中國大陸存儲業(yè)發(fā)展歷程
2019-10-11 13:13:40 芯思想
1966年，IBM公司托馬斯·沃森研究中心（Thomas Watson Research Center）的研究人員時年34歲的羅伯特·登納德（Robert Dennard）博士提出了用金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管，來制作存儲器芯片的設(shè)想，同年研發(fā)成功1T/1C結(jié)構(gòu)（一個晶體管加一個電容）的DRAM，并在1968年獲得專利。1968年仙童半導(dǎo)體（Fairchild）推出首個DRAM，其字節(jié)只有256bit；1969年先進(jìn)內(nèi)存系統(tǒng)公司（Advanced Memory System Inc.）正式推出首款1K DRAM；1970年英特爾推出首款可大規(guī)模生產(chǎn)的1K DRAM芯片C1103，使得1bit只要1美分，從此開創(chuàng)了DRAM時代。
1984年東芝公司工程師舛岡富士雄（Fujio Masuoka）首先提出了快速閃存存儲器（Flash Memory）的概念，未得到東芝及日本社會的重視。英特爾看到了快速閃存存儲器的潛力，與東芝簽訂了交叉授權(quán)許可協(xié)議，改良了舛岡富士雄發(fā)明的技術(shù)，在1988年成功實(shí)現(xiàn)NOR批量生產(chǎn)和低價(jià)格；舛岡富士雄在1987年再次提出NAND的概念，僅3年時間就獲得成功，1994年東芝將NAND實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。2015年開始從2D NAND進(jìn)入3D NAND時代。
50多年的發(fā)展歷程，存儲市場可謂是腥風(fēng)血雨，全球存儲器玩家由上百家到今天的寡頭局面，只剩下東芝、三星、SK海力士、美光、英特爾等五個大人和華邦、華亞、旺宏等幾個小孩。
2016年是中國大陸存儲器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的元年，晉華集成、合肥長鑫和長江存儲分別成立于2月26日、6月13日、7月26日，短短5個月，中國大陸三大存儲器公司相繼成立。
而2019年可謂是中國大陸公司全面進(jìn)軍存儲器市場的元年。首先是長江存儲32層3D NAND Flash進(jìn)入量產(chǎn)階段，接著在9月2日宣布64層3D NAND Flash投產(chǎn)；然后是9月20日合肥長鑫宣布中國大陸第一座12英寸DRAM工廠投產(chǎn)，并宣布首個19納米工藝制造的8Gb DDR4。
三年時間，中國相繼攻克了3D NAND Flash和DRAM技術(shù)，中國大陸解決了存儲器有無的問題；下一步要解決就是良率的提升以及產(chǎn)能爬坡的問題，要注意性能指標(biāo)和良率的關(guān)系；還有就是要解決下一代技術(shù)的研發(fā)問題。
下面我們一起來回顧中國大陸存儲器產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程。
1956年是中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的關(guān)鍵一年。1月，中央提出“向科學(xué)進(jìn)軍”的口號。在周恩來總理親自主持制定的1956-1967年十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃中，把半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、自動化和電子學(xué)這四個在國際上發(fā)展迅速而國內(nèi)急需發(fā)展的高新技術(shù)列為四大緊急措施。在“重點(diǎn)發(fā)展、迎頭趕上”和“以任務(wù)帶學(xué)科”的方針指引下，中國的知識分子、技術(shù)人員在海外回國的一批半導(dǎo)體學(xué)者帶領(lǐng)下，憑藉知識和實(shí)驗(yàn)室發(fā)展到實(shí)驗(yàn)性工廠和生產(chǎn)性工廠，在外界封鎖的環(huán)境下，從零開始建立起自己的半導(dǎo)體行業(yè)。
1958年7月，成功拉制成我國第一根硅單晶，并在此基礎(chǔ)上，提高材料質(zhì)量和改進(jìn)技術(shù)工藝，于1959年實(shí)現(xiàn)了硅單晶的實(shí)用化。
1958年8月，為研制高技術(shù)專用109計(jì)算機(jī)，我國第一個半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠成立，命名為“109廠”，作為高技術(shù)半導(dǎo)體器件和集成電路研制生產(chǎn)中試廠。1963年制造出國產(chǎn)硅平面型晶體管。1966年109廠與上海光學(xué)儀器廠協(xié)作，研制成功我國第一臺65型接觸式光刻機(jī)，由上海無線電專用設(shè)備廠進(jìn)行生產(chǎn)并向全國推廣。1969年109廠與丹東精密儀器廠協(xié)作，研制成功全自動步進(jìn)重復(fù)照相機(jī)，套刻精度達(dá)3微米，后由北京700廠批量生產(chǎn)并向全國推廣。
隨著研究的深入，我國逐步在外延工藝，光刻技術(shù)等領(lǐng)域取得了進(jìn)展，打下了我國硅集成電路研究的基礎(chǔ)。
1975年，北京大學(xué)物理系半導(dǎo)體研究小組完成硅柵NMOS、硅柵PMOS、鋁柵NMOS三種技術(shù)方案，在109廠采用硅柵NMOS技術(shù)，試制出中國大陸第一塊1K DRAM，比美國、日本要晚五年。
1978年，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所成功研制4K DRAM，1979年在109廠成功投產(chǎn)，平均成品率達(dá)28%。
1980年，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所成功研制16K DRAM，1981年在109廠成功投產(chǎn)。
1985年，中國科學(xué)院微電子中心成功研制64K DRAM，當(dāng)年在江南無線電器材廠（742廠）成功投產(chǎn)。
1990年11月，清華大學(xué)李志堅(jiān)院士研制成功具有我國獨(dú)立自主版權(quán)、在性能指標(biāo)上達(dá)到世界先進(jìn)水平的1兆位漢字只讀存儲器（1M ROM）芯片，突破國外對先進(jìn)科技的禁運(yùn)，滿足國家的戰(zhàn)略需求。1兆位漢字只讀存儲器芯片就是用點(diǎn)陣技術(shù)描述一個漢字，再由兩個芯片形成一級漢字庫，這樣會加快運(yùn)算速度，這個成果后來推廣到了無錫華晶。
1993年，無錫華晶采用2.5微米工藝制造出中國大陸第一塊256K DRAM。
在1990年代，NEC在中國大陸成立了兩家合資公司生產(chǎn)DRAM。NEC在中國的兩大DRAM合資項(xiàng)目最終雖然以失敗告終，但是為中國培養(yǎng)了第一批半導(dǎo)體存儲器制造人才。
1991年，NEC和首鋼合資成立了首鋼NEC，1995年開始采用6英寸1.2微米工藝生產(chǎn)4M DRAM（后來升級到16M），不過在經(jīng)歷了1997年DRAM全球大跌價(jià)的“劫難”后，首鋼NEC便一蹶不振，陷入虧損境地，在2000年的增資擴(kuò)股中，NEC獲得了50.3%的控股權(quán)，淪為NEC在海外的一個代工基地，退出了DRAM產(chǎn)業(yè)。
1997年，NEC和華虹集團(tuán)合資成立華虹NEC，1999年9月開始采用8英寸0.35微米工藝技術(shù)生產(chǎn)當(dāng)時主流的64M DRAM內(nèi)存芯片，但在2001年后隨著NEC退出DRAM市場，華虹開始轉(zhuǎn)型，于2004年開始晶圓代工，退出了DRAM產(chǎn)業(yè)。
進(jìn)入21世紀(jì)，中芯國際2004年在北京建設(shè)中國大陸第一座12英寸晶圓廠（Fab4），2006年大規(guī)模量產(chǎn)80納米工藝，為奇夢達(dá)、爾必達(dá)代工生產(chǎn)DRAM。2008年由于中芯國際業(yè)務(wù)調(diào)整，退出了DRAM存儲器業(yè)務(wù)。到此中國大陸企業(yè)完全退出了DRAM存儲器制造業(yè)務(wù)。
2003年，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠團(tuán)隊(duì)率先在國內(nèi)開展相變存儲器的研發(fā)。
2004年，中國科學(xué)院微電子研究所劉明院士團(tuán)隊(duì)率先開展阻變存儲器（RRAM）的研究。
2006年，海力士與意法半導(dǎo)體合資的8英寸和12英寸產(chǎn)線正式投產(chǎn)DRAM，目前已經(jīng)成為SK海力士在全球最大的DRAM生產(chǎn)基地。SK海力士無錫基地為中國存儲產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了一批制造人才。
2005年，兆易創(chuàng)新成立，初期以SRAM起家；2008年12月180納米3.0V SPI NOR Flash量產(chǎn)；2009年11月130納米3.0V SPI NOR Flash量產(chǎn)；2011年2月90納米3.0V SPI NOR Flash量產(chǎn)；2011年6月90納米1.8V SPI NOR Flash量產(chǎn)，進(jìn)入手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈；2013年4月65納米1.8V SPI NOR Flash量產(chǎn)。兆易創(chuàng)新在NDNA方面也早已開始布局，2013年3月全球首顆SPI NAND Flash量產(chǎn)，采用WSON8封裝。目前，兆易創(chuàng)新NOR Flash在開發(fā)的有55納米、45納米，而NAND也在從38納米推向24納米。
2006年，中國科學(xué)院物理研究所韓秀峰研究組完成的“新型磁隨機(jī)存取存儲器（MRAM）原理型器件”通過了中科院的鑒定。
2006年，武漢新芯成立，最初決定生產(chǎn)DRAM，孰料工廠還未完工，就遭遇全球DRAM價(jià)格崩盤。于是果斷轉(zhuǎn)向NOR閃存產(chǎn)品。2008年9月，武漢新芯牽手飛索半導(dǎo)體（Spansion），其后飛索半導(dǎo)體向武漢新芯轉(zhuǎn)移65nm、43nm、32nm相關(guān)生產(chǎn)工藝及技術(shù)，武漢新芯成為飛索半導(dǎo)體的重要生產(chǎn)基地，為其提供NOR Flash產(chǎn)品代工。
2006年，鎮(zhèn)江隆智成立，從事NOR閃存立品研發(fā)，2012年并入飛索。其團(tuán)隊(duì)離開后，成立了眾多NOR閃存公司，包括博觀、芯澤、恒爍、博雅和豆萁。
2009年，浪潮集團(tuán)收購德國奇夢達(dá)西安設(shè)計(jì)公司成立西安華芯，保住了一個從事DRAM設(shè)計(jì)十年以上的工程師團(tuán)隊(duì)，現(xiàn)在是紫光存儲的子公司。該團(tuán)隊(duì)擁有從產(chǎn)品立項(xiàng)、指標(biāo)定義、電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)到硅片、顆粒、內(nèi)存條測試及售前售后技術(shù)支持等全方位技術(shù)積累，所開發(fā)DRAM產(chǎn)品的工藝技術(shù)包括從110nm、90nm、80nm和70nm的溝槽技術(shù)到65nm、46nm、45nm、38 nm和25nm的疊層工藝技術(shù)，疊層工藝技術(shù)均為代工生產(chǎn)。同時公司進(jìn)行了38 nm和24nm NAND產(chǎn)品開發(fā)。
2011年，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠研究組研制成功我國第一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相變存儲器（PCRAM）芯片，存儲容量為8Mb。并實(shí)現(xiàn)了相變材料制備工藝與中芯國際標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的無縫對接，使我國的相變存儲器芯片研發(fā)條件達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
2014年，中國科學(xué)院微電子研究所劉明院士團(tuán)隊(duì)電荷俘獲存儲器相關(guān)技術(shù)和專利轉(zhuǎn)移到武漢新芯進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。
2014年，武漢新芯與賽普拉斯（Cypress）組建了聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開始了3D NAND項(xiàng)目的研發(fā)工作。2015年5月11日，宣布其3D NAND項(xiàng)目研發(fā)取得突破性進(jìn)展，第一個存儲測試芯片通過存儲器功能的電學(xué)驗(yàn)證。
2015年8月，武岳峰創(chuàng)投收購美商存儲IC設(shè)計(jì)公司矽成（ISSI），矽成主要致力于95納米與65納米利基型DRAM產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)，是存儲芯片國產(chǎn)替代進(jìn)程中競爭力較強(qiáng)的企業(yè)。即將并入北京君正。
2015年底，中芯國際和中國科學(xué)院微電子研究所達(dá)成合作開發(fā)嵌入式RRAM技術(shù)戰(zhàn)略合作，雙方基于中芯國際28納米PolySiON及高介電常數(shù)金屬閘極（HKMG）制造平臺，合力開發(fā)嵌入式RRAM成套工藝以及面向嵌入式應(yīng)用的系列模型、電路等IP解決方案，以應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備以及工業(yè)電子等日益增長的市場需求。2017年在中芯國際28nm平臺上完成了工藝流程的開發(fā)與驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模為1Mb的測試芯片。
2016年，武漢新芯和中國科學(xué)院微電子研究所聯(lián)合研發(fā)完成測試芯片的設(shè)計(jì)并順利實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首款具有完整讀寫功能的大容量產(chǎn)品級三維存儲（3D NAND）測試芯片的成功流片，標(biāo)志著我國首次自主研發(fā)的三維存儲器芯片原型設(shè)計(jì)得到成功驗(yàn)證；2017年國內(nèi)首款具有完整讀寫功能的大容量產(chǎn)品級三維存儲（3D NAND）成功流片并通過測試，芯片性能達(dá)到當(dāng)前業(yè)界主流指標(biāo)。
2016年2月26日，晉華集成由福建省電子信息集團(tuán)、及泉州、晉江兩級政府共同出資設(shè)立，初期晉華集成與聯(lián)電開展技術(shù)合作，專注于DRAM領(lǐng)域。
2016年6月13日，合肥長鑫由合肥產(chǎn)投牽頭成立，主攻DRAM方向。
2016年7月26日，長江存儲成立，首個NAND Flash生產(chǎn)線在武漢建設(shè)，一期投資240億美元，一號廠房于2017年9月封頂。
2017年，中國科學(xué)院微電子研究所與北京航空航天大學(xué)聯(lián)合成功制備國內(nèi)首個80納米自旋轉(zhuǎn)磁隨機(jī)存儲器芯片（STT-MRAM）器件，對我國存儲器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)突破形成了具有實(shí)際意義的推動作用。
2018年，兆易創(chuàng)新和Rambus宣布合作建立合資企業(yè)合肥睿科（Reliance Memory），進(jìn)行RRAM技術(shù)的商業(yè)化。
2018年4月11日，長江存儲開始搬入機(jī)臺設(shè)備，在同日舉行的“2018供應(yīng)商大會”上宣布，32層3D NAND芯片已經(jīng)接獲首筆訂單，數(shù)量達(dá)10776顆芯片，將應(yīng)用在8Gb USD卡上；2018年4季度量產(chǎn)32層3D 64Gb NAND Flash。
2018年，合肥長鑫建成中國大陸第一座12英寸DRAM生產(chǎn)廠，7月16日，進(jìn)行了控片投片總結(jié)會，并宣布正式投產(chǎn)電性片。合肥長鑫是我國三大存儲器項(xiàng)目第一個宣布投片的項(xiàng)目。
2018年8月，長江存儲在FMS2018會議上展示了名為Xtacking的3D NAND堆疊技術(shù)，使得3D NANDFlash具備I/O高性能以及更高的存儲密度。
2018年，晉華集成廠房完成建設(shè)和部分設(shè)備機(jī)臺入廠，但由于和美光的訴訟，10月遭遇美國制裁，現(xiàn)在處于維持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
2019年8月，時代芯存宣布發(fā)布首顆基于相變材料的2Mb EEPROM產(chǎn)品“溥元611”。
2019年9月2日，長江存儲宣布64層256Gb TLC 3D NAND Flash投產(chǎn)。
2019年9月20日，合肥長鑫宣布正式投產(chǎn)。在短短的三年內(nèi)，合肥長鑫在元件、光罩、設(shè)計(jì)、制造和測試領(lǐng)域都積累了許多的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。除了自主研發(fā)外，合肥長鑫也積極貫徹穩(wěn)健的技術(shù)合作路線，強(qiáng)調(diào)技術(shù)來源的合法合規(guī)以及合作互利共贏。通過與擁有深厚技術(shù)積累的奇夢達(dá)合作，在合規(guī)輸入技術(shù)的基礎(chǔ)上建立了嚴(yán)謹(jǐn)合規(guī)的研發(fā)體系，并結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)設(shè)備完成了大幅度的工藝改進(jìn)。目前公司采用19納米的8Gb DDR4已經(jīng)投產(chǎn)，第四季8Gb LPDDR4/4X也將正式投產(chǎn)。
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