本土部分存儲器及存儲控制器廠商的發展策略

迎九

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

關鍵詞：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和發展探討

北京兆易創新科技有限公司戰略市場部總監蘇志強先生介紹道，半導體存儲器作為處理和存儲數據的載體，也是持續增長的，由此在半導體產業中的比重也是持續增長的。例如2001年，存儲器產值在半導體產業中的比重不到14%，2015年達到24%，2017年出現了大幅度增長，產值創紀錄地達到了1260億美元，占比達到30.7%。根據現在各大產業分析機構的預測，201 8年包括DRAM和FlasH（閃存）主導的存儲器還會有持續的增長。

1.1半導體存儲器的分類和特點

如圖1，半導體存儲器分為兩類：易失性，即掉電后數據丟失，另一類是非易失性，掉電后數據還存在。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。

從產值看，存儲器產業是高度集中的，例如DRAM約占52%，FlasH將近35%，二者占整個產業的90%左右。

特殊存儲器就是把占據最大的產品去除掉，除去像PC、移動、服務器、硬盤存儲器等非常單一且海量的應用市場，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年的產值在規模100～120億美元。

主流和特殊有什么區別呢？主要有三點。

第一，特殊存儲器最大的特征是分散，每一類技術和應用規模都不是很大，通常是在小于20億美元或者達到40億美元。

第二，商業模式比較靈活。另外，對于這樣分散的產品，對產品的周期性要求弱一點。

第三，風險和投資規模都比較小。

因此，中國非常適合做特殊存儲器，因為避開了國際存儲巨頭的正面沖突，對中國這樣的后發地區和企業風險較小，市場和產品比較靈活，能夠發揮中小企業的優勢。另外，相對于其他半導體市場，特殊存儲器的市場規模還是很可觀、值得去做的，因為總規模在100～120億美元。

1.2特殊存儲器和主流存儲器的動態變化

特殊存儲器和主流存儲器之間不是一成不變的，而是動態變化的。例如，DRAM和NAND伴隨PC和智能手機的發展，成為主流的存儲器。NOR FlasH是從主流存儲器轉到特殊存儲器，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包括2D NAND越來越小，有可能會變為特殊存儲器。

再例如，Intel和美光不久前發布了3D Xpoint，隨著其技術成熟和性能優勢，可能找到一些發揮特長的大眾應用。因此3D Xpoint是有潛力擴大規模、上升成為主流存儲器的。

1.3特殊存儲器的分類

據2016年數據，特殊存儲器中規模相對較大的是Specialty DRAM、NOR、SIC NAND、EEPROM等，如圖3。具備的特點如下：

·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的增長會有一定的增長；另外，在處理技術發展的早期，規模可能比較小，但是隨著技術的成熟和導入一些合適的應用場景，規模會增長。

·動態發展。主流和特殊存儲器在不同的時期，以及在不同的技術和應用之間的結合上，會出現一些變化。

·市場較為分散。無論從應用和技術上，都有很多種類，整體占了行業產值的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業，而是由很多不同的公司，包括不同的技術公司和上下游公司，來共同參與和推動產業發展。

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發展形成了生態，如表1，像Fabless（設計公司）中，ISSl和紫光國芯做Specialty DRAM，兆易創新、ISSI和東芯半導體（DoSilicon）做特殊NANDFlasH，復旦微電子做EEPROM。在新興存儲器方面，像磁宇（Ciyu）做磁存儲器，浙江海康馳拓科技公司（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）、華虹等都有對應產品制造的平臺。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合作伙伴關系。

1.5兆易創新的特殊存儲器

特殊存儲器是兆易創新（GD）公司最大的業務，主要依托于NOR FlasH/SLC NAND的快速發展。據兆易介紹，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2016年的市場機構數據顯示，兆易在串型NORFlash的市場份額達到12%，是中國大陸地區唯一進入前十的Flash存儲器（注：包含所有FlasH）廠商。兆易的Flash年出貨量達到16.6億顆，每月有1億多顆產品生產制造出來。

根據第三方機構統計，2017年兆易在中國前十大lC設計公司中名列第八。

目前兆易已成為中國大陸地區最大的存儲器芯片廠商，業務橫跨中國臺灣、日韓、歐美等多個國家和地區，應用于PC、移動、物聯網、網絡、消費類、工業、車載等領域。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，兆易還在存儲器產業鏈進行布局。1.參與起草了國家和國際上存儲器的一些標準。例如主導制定了中國存儲器接口標準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態去做一些合作。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，進軍固態硬盤；在新型存儲器上，投資了美國上市公司Everspin，以及國內的上海磁宇公司。作為fabless公司，兆易也與上下游進行密切的合作。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，兆易與清華等國內科研院所合作。

除了資本和技術密集外，知識產權是很重要的一部分。在產品和技術方面，從最早的跟隨、模仿，到同步、領先，在不同階段，兆易都非常重視知識產權，在專利、標準以及商標等各方面都有全方位的布局。

1.6特殊存儲器部分小結

首先，特殊存儲器是一個快速增長并蘊含發展機會的市場，同時這個市場比較適合中國這種后發展的國家和地區的小企業去切入。其次，中國已經建立了初步的特殊存儲器產業生態，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業生態，有助于存儲器市場的發展，也促進企業本身的成長。

2 憶芯要做萬物智聯時代JSSD控制芯片

北京憶芯科技有限公司是從事高性能的固態硬盤（SSD）控制芯片研發的創業公司，公司設計驗證總監孫唐先生介紹了憶芯在NAND主控芯片方面的研發歷程。

2.1 SSD市場

SSD產品包含了非常關鍵的芯片組件，其中一個就是兆易提到NAND芯片，另一個就是SSD主控芯片，二者結合成為SSD產品。

SSD從端到云進入了消費級和企業級的市場，通過服務器廠商以及系統集成廠商，將其引入了數據中心，無論是互聯網訪問加速還是云計算節點數據的查詢，為智能大數據應用提供了非常有力的支持。

在計算存儲產業鏈上，閃存芯片被國際大廠占據，諸如三星、美光、海力土、東芝等。SSD主控芯片方面，國內公司也非常有限。

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，并在當月與臺灣光寶集團（Lite-On）的建興電子簽訂了合作協議，進行量產STAR1000的研發合作。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芯片開發的固態硬盤產品Tlo PLUS，2018年3月，建興Tl0PLUS產品正式在京東發售。Tlo PLUS固態硬盤的性能達到了業界領先的4K隨機讀IOPS 320K以及4K隨機寫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化，會導致整個芯片的應用非常固定，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，即功能可擴展。但“可擴展”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？實現多大的性能？適應什么樣的場景需求？

展望憶芯未來幾年的產品規劃，首席執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32TB的存儲容量及高達百萬的并發訪問，進入數據中心和監控領域；將于2019年推出“天狼星”系列芯片，通過導入操作系統，更強運算力和深度學習，進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、計算及網絡的全融合芯片，它將幫助存儲從傳統存儲磁盤演進為存儲服務器，服務于演進中的數據中心。通過這一系列產品，憶芯將最終實現自己的“中國芯、世界夢”。

3 固態硬盤技術及市場的發展思考

3.1全球存儲狀況

杭州華瀾微電子股份有限公司副總經理周斌先生稱，存儲器發展了近百年，1920年出現磁存儲，1 956年出現HDD（機械硬盤），1966年有了DRAM。但近二三十年，固態硬盤（SSD）發展特別快，例如1990年代出現了SSD，到2006年PATA SSD出現，2009年PCle SSD出現，2017年Intel和美光發布了3D Xpoint技術。這些SSD技術給存儲應用帶來了很多變化和更新。

由于有這么多存儲器形態，對存儲控制器廠商帶來了挑戰。首先，因為當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，對于獨立的第三方控制器的廠商來說，你要怎么樣去發展你的技術，來滿足客戶的需要？

存儲器的發展，其實也是對存儲控制器有非常大的挑戰和應用，更進一步的是存儲接口的發展。例如PCle。

據有關資料，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，其增長的幅度已經達到20%～30%的應用，特別是在企業級的數據中心應用中，增長已經超過30%。

服務器對存儲控制器PCle的需求也是越來越高（如圖5）。據有關資料，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%，所以整體來看是非常快的增長趨勢。

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

據業內估計，整個3D NAND的發展，大約到2022年會到51 2層（如圖6）。可見每年都會有非常快的發展態勢，對存儲控制器確實是非常大的挑戰。

3D NAND給整個產業帶來一個很大的好處是成本的下降。如表2，據2016年底、2017年初的數據，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是利潤高的狀態。

在企業產品方面，華瀾微在做的產品有NVDIMM。NVDIMM是把DRAM和NAND集成在一個模塊上，來實現客戶同時對低成本和大容量的要求。

MVDIMM-N的產品形態是帶電池的應用，主要是為了在斷電的狀態下，讓DRAM的數據寫到NAND里。在電恢復的情況下，可以把NAND的數據讀到DRAM，然后讓它立刻恢復到斷電前的狀態工作。

相比SSD與3D Xpoint，NVDIMM有更多的優勢。如表3，在同樣的寫入數據量情況下，按照寫入數據成本計算（注：因為DRAM寫入次數會更多一些），固態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，所以華瀾微認為NVDIMM會更好地滿足未來客戶的需要。

3.2 SSD控制器的應用

SSD的第一典型應用是智能搜索，例如攝像頭。客戶要求的最根本的東西，例如車牌識別，攝像頭要立刻能夠呈現出來相關的信息，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，起草了中國視頻監控存儲的硬盤標準，該標準里會增加更多的元素，例如Al的應用。

產品形態方面，除了消費類，還有工業類的存儲、服務器等各種各樣的產品。

華瀾微這幾年做了很多特殊產品的應用。例如滿足高速相機的需求，該相機的數據帶寬需求已經遠遠超出PCle的接口帶寬；另外它的應用需求是不同的，需要對小文件的連續讀取和寫入數據要求很高。

3.3華瀾微概況

這幾年，硬盤方面出現了一些安全和后門問題。華瀾微的創始人駱建軍博士2011年回國開始創辦華瀾微，愿景是讓中國人把數據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，做所有存儲相關的存儲芯片。華瀾微的存儲控制芯片里有一個顯著的特點，就是在存儲芯片里放入了很多應用的因素，即把更多國產化的因素放進去了，例如有商密算法。

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