【Lynn 寫點科普】代工、封測、模組?今天就讓你搞懂記憶體產業與新興技術!

REUTERS/Kim Hong-Ji

本文是《一看就懂的 IC》系列第三集。

第一集: 你知道你正在用的電腦是 70 年前發明的馮紐曼架構嗎?
第二集: 你知道記憶體跟硬碟有什麼不同嗎?又有哪些種類呢?

很多人一聽到 IC 晶片,可能就立刻想到台積電。但你知道 Intel、美光、 高通 … 也都是 IC 晶片廠嗎?

什麼?原來大家都是半導體廠、IC 晶片廠,但這些廠商間難道能直接互相比較嗎?答案是不行,怎麼分清處他們的差異呢?

其實是因為很多人講到 IC 晶片或半導體的時候,就以為是專門製造處理器(CPU)的廠商,然而處理器、記憶體、圖形處理器(GPU)、電源 IC… 也都是 IC 晶片噢!我們之前在 一看就懂的 IC 產業結構與名詞 一文中,告訴你的只是「處理器 IC 產業」。

原來同樣都叫封測廠,日月光和南茂分別負責的是不同種類的 IC 呢!那同樣都是記憶體廠商,力晶、華亞科、南茂、創見,分別都在做些什麼?還有,現在新聞說台積電有新興記憶體技術,是怎麼回事呢?

繼上次的處理器 IC 產業,今天就要來帶大家看看 —— 全球記憶體 IC 產業市場與新興技術剖析。教大家看懂:

  • 記憶體的合約價現貨價代表的意思
  • 現在記憶體大廠三國鼎立的現況
  • 台灣廠商在裡面扮演的角色
  • 還有新興技術 MRAM 與 3D NAND Flash 代表的意義

期待吧?開始今天的介紹囉!

IC 晶片到底是在做什麼?

處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、記憶體(Memory)都是 IC 晶片噢!

我們在晶圓代工戰爭的系列文章中曾跟讀者介紹過,積體電路(IC 晶片)就是:把複雜的電路微縮到晶圓上,再經過兩三百道以上的複雜工序,並完成封裝測試後,所製造出的電子元件。

IC 晶片可以說是一個完整的電路系統,能用來處理資訊。電腦、手機、數位相機、電視、冰箱… 等消費性電子產品或家電用品,裡面全都有 IC 晶片。IC 晶片依據功能,又可以分成四大類:

  • 記憶體 IC:用來儲存資料,像是先前介紹的 DRAM、SRAM、NAND Flash。
  • 邏輯 IC:像是 GPU、CPU。
  • 微元件 IC
  • 類比 IC

這些晶片在設計時叫做「IC 設計」、製造時叫做「晶圓代工」、在封裝測試時叫做「封測」,產品通通都是積體電路集成的 IC 晶片,但晶片的類型和負責生產的廠商可是有百百種(還有 DSP 晶片、南北橋晶片、乙太網路接口晶片…),每種都差很多呢!

所以往後別再只說台積電是晶片代工廠了,精確點得說:台積電主力生產的是 ARM 架構的 CPU 晶片(GPU 晶片和記憶體也有一些)!

相信之前一定很多人搞不懂:同樣都叫做「晶圓代工廠」,為什麼台積電與華亞科感覺在做的事情不太一樣?同樣都叫做「IC 封測廠」,為什麼日月光、矽品,和南茂、力成,前一組和後一組廠商感覺起來在做的事情不一樣?

因為台積電、日月光和矽品是負責處理器(CPU)晶片的製造和封測;而華亞科、南茂與力成則是負責記憶體(Memory,DRAM)晶片的製造和封測,同樣都叫 IC 晶片,卻是很不一樣的啊!

同樣的道理,為大家補充 IC Insights 在去年底公布的 2016 年全球前十大半導體廠商排名。

雖然都叫半導體廠,然而…

以「營運方式」來分類——有些是 IDM(整合元件製造商,integrated design and manufacture,像是 Intel)、有些是純 IC 設計、有些是純晶圓代工、有些是封測、有些是賣 IP 架構。

以「製造產品」來分類——有些做記憶體 IC、有些做處理器 IC、有些做通訊 IC、車用晶片 IC… 排列組合起來就是千百種變化了:

英特爾是 IDM 廠商,產品以 PC 處理器為主。

三星也是 IDM 廠商,有自有處理器但量不多、產品以 DRAM、NAND Flash 等記憶體為主。

台積電則是以 ARM 架構手機處理器為主的晶圓代工廠。

SK 海力士有自己的記憶體廠和記憶體產品,但也有做顯示器 IC 和電源 IC 的晶圓代工。

德州儀器是全球第一大 DSP(數位信號處理器)晶片和類比 IC 大廠。

所以各家的競爭對手各自不同,若拿美光比聯發科的競爭力,事實上是不太有意義的事情。

據 IC Insights 表示,如果記憶體價格持續上漲,三星最快將於今年第二季取代 1993 年以來雄踞營收第一的 Intel,成為全球半導體龍頭。原因就在於 Intel 主要賣的是處理器,而三星為 DRAM 與 NAND Flash 記憶體市佔率第一的大廠,受惠於幾季來的記憶體價格飛漲,有望在 2017 全年營收擊敗 Intel。兩者目前營收都已屆 600 億美元的級別。

(不過筆者自己認為這有點像哈密瓜比西瓜,兩家都是「半導體大廠」但業務範圍不一樣啊!)

釐清這點之後,讓我們回歸到本文要介紹的記憶體產業吧。下述討論的晶圓代工和封測,指的全都是記憶體晶片噢!

PC 市場的 DRAM 產業結構

這邊先幫大家複習上一篇文章介紹的前導知識 。隨機存取記憶體(RAM)的意思是可以不用按照記憶體位址的順序來讀寫資料、而可以隨機。RAM 又有分 DRAM(動態隨機存取記憶體)和 SRAM(靜態隨機存取記憶體);SRAM 價格較貴、多用在快取;DRAM 則多用在主記憶體,也就是我們一般在用的記憶體。

1. 全球 DRAM 的主要生產商:

三星(SAMSUNG):繼 Intel 後的全球第二大半導體企業,以及全球最大的 DRAM、NAND Flash 記憶體製造商,2016 年全球市佔率高達 47.5 %。(今年第一季三星的營業利益為 9.9 兆韓元,其中來自半導體業務的貢獻就占 6.31 兆韓元。)

SK 海力士(SK HYNIX):市佔率 26.7%,排名第二。前身是現代電子的半導體部門。目前已成為全球第二大的 DRAM、NAND Flash 製造商。

美光(MICRON TECHNOLOGY):市佔率 19.4%,排名第三。美國唯一碩果僅存的 DRAM 、NAND Flash 製造商。

2. DRAM 代工廠商:

上述廠商又各會發訂單給晶圓代工與封測廠。台系晶圓廠提供記憶體晶片代工的業者不多,只剩力晶與南亞科,主要為美光提供代工服務。

A. 晶圓代工

力晶(現已下櫃):早期專注於 DRAM 記憶體之生產,逐步擴及及晶圓代工及 Flash 的生產。2012 年 12 月 11 日因淨值轉為負數,自櫃買中心下櫃。現已轉型為全方位的晶圓代工廠,產品涵蓋 LCD 驅動晶片等。

南亞科(股號:2408):DRAM 研發、設計、製造與銷售商。自 2012 年 Q4 轉型,由標準型 DRAM 轉為利基型 DRAM,專注產品研發,包含消費性及低功率產品的經營。(標準型是指只用在 PC 上;利基型則是用在非 PC 上,如手機記憶體。)

華亞科(現已下市):南亞科與美光的共同合資公司,為美光提供晶圓代工服務。2015 年已被美光以 476 億台幣併購下市。

B. 封裝測試

南茂(股號:8150):南茂是美光 DRAM 封裝代工廠之一;美光 NAND Flash 未來也將開始啟動委外代工,今年四月傳出南茂已是美光 NAND Flash 封測代工廠,未來可望受惠。

力成(股號:6239):美商金士頓(全球最大記憶體模組廠)持有 7.92% 股份,為其最大股東。東芝、爾必達(已被美光併購)亦皆為力成的股東。專注於記憶體積體電路之封裝測試業務,為全球第五大封測廠。與國際晶圓大廠策略結盟,如東芝、力晶、SK 海力士等,取得量大且穩定訂單。

2015 年中國紫光來勢洶洶地欲收購台灣三大封測廠,其中就包括力成和南茂,後來都被當局或董事會擋了下來。

3. 記憶體模組廠商:

DRAM 模組業者會向 DRAM 生產商購買 DRAM 晶粒(Die,意指剛從晶圓上切割下來、尚未封裝的晶片),再發給封測廠代工封裝。完成後,送到記憶體模組廠,經過表面黏著製程(SMT)、將電子元件鑲嵌在印刷電路板上,製作完成模組。

金士頓(KINGSTON):目前美商金士頓是現今全球最大的 DRAM 記憶體模組獨立生產商,2015 年的全球市佔率高達 64.7%。(來源:DRAMeXchange)

威剛(股號:3260):2016 年產品營收比重為記憶體模組 38%、NAND FLASH 18%、SSD 30%。2015 年全球市占率 2.77% 排名第五,台廠排名第一。

創見(股號:2451):2016 年產品營收比重為工業用記憶體模組佔約 37%,標準型 DRAM 佔 13%。2015 年全球市占率 2.45% 排名第七,台廠排名第二。

Dell、HP 等個人電腦品牌廠會再向記憶體模組廠商購買模組;若是 DRAM 製造原廠也有自己的記憶體模組廠的話,個人電腦廠商有些也會直接向原廠購買。

讓我們把上面介紹的廠商整理一下,就會出現這樣的產業結構:

 

合約市場與現貨市場

全球 DRAM 或 Flash 交易市場又分成了合約市場與現貨市場。兩種市場各有不同的報價。

在記憶體模組產業鏈上面,若 DRAM 原廠銷售自己的模組給 PC 業者,就叫做「Major on Major」;若是 DRAM 原廠出售晶粒給模組廠,模組廠再銷售記憶體模組給 PC 業者,就叫做「Major on Third」。

這些出售價格都叫做「合約價」。也就是說, PC 廠會和記憶體廠商簽署合約、取得長期穩定的供貨來源,而價格就依照議定的合約走。這就形成了合約市場。

賣方必須履行約定的出貨量,每月重新議價兩次,而不論此期間的價格波動;DRAM 廠會在半個月內根據合約上的價格出貨。

另一方面,若是合約供應商的出貨量無法滿足市場上的需求,PC 廠就會到現貨市場直接進行購買。這個購買價就並非以合約價格議定,而是以當時市場供需情況而議定,這就形成了現貨市場。

現貨市場會因為各國市場需求不同、PC 產品銷售量與 DRAM 製造商庫存量的不同而受到影響,價格波動比合約市場更激烈。

事實上,DRAM(動態隨機存取記憶體)與 Flash(快閃記憶體)兩大主流記憶體規格的報價可謂「一日三市」,高低波動相當大。景氣波動時,由於不受合約價預先綁定價格,現貨市場可以較快先感應到市場波動。而後續合約價的走勢也是受現貨價格的影響。

當合約價高於現貨價,就叫黃金交叉,表示景氣大好、未來看漲。而合約價低於現貨價,叫死亡交叉。而通路商或 PC、智慧型手機的銷售狀況與庫存量,常常是判斷 DRAM 景氣好壞的依據。

另外也由於記憶體廠商依照合約價配給 PC 廠的貨、會比零售現貨的品質更高,故如果短期內需求過強使得供不應求,也會讓現貨上漲到比合約價更高。

比如——現在 iPhone 8 快上市了,大家都預期 iPhone 8 會賣超好、進一步拉升需求量,因此未來景氣看漲;然而若 iPhone 8 實際銷售量很差,被拉抬上去的記憶體價格便很有可能會一日崩盤。

對於 PC 廠商來說,它們並不會將完全依賴合約市場,也會把現貨市場當作調節價格的避險工具——若看跌未來記憶體市場,但現在以較高的合約價購入,便可以在現貨市場上拋售以降低庫存;若預期未來價格將上揚,則可現在先於現貨市場上買入。

目前的合約市場主要是受記憶體製造廠所掌握,包括上述提到的三星、SK 海力士、美光,原因在於記憶體製造商的主要客戶還是以 PC 業者為主,產能必須能優先供應,剩下的產能才分配給模組廠。

現貨市場則是以記憶體模組廠為主。所以當 2015 年全球模組市場年衰退約 10%、整體 DRAM 價格下跌時,由於現貨價格跌幅又較合約價格更為劇烈,使模組廠首當其衝,多數模組廠的營收表現便受到嚴重的影響。
但像金士頓這樣的大型模組廠,也有供應部分合約市場的價格。

台灣記憶體廠商現況

台灣的 DRAM 一哥力晶科技是目前 12 吋廠產能最大的記憶體晶片製造公司、會把 DRAM 顆粒賣給台灣的 DRAM 模組業者,同時也是現貨市場的最大供應商。

現貨市場過去全盛時期時,曾佔全球 DRAM 市場高達三成左右(剩下 70% 為合約市場)。但由於先前 DRAM 產業嚴重供過於求,廠商連年陷入虧損之下,現在的現貨市場佔總市場比重,僅剩下一成不到。

因為 DRAM 市場的崩盤,力晶終於 在 2012 年 12 月時因虧損過多而下櫃 。執行長黃崇仁現在力圖轉型,計劃在近兩年內重新上市,此為後話不提。其他 DRAM 生產商還包括南亞科、華亞科(去年底被美光併購下市)等。

另外,撇除市佔率逾六成、全球第一大的模組廠金士頓不提,台灣的大型模組廠包括了威剛、創見和宇瞻。威剛在 2015 年全球記憶體模組廠營收排名第五,市佔率 2.77%;創見則排名第七,市佔率 2.45%;宇瞻排名第九,市佔率 1.52%。可發現市場呈現明顯的大者恆大趨勢。

對於中下游的記憶體模組業者來說,模組的製程簡單、零組件與成品皆已標準化與規格化,不需要有幾億元的大規模資金自建晶圓廠,也沒有技術授權的問題。

更何況,台灣記憶體模組業者沒有一家從事記憶體晶片的生產,單純取得晶粒與零件,再自行組裝或外包代工,最後銷售到 PC 廠。金士頓創辦人孫大衛便曾表示:「(模組廠)沒有什麼了不起,只不過將記憶體放在 PCB 板上而已。」

既然如此,模組廠的競爭關鍵在於什麼呢?

競爭關鍵在於——交易週轉快速。以最低成本購入、以最快效率生產,並與上下游供應商、經銷商關係打好、經營良好的行銷通路。

已下單給上游零組件供應商、但尚未交貨,組裝中的零組件與模組,與已接了客戶訂單但尚未交貨;這幾種情形所涉及的金額往往超過百萬美金。單日變化的價格都可以造成重大的影響。

當記憶體價格大好時,目前有許多存貨的模組廠、其獲利會相當高;但當市況出現起伏,存貨多的模組廠往往面臨慘賠的結果。只要一押錯寶、要麼錯失市場大好的機會,要麼就得面臨的高存貨損失。

基本上記憶體模組廠這一行就跟高風險投資沒兩樣。威剛董事長陳立白亦表示—財務運作、價格判斷決策與執行速度,比技術門檻更重要。

金士頓之所以能成為全球最大的記憶體模組廠,便是花了許多心血在提升庫存與物流速度。同時培養一群產業分析團隊,在採購時注意不要超過市場需求而發生超買的問題。

對於中小型模組廠來說,由於沒有相當規模、要打入合約市場會相當困難,因此會傾向專注於高毛利的工控記憶體或是電競市場等項目,以增加營收。

順帶一提,金士頓和台灣廠商的關係相當緊密(共同創辦人孫大衛為台灣人)。代工方面,有 DRAM 模組廠品安承接金士頓的代工訂單;封裝和測試方面,有華泰和力成。金士頓同時也是華泰和力成的大股東。

記憶體報價去哪看?

推薦可以參考 集邦科技的網站 ,上面有目前主流規格 DRAM 和 Flash 的合約價與現貨價走勢。
介紹一下報價的表示方式(Spot Price 為現貨價,Contract Price 為合約價):

DDR 是什麼意思?好,讓我來用極簡版的方式為大家說明。

相信讀者都知道 DRAM 就是記憶體,然而 DRAM 也有很多種不同的實現方法,比如 SDRAM(同步 DRAM,和 SRAM 不一樣噢)。SDRAM 的 S 是同步的縮寫,乃是以 DRAM 的基本結構為基礎,對輸入輸出接口進行時脈同步,從而提高了讀寫的效率。

簡單來說就是一種新型的 DRAM 技術,能節省指令執行和資料傳輸的時間。有一陣子 SDRAM 相當流行,
而後三星在 1996 年提出了 DDR(雙倍資料傳輸率,Double Data Rate)DRAM,此款 DRAM 的資料傳輸率為 SDRAM 的兩倍。

後來 DDR 又不斷革新,演進出 DDR2(第二代的 DDR)、 DDR3(第三代的 DDR)、DDR4(第四代的 DDR)。所以這些現在我們普遍使用的記憶體,是在 SDARAM 的基礎上進行了進一步的改良和升級。這個演進過程就是:

SDRAM -> DDR -> DDR2 -> DDR3 -> DDR4

DDR3 較 DDR2 擁有更高的頻寬(每秒傳輸速率達 2133 Mb/s)、更低功耗(記憶體電壓從 DDR2 的 1.8 伏特、降至 1.5 伏特,能降低耗電量),以及更大的組成容量。最新一代的 DDR4 又提供了比 DDR3 更高的頻寬(3200 Mb/s)與更低的供電電壓(1.2 伏特)。

讓我們從上面報價的列表中,抓出一列來看看:

DDR4 4GB 512Mx8 2133 MHZ

DDR4 是目前記憶體的主流規格,4 GB 是記憶體晶片內能存的資料量(即晶片密度)。512Mx8 代表該晶片的長 x 寬。長以位元(bit)表示,意即 512M bit。寬以位元組表示,意即 8 byte。

備註:8 個 bit 等於 1 個 byte。位元組(byte)是指記憶體儲存資料的基本單位。通常會用小寫 b 代表 bit、大寫 B 代表 byte。

目前最新(2017/03/31)的 4GB DDR3 與 4GB DDR4 合約報價皆為 25.5 美金。

一年以來漲幅驚人。

記憶體市場的未來

1970 年代,美國半導體大廠 IBM、Intel、德州儀器發明並量產 DRAM。

1980 年代,東芝、NEC 等廠商進入生產,以優良的製造將美系廠商擠出市場,獨留美光一家廠商撐著。

1990 年代,日本爆發經濟泡沫化,讓韓系廠商趁虛而入。韓國財閥靠著大量資本支出拉開製程差距,並以價格優勢將產品價格下殺到見骨。

全球 DRAM 產業一度出現三大派系——韓系領導廠商有三星與 SK 海力士,日系有爾必達與東芝,美系有美光。

你問台灣呢?台灣的 DRAM 產業是靠美日廠商技術授權、策略聯盟和代工訂單,才逐漸養出本土供應鏈。然而缺乏自有研發技術,資本也不雄厚、不敵三星打價格戰,到最後 DRAM 產業無法像晶圓代工一樣成功。

DRAM 產業已進入了壟斷的時代,價格競爭越發激烈。除了東芝最近傳出要出售半導體業務的消息,同為日廠的爾必達早在 2012 年時已不敵虧損、而被美光併購。去年台灣的華亞科也被美光收購,下市後成為美光 100% 持股子公司。

現在的 DRAM 產業不再是美日韓三大派系,而是三大公司鼎立——三星、海力士與美光。面對中國虎視眈眈的想搶進市場,三家公司現在都在急著回防。(三家已經剛好平衡了,還來一家不又要繼續殺更兇?)

若不想扶持中國,還能去哪?因此美光積極將台灣建立成 DRAM 卓越製造中心,除了收購華亞科,也和許多台廠結盟簽約綁訂單,或許未來也有一一接手台灣生產廠的打算。

根據財訊的報導,台灣已成美光最大 DRAM 製造基地,2015 年相關營收達 607.62 億美元(約 1.9 兆元台幣)。今年 3 月,美光又宣布成功標得達鴻先進科技的拍賣資產,並將以此建立在台灣的封測生產基地,預計將於今年 8 月開始投產。

Lynn 閒聊:繼成為蘋果供應鏈的後花園後,台灣又要變成美光的後花園了嗎?我還以為台灣產業應該要轉型了,除了做代工之外,到底有沒有其他出路啊?

2017 年 1 月間,DRAM 的合約價格就上漲了快 30%。DRAM 和 NAND Flash 的價格漲不停,也促使半導體研究機構 IC Insights 將今年全球晶片成長預估調升成 11%,為原先預估 5% 的兩倍多。預期今年 DRAM 銷售額有望成長高達 39%、NAND Flash 則是 25%,兩者都還有進一步上修的可能。

為什麼在過去的這一年來,記憶體價格會一路攀升呢?

筆者認為是因為現在記憶體製程要換代—— DRAM、NAND Flash 等微縮製程已逼近極限,全球半導體大廠,如三星、英特爾、台積電等,目前有兩大發展途徑:

  • 發展次世代技術的記憶體:磁阻式記憶體(MRAM)、電阻式記憶體(RRAM)及相變化記憶體(PCRAM)。
  • 2D 轉向 3D FLASH:3D 是立體堆疊的意思,從 2D 到 3D Flash 是利用堆疊來提升容量和降低電荷干擾。

(讀者可以參考上一篇 記憶體知識介紹文 ,回憶一下為什麼 SRAM 的 cell size 面積最大噢!)

記憶體產業中的每一家廠商,都在致力於打造一種兼具 SRAM 的快速、Flash 的高密度(高容量),以及低成本、非揮發性等各種優勢的記憶體。每一代革新的記憶體,也是在這幾項特點中去做改良。

MRAM 由於壽命長、面積小、反應速度快,被認為最有可能取代 SRAM 和 DRAM 的次世代記憶體。

RRAM 由於面積小、反應速度也快,被視為最有可能取代 Flash 的硬碟技術。

PCRAM 的技術介於 MRAM 與 RRAM 之間(有些新聞喜歡說:結合了 DRAM 和 NAND Flash 優點),對於取代現行記憶體也有一定優勢,故現在各大記憶體大廠也不輕言放棄這部分的研究。

你以為這三種技術是最近才被提出來的嗎?

不是!飛思卡爾(Freescale)早在 2006 年 7 月便已推出全球第一顆商業用的 MRAM,但容量僅有 4MB。

十多年前學者便已提出了這三種具備種種優勢的新式記憶體,然而由於同時間傳統記憶體也一直在進步、奈米製程越做越小,DRAM 的高速與高容量、SRAM 超高速度,與 Flash 的超高容量,加上製程又相對穩定,使得長久以來新型記憶體難以取代舊式記憶體。

目前的情況是,MRAM 先前有一些小容量的量產、PCRAM 和 RRAM 還在試產階段,約莫還要再走一段路。

順帶一提,各家廠商在這三種記憶體技術上各有著墨與站隊:

MRAM:台積電、三星。今年 4 月 13 日,台積電首次公開說明記憶體發展策略,同時回應針對東芝收購一案的可能。當時台積電強調,絕不會跨足標準型記憶體(包括 DRAM 和 NAND Flash),但已具備量產 MRAM 與 RRAM 等新型記憶體的技術。三星也在幾天後的 4 月 24 日發表了自家的 MRAM 技術,並已與恩智浦半導體簽訂協議、將負責接單生產晶圓代工。

RRAM:INTEL / 美光。Intel 與美光共同開發了「3D Xpoint 記憶體」,雖然 Intel 與美光並沒有公開此款記憶體的細節,不過由於之前美光在 RRAM 技術上已投入不少心力,普遍認為美光應該是在研究上獲得重大突破後,找上英特爾合作生產。

PCRAM:IBM。IBM 在去年 5 月發表了針對此技術的研究成果。(IBM’s phase-change memory is faster than flash and more reliable than RAM

不過由於資訊尚未公布完全,很難說這幾家廠商就只有做他們所宣佈的技術方向。(說不定台積電內部也有工作團隊在試產 PCRAM、反之亦然。)這邊只能讓我們拭目以待。

在新型態的非揮發性記憶體的研發過程中,傳統記憶體技術的革新也是在如火如荼的進展。目前炒的最熱的就是 3D NAND Flash 了。3D NAND Flash 是為了要解決什麼樣的問題而出現呢?

不像處理器的製程可以一路從 28 奈米、14/16 奈米、7 奈米突破;2D NAND 的製程從 2000 年以來的 40 奈米挺進、開始進入 10 奈米級後,技術困難性會變得相當高,約莫在 14/16 奈米便已屆極限。

南韓三星作為全球最大的 DRAM 大廠,在挺進下世代製程的腳步向來最為積極。目前 18 奈米製程的 DRAM 便已占了三星產能高達 20%。BusinessKorea 亦在報導中指出,三星最近已完成了 14.3 奈米 NAND Flash 的研發,並將微縮製程的目標改為 14.2 奈米。

10 奈米 NAND Flash 技術上雖可行,然而所需的設備投資成本過高,就算生產也難以回收獲利。三星現在光是 18 奈米製程的良率就尚未拉抬起來了,今年 3 月傳出三星因 18 奈米製程的 8GB DRAM 有瑕疵而必須回收時,導致現在 PC DRAM 市場的缺貨狀況更加嚴重。

由此可見,就算製程一路挺進,良率也難以跟上,因此每片晶圓能產出的晶粒數目並不一定會隨著晶片面積變更小而提升。

當製程遭遇瓶頸時,廠商們開始另闢蹊徑,也就是轉為開發 3D Flash。把現在的 2D Flash 轉 3D,相當於把建築從平房蓋成高樓。

傳統 NAND 把電晶體依照 X、Y 軸水平排放,縮小電晶體體積有其極限。然而 3D 則加入了 Z 軸、可將電晶體垂直排放,意味著當面積無法再縮小時,還可用層層堆疊的方式、提升儲存容量與降低 Cell 儲存單元的電荷干擾。

知名的知識財產權服務公司 TechInsights 先前拆解並公布了三星 48 層 3D V-NAND 結構、製程 21 奈米。

(該拆解之產品為三星的行動固態硬碟 T3 2TB,應用了 2015 年 8 月份發布的 3D V-NAND TLC Flash 顆粒,每個晶粒(Die)的容量為 256Gb(32GB),編號“K9AFGY8S0M”。)

此間包括了兩個 5.9×5.9 mm 的 FlashBank,存儲密度約為每平方 mm2600MB。

相比之下三星 16 奈米製程的 2D NAND Flash 密度只有每平方 mm 740MB,由此可見光是 21 奈米製程的 3D NAND Flash 的容量就相當驚人。

有了 3D NAND 後,廠商終於不需要再受 2D Flash 製程卡關困擾,轉而堆疊更多的層數就可以保證容量增長,穩定性也夠。2013 年後就開始有相關產品問世,相對也威脅到了新型態的記憶體技術(像上述提到的 MRAM、 PCRAM 等)。

不過實際技術上對 3D NAND Flash 的製程工藝也仍是挺要求的(雖然能堆電晶體,但電晶體製程也還是越小越好呀)。

因此 NAND 廠仍然得面臨蠻多問題,故目前 3D NAND 在量產進度與總產能上,最領先的還是三星一家,而且並沒有真正大規模應用在所有的產品上。

正由於新一代的記憶體尚未量產、舊一代的又開始縮編產量,才使得記憶體出現供不應求的情況。不過相信隨著自由市場動態調整供需的機制,這種價格增幅不會持續太久。

我們上面提到記憶體產業在歷經價格血戰後,現已成了三星、海力士與美光三強鼎立的寡佔市場。被排拒在外的中國為求發展國力,絕對不甘示弱。

中國武漢新芯的記憶體基地已在 2016 年 3 月底動土,預計 2018 年建設完成,月產能約 20 萬片。官方目標到 2020 年基地總產能達 30 萬片/月、2030 年來到 100 萬片/月。

市場研究機構 Gartner 便表示,由於中國廠商大量投產,使得這種上漲趨勢將在本季達到頂峰,全球 NAND Flash 和 SSD 的價格將在 2017 年第 2 季將會開始呈現反轉,並在 2018 年出現明顯下滑、在 2019 年將重新陷入相對低點。

不久後,或許就會有大量中國製造的 NAND Flash 進入市場,把記憶體價格拉下來。回顧 DRAM 價格波動的歷史,市場經常在供過於求與供不應求之間擺盪。筆者私認為此次也不會例外。

不過有鑒於新一代 iPhone 需求強弱將是左右整體 NAND Flash 供需狀況的關鍵,2017 半年整體 NAND Flash 供給將持續吃緊。

我們今天介紹了:

  • 記憶體大廠三強鼎立的現況?

三強分別為南韓三星、SK 海力士、美光。

若要說三國鼎立,就是南韓(三星/海力士)、美國(美光)、中國(紫光)。

  • 台灣廠商在裡面扮演的角色?

較無頂尖的自有技術研發,多為記憶體 IC 晶片的晶圓代工、封測,與模組廠。

現在快變成美光後花園了

  • 記憶體報價的合約與現貨價是什麼意思?報價該怎麼看?

若 DRAM 原廠(Major on Major)、或模組廠(Major on Third)賣模組給 PC 業者,稱為合約價(Contract Price)。非簽訂購買合約的市場則為現貨價(Spot Price)。

現今主流記憶體規格為 DDR3 與 DDR 4。

  • 新型記憶體兩大技術趨勢?

發展十多年的新技術 MRAM/PCRAM/RRAM。

從 2D 堆疊為 3D NAND Flash。

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這篇文章 【Lynn 寫點科普】代工、封測、模組?今天就讓你搞懂記憶體產業與新興技術! 最早出現於 INSIDE 硬塞的網路趨勢觀察