NAND閃存市場競爭愈發激烈

從半導體產業來看，過去一年，芯片短缺誘發了產業鏈投資擴產的浪潮，資本支出大幅提高，已經動工建設或投產的晶圓廠多達85座。據世界半導體貿易統計組織（WSTS）統計，2021年全球半導體市場規模達到5530億美元，同比增長25.6%。其中，存儲器規模達到1581.61億美元，增長高達34.6%。作為半導體產業風向標，存儲器市場擁有強周期波動屬性，進一步細分又可分為DRAM、NAND Flash和Nor Flash三種。

遵循存儲器產業周期發展特性，TrendForce集邦咨詢等多個機構預測今年NAND閃存采購動能進一步收斂，將進入價格下行周期。然而在西安疫情、原材料污染、地震等黑天鵝事件疊加之下，NAND閃存價格周期已被嚴重擾亂，不確定性大幅增加。據IC Insights預測，今年NAND閃存資本支出將增長至299億美元，占據了全球整體集成電路產業資本支出的16%，僅次于晶圓代工領域。

2022年閃存資本支出預測（圖源：IC Insights）

擁抱NAND閃存時代

NAND閃存的概念可以追溯到上世紀80年代，而真正步入發展軌道則是從2000年開始。1987年，時任東芝工程師的舛岡富士雄率先提出了NAND閃存概念。而后，東芝（2019年更名鎧俠）雖占據NAND閃存市場先機，卻由于當時的戰略方向及管理問題，全力押注DRAM市場，低估了NAND閃存市場的發展潛力。

2001年，三星拒絕了閃存龍頭企業的合作邀請，轉而選擇獨立開發自己的技術。同年，東芝宣布剝離DRAM業務，將陣地轉向NAND閃存，但其市場先機已失，與頭把交椅失之交臂。次年，三星首款1Gb NAND閃存投入量產，至此開啟了長達二十年的閃存市場統治地位。

從NAND閃存市場的角度看，隨著2001年以后音樂播放器、數碼相機、手機等領域疾速增長，NAND閃存市場需求持續上揚，出貨量則以線性趨勢持續增加。英特爾、鎧俠、西部數據、三星等一系列閃存廠商紛紛加速技術演進和市場布局，以爭奪NAND閃存這一新興市場的主導權。

據微加工研究所所長湯之上隆總結，從WSTS公布的出貨量數據來看，NAND閃存的發展大致可以分為三個階段。2000年至2016年間，NAND閃存出貨量呈現線性增長趨勢；2016年至2018年，出貨量相對穩定；2018年之后，受益于數據中心市場增長，NAND閃存出貨量隨之增加。

NAND出貨金額及出貨量（來源：WSTS、EET Japan）

從2D到3D，堆疊層數成為NAND閃存新標準

在2D NAND閃存時代，隨著晶體管尺寸不斷向下微縮，NAND閃存的存儲密度持續提高。當密度提高至一定程度，NAND閃存中存儲的電荷數量受限，讀寫容量也難以進一步提升。而對于存儲陣列來說，耦合效應和干擾也是個問題。因此，NAND閃存逐漸從二維平面過渡至三維堆疊結構，從而實現速度、容量和性能的全面提升。

回顧3D NAND閃存的發展，東芝于2007年最早提出了此概念，并表明NAND閃存未來的發展趨勢將集中于降低單位bit成本。2013年8月，3D NAND閃存從技術概念走向了商業市場。三星推出了全球首款3D NAND閃存，并投入量產。第一代V-NAND閃存采用了三星電子獨創圓柱形3D CTF（電荷擷取閃存）和垂直堆疊技術，雖然只有24層，但卻突破了平面技術的瓶頸。反觀東芝，其第一款3D NAND（48層）量產產品比三星整整遲到三年。

在3D NAND技術賽跑中，三星長期處于領先地位，截至目前，其3D NAND閃存已經陸續演進至128層。在更多層數的技術迭代中，三星176層NAND預計今年第一季度開始量產，而第8代NAND閃存將于2022年底推出，且將突破200層，達到224層。

從技術演進方面看，SK海力士與美光雖然入局相對較晚，卻在技術迭代速度上更勝一籌?，F階段，SK海力士已經推出176層NAND閃存，并預計2025年達到500層，2030年突破800層。在收購英特爾NAND閃存及存儲業務之后，預計SK海力士的技術實力將更進一步提升。無獨有偶，美光也于2020年底宣布176層堆棧NAND閃存量產計劃，領先于三星同堆棧高度的量產進度。鎧俠則略遜一等，其BiCS閃存堆棧高度達到162層，采用了鎧俠CUA架構，同時還提升了平面密度。

3D NAND路線圖（圖源：Tech Insights）

從Tech Insights閃存路線圖中可以看到，2D NAND閃存以工藝制程演進為評判標準，而邁入3D NAND之后，堆疊層數取代工藝制程成為新的介質進化標準。隨著頭部企業持續加大3D NAND閃存市場布局，推動技術創新和演進，3D NAND閃存堆棧高度不斷突破極限。預計未來幾年，200層以上3D NAND閃存市場競爭將愈發激烈。但考慮到技術研發投入與營收利潤之間的平衡，預計層數演進速度將逐漸減緩。