前日，TrendForce 集邦咨詢發布了2021年第三季度 NAND Flash 市場報告。第三季度得益于智能手機和服務器兩大應用的強勁需求，NAND閃存芯片出貨量增長近11％，平均銷售單價增長近4％，行業總營收達188．8億美元，環比增長15％。
2021年第三季度全球NAND Flash品牌廠商營收排行（單位：百萬美元），來源：TREND FORCE
從營收來看，大部分廠商的營收較上一季度均有增加。從市場份額來看，前三大巨頭三星、鎧俠、SK海力士瓜分了約67％的市場份額，且較Q2的市場份額均有增加，頭部廠商開始蠶食后面廠商的市場份額。
NAND閃存是存儲器市場的第二大細分市場，占存儲器市場規模的比例高達42％。2020 年，全球半導體市場規模 4402 億美元，存儲器市場規模為 1172 億美元，NAND 閃存市場規模為 494 億美元。
NAND閃存的市場規模與市場地位，注定了它的“不平凡”，技術迭代、產品更新，備受關注。
大勢所趨：從2D到3D
自上世紀80年代NAND 閃存面世以來，NAND閃存技術至今發生了翻天覆地的變化。
之前，NAND閃存一直基于二維平面的NAND技術，也就是我們說的2D NAND閃存。2D 在平面上對晶體管尺寸進行微縮，從而獲得更高的存儲密度，但晶體管尺寸微縮遇到物理極限，現已面臨瓶頸，達到發展極限。為了在維持性能的情況下實現容量提升，3D NAND 成為發展主流。3D NAND 把解決思路從單純提高制程工藝轉變為堆疊多層，成功解決了平面 NAND 在增加容量的同時性能降低的問題，實現容量、速度、能效及可靠性等全方位提升。2019 年，3D NAND 的滲透率為 72．6％，已遠超 2D NAND，且未來仍將持續提高，預計 2025 年 3D NAND 將占閃存總市場的 97．5％。
自從NAND 閃存進入3D時代，堆棧層數猶如摩天大樓一樣越來越高，從最初的24／32層一路堆到了現在的128層甚至176層。層數越高，NAND閃存可具有的容量就越大。增加層數以及提高產量也是衡量技術實力的標準。
2019 年 64／72 層 3D NAND 產出比重 64．9％，為全球產出的主要部分，92層 3D NAND產出比重占總體的 21．3％。根據 DRAMeXchange 估計，隨著 110＋層閃存芯片的推出，92／96 層會被快速取代，產出占有率在 2020 年略微提升后逐步下降，預計 2023 年市場總產出的72．5％會被 110＋層3D NAND閃存占據。據知情人士透露，明年，手機和消費類固態硬盤將越來越多地采用176層3D NAND閃存。
各大廠商紛紛采取措施，為盡可能多的占領市場的進行擴產，同時正在往更多層數進行技術邁進。
三星：創新“V－NAND”架構，搶占200＋層先機
作為NAND閃存的龍頭企業，三星與3D NAND閃存積緣已久，3D NAND 閃存之風，是從2013年的三星那里吹向世界的。2013年，三星設計了一種垂直堆疊單元的方法，它將單元集中在單個樓層（類似高層公寓）上，這也是全球首個3D單元結構“V－NAND”。三星當年推出的V－NAND通過3D堆疊技術可以實現最多24層die堆疊。此外，三星還宣布V－NAND閃存的寫入速度及可靠性都有2倍以上的提高。
三星的V－NAND閃存的技術進步就是放棄了傳統的浮柵極MOSFET，改用自家的電荷擷取閃存（charge trap flash，簡稱CTF）設計。傳統的浮柵極由于絕緣導致相鄰單元格容易互相干擾，三星用絕緣的氮化硅薄膜充當電子的隔離層，將電子“關禁閉”而防止互相干擾，等需要讀取時再“解禁”。這種隔離方法最大的優點是可以更大程度地降低存儲單元格間電荷干擾，從而大大提升芯片的寫入速度、增加芯片的P／E擦寫次數。使用CTF結構的V－NAND閃存被認為是一種非平面設計，絕緣體環繞溝道（channel），控制柵極又環繞著絕緣體層。這種3D結構設計提升了儲存電荷的的物理區域，提高了性能和可靠性。
3D V－NAND架構在NAND閃存歷史的驗證中不斷成熟，三星也通過技術的更迭和產線的擴增，來維護自己在NAND閃存市場的王者地位。
三星的技術研發動作從未拖泥帶水，去年，三星推出了領先的176層的第七代“V－NAND”。三星官方表示，與第六代 100 層 V－NAND 相比，第七代V－NAND單元體積減少35％，可在不增加模塊高度的情況下放置176 層，同時還可以降低功耗，提高 16％ 的效率，176層NAND閃存已量產；前日，在三星技術論壇上，三星搶先業界公布了第八代V－NAND的細節，堆棧層數超過200層，容量可達1Tbit，512GB容量的厚度也只有0．8mm，可用于手機，預計到明年下半年可量產。
除了技術之外，三星的產能擴張也跟上了步伐。前日，據《電子時報》援引消息人士稱，三星電子也將在平澤第3工廠（P3）安裝新的3D NAND芯片生產線，以提高176層3D NAND芯片產量，屆時將擁有4萬－5萬片的月產能。
美光：首個量產176層3D NAND閃存，贏在起跑線
去年10月，美光宣布已量產全球首款176層3D NAND閃存。美光的176層3D NAND閃存是美光第五代3D NAND產品，通過應用專有的CuA（CMOS－under－array，CMOS陣列下）架構，結合采用替換柵極工藝和新單元結構的新陣列結構，實現了突破性的176層NAND創新。所有這些結合在一起，開創了具有高效CuA 3D架構的176層NAND。CuA技術在芯片的邏輯器件上構建了多層堆棧，將更多內存集成封裝在更緊湊的空間中，極大縮小了 176 層 NAND 的裸片尺寸，提升了單片晶圓的存儲容量。
與上一代的高容量3D NAND相比，美光176層3D NAND閃存的讀取延遲和寫入延遲改善超過35％，可大幅提高應用的性能
美光搶先推出全球首個176層3D NAND，讓廠商之間的技術競爭越發激烈。
鎧俠：NAND技術與NIL技術雙管齊下
與三星類似，鎧俠與NAND 閃存的緣分可以追溯到上世紀80年代，鎧俠的前身東芝存儲研發出了NAND閃存。走過幾十年，鎧俠依舊站在NAND閃存的山頂上。
去年1月底，日本閃存芯片公司鎧俠（Kioxia）和西部數據聯合宣布，它們已經開發出第六代162層3D閃存技術，比上一代這次162層相比之前的112層閃存提升了10％的密度。
除了不斷更新NAND 閃存技術外，鎧俠也從光刻技術入手，與佳能、DNP合作研發納米壓印微影（NIL） 制程技術。相較于目前已商用化的EUV光刻技術，鎧俠表示，NIL技術可大幅減少耗能，并降低設備成本。原因在于NIL技術的微影制程較為單純，耗電量可壓低至EUV 技術的10％，并讓設備投資降低至僅有EUV 設備的40％。對鎧俠來說，NAND 閃存因為采取3D 立體堆疊結構，更容易適應NIL技術制程。而鎧俠也表示，當前已解決NIL 的基本技術問題，正在進行量產技術的推進工作，希望能較其他競爭對手率先引入到NAND 生產當中。
除了一心搞好技術之外，鎧俠也通過新建工廠來提高產能。
今年5月份，鎧俠估計將投資高達約2兆日圓（約183．7億美元），加碼投資助力提高3D NAND生產。鎧俠計劃在日本巖手縣北上市新建K2工廠，計劃2023年開始營運。目前鎧俠已對鄰近K1東側及北側約15萬平方公尺的土地進行土地工程，除了投資K2廠房、設施，也含補充四日市工廠內設備的費用。此外，鎧俠在日本四日市也正在新建Fab7工廠，該工廠的建設分為兩個階段，第一階段的建設計劃于2022年春季完成。
長江存儲：實力與魄力并存
據民生證券2021年7月統計，中國是全球第二大NAND市場，占比約31％，但本土供應市占不足1％。
但是，長江存儲作為國內領先的存儲廠商，不斷縮短和世界領先水平的距離，將有望引領國產 NAND 產業崛起。
2017 年 10 月，長江存儲成功設計并制造了中國首款 3D NAND 閃存。
2019 年 9 月，公司使用 Xtacking?1．0 架構閃存技術，成功量產 64 層 TLC 3D NAND 閃存。不同于傳統 3D NAND 架構，Xtacking?技術屬于自主創新。在傳統 NAND 架構中，I／O 及記憶單元操作的外圍電路和存儲單元在同一片晶圓上制造。在長江存儲 Xtacking?架構中，I／O 及記憶單元操作的外圍電路被生產在一片晶圓上，而存儲單元在另一片晶圓上被獨立加工，當兩片晶圓各自加工完成后，Xtacking?技術只需一個處理步驟即可通過數十億根金屬垂直互聯通道（VIA，Vertical Interconnect Access）將二者鍵合接通電路，并封裝到同一個芯片中。
之后，鑒于國際領先廠商已擁有100層以上的技術，因此長江存儲決定跳過業界常見的96層，直接研發128層3D NAND。2020年4月，長江存儲宣布成功研發128層3D NAND，128層3D NAND已在今年量產。
結語
1％的國產化率代表的不是國產NAND閃存的缺失，而是眾多國內廠商正在努力追趕的技術之路。這條路可以走得慢，慢可以匠心鉆研；但是也一定要努力走得快，快才能追趕得上日新月異的技術迭代。
