器分為兩類：易失性，即掉電后數(shù)據(jù)丟失，另一類是非易失性，掉電后數(shù)據(jù)還存在。易失性主要是DRAM和SRAM：非易失性是Flash等，還有一些新型存儲器，諸如MRAM、RRAM、PCM、FeRAM等。

從產(chǎn)值看，存儲器產(chǎn)業(yè)是高度集中的，例如DRAM約占52%，F(xiàn)lasH將近35%，二者占整個產(chǎn)業(yè)的90%左右。

特殊存儲器就是把占據(jù)最大的產(chǎn)品去除掉，除去像PC、移動、服務(wù)器、硬盤存儲器等非常單一且海量的應(yīng)用市場，除此之外的存儲器定義為特殊存儲器。包括NOR FlasH、SLC/SPI NAND、Specialty DRAM，以及新型特殊存儲器RRAM、MRAM、FeRAM等，它們整體占存儲器市場的比例約10%，2017年的產(chǎn)值在規(guī)模100～120億美元。

主流和特殊有什么區(qū)別呢？主要有三點(diǎn)。

第一，特殊存儲器最大的特征是分散，每一類技術(shù)和應(yīng)用規(guī)模都不是很大，通常是在小于20億美元或者達(dá)到40億美元。

第二，商業(yè)模式比較靈活。另外，對于這樣分散的產(chǎn)品，對產(chǎn)品的周期性要求弱一點(diǎn)。

第三，風(fēng)險和投資規(guī)模都比較小。

因此，中國非常適合做特殊存儲器，因?yàn)楸荛_了國際存儲巨頭的正面沖突，對中國這樣的后發(fā)地區(qū)和企業(yè)風(fēng)險較小，市場和產(chǎn)品比較靈活，能夠發(fā)揮中小企業(yè)的優(yōu)勢。另外，相對于其他半導(dǎo)體市場，特殊存儲器的市場規(guī)模還是很可觀、值得去做的，因?yàn)榭傄?guī)模在100～120億美元。

1.2特殊存儲器和主流存儲器的動態(tài)變化

特殊存儲器和主流存儲器之間不是一成不變的，而是動態(tài)變化的。例如，DRAM和NAND伴隨PC和智能手機(jī)的發(fā)展，成為主流的存儲器。NOR FlasH是從主流存儲器轉(zhuǎn)到特殊存儲器，未來也許一些新型存儲器諸如MRAM、RRAM也可能成為主流存儲器。原來主流存儲器技術(shù)包括2D NAND越來越小，有可能會變?yōu)樘厥獯鎯ζ鳌?/p>

再例如，Intel和美光不久前發(fā)布了3D Xpoint，隨著其技術(shù)成熟和性能優(yōu)勢，可能找到一些發(fā)揮特長的大眾應(yīng)用。因此3D Xpoint是有潛力擴(kuò)大規(guī)模、上升成為主流存儲器的。

1.3特殊存儲器的分類

據(jù)2016年數(shù)據(jù)，特殊存儲器中規(guī)模相對較大的是Specialty DRAM、NOR、SIC NAND、EEPROM等，如圖3。具備的特點(diǎn)如下：

·成長性較快。特殊存儲器屬于存儲器大家族，伴隨著整個存儲器行業(yè)的增長會有一定的增長；另外，在處理技術(shù)發(fā)展的早期，規(guī)?？赡鼙容^小，但是隨著技術(shù)的成熟和導(dǎo)入一些合適的應(yīng)用場景，規(guī)模會增長。

·動態(tài)發(fā)展。主流和特殊存儲器在不同的時期，以及在不同的技術(shù)和應(yīng)用之間的結(jié)合上，會出現(xiàn)一些變化。

·市場較為分散。無論從應(yīng)用和技術(shù)上，都有很多種類，整體占了行業(yè)產(chǎn)值的10%左右。

·有活力，不僅僅是一家或者非常集中的兩三家去控制這個產(chǎn)業(yè)，而是由很多不同的公司，包括不同的技術(shù)公司和上下游公司，來共同參與和推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1.4中國的特殊存儲器市場

中國的特殊存儲器市場也已經(jīng)發(fā)展形成了生態(tài)，如表1，像Fabless（設(shè)計公司）中，ISSl和紫光國芯做Specialty DRAM，兆易創(chuàng)新、ISSI和東芯半導(dǎo)體（DoSilicon）做特殊NANDFlasH，復(fù)旦微電子做EEPROM。在新興存儲器方面，像磁宇（Ciyu）做磁存儲器，浙江?？雕Y拓科技公司（Hikstor）做STT-MRAM，Xinchu（新儲）和AMT做PCM。

在制造方面，代工廠/（DM（集成器件制造商）有福建晉華、中芯國際（SMIC）、武漢新芯（XMC）、上海華力微電子（HLMC）、華虹等都有對應(yīng)產(chǎn)品制造的平臺。因此，有很多廠商在扮演不同的角色，它們之間也形成一定的生態(tài)合作伙伴關(guān)系。

1.5兆易創(chuàng)新的特殊存儲器

特殊存儲器是兆易創(chuàng)新（GD）公司最大的業(yè)務(wù)，主要依托于NOR FlasH/SLC NAND的快速發(fā)展。據(jù)兆易介紹，到目前為止，兆易的串行NOR FlasH已在全球排名第三，在串行NAND FlasH市場排名第一。

據(jù)2016年的市場機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，兆易在串型NORFlash的市場份額達(dá)到12%，是中國大陸地區(qū)唯一進(jìn)入前十的Flash存儲器（注：包含所有FlasH）廠商。兆易的Flash年出貨量達(dá)到16.6億顆，每月有1億多顆產(chǎn)品生產(chǎn)制造出來。

根據(jù)第三方機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，2017年兆易在中國前十大lC設(shè)計公司中名列第八。

目前兆易已成為中國大陸地區(qū)最大的存儲器芯片廠商，業(yè)務(wù)橫跨中國臺灣、日韓、歐美等多個國家和地區(qū)，應(yīng)用于PC、移動、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)類、工業(yè)、車載等領(lǐng)域。在代碼存儲器中，兆易有一些密切的合作伙伴，例如三星和Intel等。

除了做存儲器芯片本身外，兆易還在存儲器產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行布局。1.參與起草了國家和國際上存儲器的一些標(biāo)準(zhǔn)。例如主導(dǎo)制定了中國存儲器接口標(biāo)準(zhǔn)SPI NAND。2.投資合作。兆易成立了投資資金，用投資的手段與上下游不同的業(yè)態(tài)去做一些合作。例如與閃存控制器廠商投資合作，與深圳立而鼎、深圳硅格合作：參股收購了武漢憶正，進(jìn)軍固態(tài)硬盤；在新型存儲器上，投資了美國上市公司Everspin，以及國內(nèi)的上海磁宇公司。作為fabless公司，兆易也與上下游進(jìn)行密切的合作。例如2017年，兆易投資入股中芯國際，兆易的占比是1.2%，目前是第五大股東。另外，兆易與清華等國內(nèi)科研院所合作。

除了資本和技術(shù)密集外，知識產(chǎn)權(quán)是很重要的一部分。在產(chǎn)品和技術(shù)方面，從最早的跟隨、模仿，到同步、領(lǐng)先，在不同階段，兆易都非常重視知識產(chǎn)權(quán)，在專利、標(biāo)準(zhǔn)以及商標(biāo)等各方面都有全方位的布局。

1.6特殊存儲器部分小結(jié)

首先，特殊存儲器是一個快速增長并蘊(yùn)含發(fā)展機(jī)會的市場，同時這個市場比較適合中國這種后發(fā)展的國家和地區(qū)的小企業(yè)去切入。其次，中國已經(jīng)建立了初步的特殊存儲器產(chǎn)業(yè)生態(tài)，兆易是中國主要的特殊存儲器廠商之一。第三，以多種手段去建立和完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)，有助于存儲器市場的發(fā)展，也促進(jìn)企業(yè)本身的成長。

2 憶芯要做萬物智聯(lián)時代JSSD控制芯片

北京憶芯科技有限公司是從事高性能的固態(tài)硬盤（SSD）控制芯片研發(fā)的創(chuàng)業(yè)公司，公司設(shè)計驗(yàn)證總監(jiān)孫唐先生介紹了憶芯在NAND主控芯片方面的研發(fā)歷程。

2.1 SSD市場

SSD產(chǎn)品包含了非常關(guān)鍵的芯片組件，其中一個就是兆易提到NAND芯片，另一個就是SSD主控芯片，二者結(jié)合成為SSD產(chǎn)品。

SSD從端到云進(jìn)入了消費(fèi)級和企業(yè)級的市場，通過服務(wù)器廠商以及系統(tǒng)集成廠商，將其引入了數(shù)據(jù)中心，無論是互聯(lián)網(wǎng)訪問加速還是云計算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的查詢，為智能大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了非常有力的支持。

在計算存儲產(chǎn)業(yè)鏈上，閃存芯片被國際大廠占據(jù)，諸如三星、美光、海力土、東芝等。SSD主控芯片方面，國內(nèi)公司也非常有限。

基于這樣的市場背景，北京憶芯公司成立，決心做出能夠與世界一流廠商一較高下的芯片。

2.2憶芯的歷史

憶芯于2015年11月正式成立，2016年4月推出了第一顆芯片MB1000，它的成功流片令公司在2016年7月拿到了融資，并在當(dāng)月與臺灣光寶集團(tuán)（Lite-On）的建興電子簽訂了合作協(xié)議，進(jìn)行量產(chǎn)STAR1000的研發(fā)合作。2017年1月，STAR1000成功流片，并且在201 7年11月，建興電子展示了基于STAR1000芯片開發(fā)的固態(tài)硬盤產(chǎn)品Tlo PLUS，2018年3月，建興Tl0PLUS產(chǎn)品正式在京東發(fā)售。Tlo PLUS固態(tài)硬盤的性能達(dá)到了業(yè)界領(lǐng)先的4K隨機(jī)讀IOPS 320K以及4K隨機(jī)寫IOPS 275K。

2.3對SSD控制器的思考

什么是好的控制器？高效率、低能耗。眾所周知，極致的高效和低能耗的優(yōu)化，會導(dǎo)致整個芯片的應(yīng)用非常固定，模式單一。

什么是面向未來的控制器？它要支持新的特性，這個“新特性”是層出不窮的，即功能可擴(kuò)展。但“可擴(kuò)展”肯定有局限，它受到整個芯片的功耗、面積以及成本的影響，要考慮種種的因素。

什么是好的未來控制器？應(yīng)該能做到高效和低能耗的同時，還要保持它的功能延展性。這雖然講起來很簡單，但是在實(shí)踐上，需要考慮的問題非常多。它到底要占多大的面積？跑多少功耗？實(shí)現(xiàn)多大的性能？適應(yīng)什么樣的場景需求？

展望憶芯未來幾年的產(chǎn)品規(guī)劃，首席執(zhí)行官沈飛先生曾表示，繼2017年推出STAR1000后，將于2018年推出“天王星”系列芯片，支持高達(dá)32TB的存儲容量及高達(dá)百萬的并發(fā)訪問，進(jìn)入數(shù)據(jù)中心和監(jiān)控領(lǐng)域；將于2019年推出“天狼星”系列芯片，通過導(dǎo)入操作系統(tǒng)，更強(qiáng)運(yùn)算力和深度學(xué)習(xí)，進(jìn)入智慧存儲新興市場；將于2020年推出“獵戶座”系列芯片，這是存儲、計算及網(wǎng)絡(luò)的全融合芯片，它將幫助存儲從傳統(tǒng)存儲磁盤演進(jìn)為存儲服務(wù)器，服務(wù)于演進(jìn)中的數(shù)據(jù)中心。通過這一系列產(chǎn)品，憶芯將最終實(shí)現(xiàn)自己的“中國芯、世界夢”。

3 固態(tài)硬盤技術(shù)及市場的發(fā)展思考

3.1全球存儲狀況

杭州華瀾微電子股份有限公司副總經(jīng)理周斌先生稱，存儲器發(fā)展了近百年，1920年出現(xiàn)磁存儲，1 956年出現(xiàn)HDD（機(jī)械硬盤），1966年有了DRAM。但近二三十年，固態(tài)硬盤（SSD）發(fā)展特別快，例如1990年代出現(xiàn)了SSD，到2006年P(guān)ATA SSD出現(xiàn)，2009年P(guān)Cle SSD出現(xiàn)，2017年Intel和美光發(fā)布了3D Xpoint技術(shù)。這些SSD技術(shù)給存儲應(yīng)用帶來了很多變化和更新。

由于有這么多存儲器形態(tài)，對存儲控制器廠商帶來了挑戰(zhàn)。首先，因?yàn)楫?dāng)你定義存儲控制器類型（style）時，可能面臨這個存儲控制器出來的時候，會不支持某一個新的存儲器的情況。其次，三星、美光、海力土、東芝等NANDFlasH（閃存）廠商自己也在做控制器，對于獨(dú)立的第三方控制器的廠商來說，你要怎么樣去發(fā)展你的技術(shù)，來滿足客戶的需要？

存儲器的發(fā)展，其實(shí)也是對存儲控制器有非常大的挑戰(zhàn)和應(yīng)用，更進(jìn)一步的是存儲接口的發(fā)展。例如PCle。

據(jù)有關(guān)資料，到目前為止，SATA的存儲控制器還是占主要出貨（圖4），但是PC『e的增長目前是最快的，其增長的幅度已經(jīng)達(dá)到20%～30%的應(yīng)用，特別是在企業(yè)級的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，增長已經(jīng)超過30%。

服務(wù)器對存儲控制器PCle的需求也是越來越高（如圖5）。據(jù)有關(guān)資料，盡管目前還是以SATA為主，但大約到2019年，SATA SSD的占比仍超過60%，PCle也接近30%，所以整體來看是非?？斓脑鲩L趨勢。

服務(wù)器部分，各廠商3D NAND發(fā)展的趨勢也是越來越快，2018年各家廠商都開始64層3D NAND的規(guī)模應(yīng)用，到2018年年底，各家的96層3D NAND開始規(guī)模應(yīng)用，而且（ntel等廠商的3D XPoint的發(fā)展和應(yīng)用也越來越快。

據(jù)業(yè)內(nèi)估計，整個3D NAND的發(fā)展，大約到2022年會到51 2層（如圖6）?？梢娒磕甓紩蟹浅？斓陌l(fā)展態(tài)勢，對存儲控制器確實(shí)是非常大的挑戰(zhàn)。

3D NAND給整個產(chǎn)業(yè)帶來一個很大的好處是成本的下降。如表2，據(jù)2016年底、2017年初的數(shù)據(jù)，3DNAND的成本0.12美元/GB，2D （Planner）成本仍維持在0.21美元/GB的水平。對比201 7年整個NAND的增長和價格情況，就可以推算出三星等存儲器廠商確實(shí)是利潤高的狀態(tài)。

在企業(yè)產(chǎn)品方面，華瀾微在做的產(chǎn)品有NVDIMM。NVDIMM是把DRAM和NAND集成在一個模塊上，來實(shí)現(xiàn)客戶同時對低成本和大容量的要求。

MVDIMM-N的產(chǎn)品形態(tài)是帶電池的應(yīng)用，主要是為了在斷電的狀態(tài)下，讓DRAM的數(shù)據(jù)寫到NAND里。在電恢復(fù)的情況下，可以把NAND的數(shù)據(jù)讀到DRAM，然后讓它立刻恢復(fù)到斷電前的狀態(tài)工作。

相比SSD與3D Xpoint，NVDIMM有更多的優(yōu)勢。如表3，在同樣的寫入數(shù)據(jù)量情況下，按照寫入數(shù)據(jù)成本計算（注：因?yàn)镈RAM寫入次數(shù)會更多一些），固態(tài)硬盤的成本目前約在100美元/PB的水平，3D Xpoint約1.5美元/PB，在DRAM的情況下，這部分可以降到0.4美分/PB，所以華瀾微認(rèn)為NVDIMM會更好地滿足未來客戶的需要。

3.2 SSD控制器的應(yīng)用

SSD的第一典型應(yīng)用是智能搜索，例如攝像頭?？蛻粢蟮淖罡镜臇|西，例如車牌識別，攝像頭要立刻能夠呈現(xiàn)出來相關(guān)的信息，這意味著很多計算工作和存儲工作要在本地完成。華瀾微與公安部一起，起草了中國視頻監(jiān)控存儲的硬盤標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)里會增加更多的元素，例如Al的應(yīng)用。

產(chǎn)品形態(tài)方面，除了消費(fèi)類，還有工業(yè)類的存儲、服務(wù)器等各種各樣的產(chǎn)品。

華瀾微這幾年做了很多特殊產(chǎn)品的應(yīng)用。例如滿足高速相機(jī)的需求，該相機(jī)的數(shù)據(jù)帶寬需求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出PCle的接口帶寬；另外它的應(yīng)用需求是不同的，需要對小文件的連續(xù)讀取和寫入數(shù)據(jù)要求很高。

3.3華瀾微概況

這幾年，硬盤方面出現(xiàn)了一些安全和后門問題。華瀾微的創(chuàng)始人駱建軍博士2011年回國開始創(chuàng)辦華瀾微，愿景是讓中國人把數(shù)據(jù)存放在自己的硬盤上。華瀾微共獲得了超過1億元人民幣的投資。2016年出貨量超過1200萬顆，2017年出貨量超過1600萬顆。在全球的按鍵類加密存儲應(yīng)用方面，華瀾微占了全球70%以上的市場份額。

華瀾微主要做的是在CPU到存儲之間，做所有存儲相關(guān)的存儲芯片。華瀾微的存儲控制芯片里有一個顯著的特點(diǎn)，就是在存儲芯片里放入了很多應(yīng)用的因素，即把更多國產(chǎn)化的因素放進(jìn)去了，例如有商密算法。

除了產(chǎn)品方面的突破，在產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面，為了配合客戶的應(yīng)用需求，也與上下游合作伙伴做很多配合，例如在中國生態(tài)方面，與龍芯、飛騰、申威、兆芯等處理器合作，還支持國產(chǎn)的操作系統(tǒng)。