英特爾50年存儲(chǔ)發(fā)展史對(duì)我國(guó)的啟示

黃陽(yáng)棋 劉超 喬路

摘 要：英特爾作為現(xiàn)代存儲(chǔ)技術(shù)的開創(chuàng)者之一，經(jīng)歷過數(shù)次存儲(chǔ)領(lǐng)域的變革，其自身的存儲(chǔ)業(yè)務(wù)也不斷發(fā)展演進(jìn)。歷史的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)往往能夠?yàn)槲覈?guó)現(xiàn)在的困難指明方向。在當(dāng)前存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，吸收歷史經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，總結(jié)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律對(duì)預(yù)判我國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和制定引導(dǎo)政策具有重要意義。作者整理了英特爾過去50年存儲(chǔ)業(yè)務(wù)發(fā)展脈絡(luò)，分析了其中的戰(zhàn)略動(dòng)機(jī)和人才培養(yǎng)、管理機(jī)制，并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，探討對(duì)我國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的借鑒與啟示，給出政策建議。

關(guān)鍵詞：英特爾;存儲(chǔ)發(fā)展史;DRAM;NAND Flash;新型存儲(chǔ);人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：TP333文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）28-0025-03

The Enlightenment of Intel's 50 Year Storage Development History to China

HUANG Yangqi LIU Chao QIAO Lu

（China Center for Information Industry Development，Beijing 100048）

Abstract： As one of the pioneer of the modern storage technology， Intel has been through multi-times of revolutions in this area and has been keeping evolving. Historical development experience can always point out the direction for the current difficulties. In the critical period of storage industry development， it is significant to learn from history and summarize the pattern in order to decide the path of the storage industry in China and draw up policies. The authors The author combed the storage history of Intel in the past 50 years， analyzed its strategic motivation， personnel training and management mechanism， and discussed the reference and Enlightenment for the development of China's storage industry， and gave policy recommendations.

Keywords： Intel;the history of storage development;DRAM;NAND Flash;emerging storage;talent development

存儲(chǔ)器是現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)。2019年，全球存儲(chǔ)器市場(chǎng)超過1 000億美元，是市場(chǎng)最大的集成電路單一產(chǎn)品。從1950年代電子計(jì)算機(jī)發(fā)明至今，存儲(chǔ)器經(jīng)歷了從磁帶、磁盤到今天DRAM、NAND Flash、NOR Flash的快速發(fā)展。英特爾作為首家實(shí)現(xiàn)DRAM存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，在存儲(chǔ)領(lǐng)域一直占據(jù)著重要位置，其存儲(chǔ)業(yè)務(wù)隨著技術(shù)進(jìn)步與市場(chǎng)變化發(fā)生了數(shù)次重大轉(zhuǎn)型[1]。近年來(lái)，我國(guó)開始重視存儲(chǔ)器發(fā)展，并在這一領(lǐng)域進(jìn)行了對(duì)應(yīng)布局，但相關(guān)企業(yè)仍處于起步初期，急需尋找一條可靠的發(fā)展路徑。因此，分析英特爾存儲(chǔ)的發(fā)展軌跡和人才培養(yǎng)、管理模式對(duì)我國(guó)存儲(chǔ)器的發(fā)展具有重要的借鑒意義。

1 英特爾存儲(chǔ)器發(fā)展史

1.1 最早的DRAM企業(yè)

1970年，英特爾憑借其量產(chǎn)的1kb DRAM存儲(chǔ)器C1103，將DRAM的每字節(jié)售價(jià)降低到1美分，徹底取代了笨重的磁芯存儲(chǔ)器，在賺到第一桶金的同時(shí)，開創(chuàng)了以DRAM作為計(jì)算機(jī)內(nèi)存的時(shí)代。1974年，英特爾在DRAM市場(chǎng)中的占比高達(dá)82.9%;但是到了20世紀(jì)80年代，日本半導(dǎo)體企業(yè)通過政府強(qiáng)力的資金和研發(fā)支持，在良率和成本上均取得了優(yōu)勢(shì)，英特爾市場(chǎng)份額很快跌至20%以下，只能于1985年放棄DRAM轉(zhuǎn)型微處理器。

1.2 最早的閃存企業(yè)

作為以存儲(chǔ)起家的公司，英特爾在發(fā)展DRAM的同時(shí)，也一直在大力發(fā)展非易失性存儲(chǔ)，如EPROM、EEPROM等。特別是在20世紀(jì)80年代，日本東芝公司忽視了由其員工所發(fā)明的閃存技術(shù)，英特爾則投入大量資金和人員研發(fā)，成功推出了NOR Flash取代之前的EPROM和EEPROM。但是，由于NAND Flash更加容易集成，同時(shí)具備讀寫和大規(guī)模存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，主流存儲(chǔ)市場(chǎng)逐漸轉(zhuǎn)向NAND Flash。英特爾不得不于2008年剝離NOR Flash業(yè)務(wù)與意法半導(dǎo)體的NAND Flash業(yè)務(wù)合并成立閃存公司恒憶，該公司于2010年被美光所收購(gòu)。

1.3 與美光合作開發(fā)NAND Flash

2006年，在NOR Flash市場(chǎng)逐漸失勢(shì)而NAND Flash快速興起之時(shí)，受限于自身在NAND Flash領(lǐng)域積累的不足，英特爾選擇與美光建立了合資公司IMFT用于NAND Flash和新型存儲(chǔ)器的制造和研發(fā)。這使得兩家能夠共同分擔(dān)研發(fā)費(fèi)用，共享研發(fā)成果和制造產(chǎn)能。但是，由于英特爾與美光在3D NAND Flash技術(shù)的未來(lái)發(fā)展上出現(xiàn)了分歧，英特爾于2015年開始自行建線生產(chǎn)NAND Flash產(chǎn)品，將大連工廠升級(jí)為3D NAND閃存工廠，這也是目前英特爾唯一的閃存工廠。同時(shí)，于2019年正式將IMFT完全轉(zhuǎn)讓給美光。自2015年英特爾獨(dú)立發(fā)展存儲(chǔ)器以來(lái)，該業(yè)務(wù)一直處于虧損狀態(tài)，需要依靠處理器業(yè)務(wù)的持續(xù)輸血，至2019年底，其現(xiàn)任CEO宣布擬縮減NAND Flash投資，不再實(shí)施擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。

1.4 研發(fā)新型存儲(chǔ)以瞄準(zhǔn)下一代數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)

2015年，英特爾與美光兩家公司在IMFT共同開發(fā)了3D Xpoint存儲(chǔ)器（相變存儲(chǔ)器），并推出了傲騰持久內(nèi)存模塊產(chǎn)品[2]。持久內(nèi)存的特點(diǎn)在于同時(shí)擁有接近DRAM的讀寫速率、NAND Flash的容量及掉電后持久存儲(chǔ)的能力。英特爾基于這一特性開發(fā)出了一種全新的存儲(chǔ)器使用方式，即把持久內(nèi)存像內(nèi)存一樣直接連接到系統(tǒng)總線，使得CPU可以更加高效地調(diào)取存儲(chǔ)于其中的持久性數(shù)據(jù)，一定程度上解決了內(nèi)存與外存由于讀寫速率差距引發(fā)的“存儲(chǔ)墻”問題，進(jìn)而提升了數(shù)據(jù)中心性能。

2 英特爾存儲(chǔ)器發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型與人才培養(yǎng)機(jī)制分析

2.1 持續(xù)跟蹤布局新興存儲(chǔ)技術(shù)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，計(jì)算性能實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，存儲(chǔ)的延遲和功耗越來(lái)越成為整體性能的瓶頸。英特爾的存儲(chǔ)半導(dǎo)體戰(zhàn)略被定位為“補(bǔ)充作為核心的CPU業(yè)務(wù)”，其發(fā)展存儲(chǔ)器的目的在于發(fā)展建立在存儲(chǔ)之上的計(jì)算系統(tǒng)和信息技術(shù)。因此，英特爾在存儲(chǔ)業(yè)務(wù)常年虧損的情況下，也一直在進(jìn)行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，持續(xù)跟蹤布局最為先進(jìn)的存儲(chǔ)技術(shù)，通過CPU的利潤(rùn)補(bǔ)貼新型存儲(chǔ)的研發(fā)和生產(chǎn)。2019年，英特爾同時(shí)商用了傲騰持久內(nèi)存與新一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，這種同時(shí)整合CPU與持久內(nèi)存的策略使得英特爾成為目前唯一一家持久內(nèi)存的完整解決方案供應(yīng)商，在這一快速增長(zhǎng)的新興市場(chǎng)中搶得先機(jī)。

2.2 清晰明確的存儲(chǔ)發(fā)展戰(zhàn)略

英特爾存儲(chǔ)器研發(fā)歷史優(yōu)秀，技術(shù)儲(chǔ)備相對(duì)雄厚，相繼率先商用了DRAM和NOR Flash，具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，但是，在面對(duì)存儲(chǔ)行業(yè)以成本和規(guī)模取勝為主的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，仍然陷入了持續(xù)虧損的局面。DRAM方面，日本企業(yè)通過國(guó)家支持的聯(lián)合研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，在成本上擊敗了英特爾;NOR Flash方面，在NAND Flash的持續(xù)沖擊下，市場(chǎng)規(guī)模不斷萎縮。面對(duì)持續(xù)虧損的DRAM和NOR Flash業(yè)務(wù)，英特爾果斷采取了放棄策略，轉(zhuǎn)而通過合作研發(fā)擁抱新技術(shù)。歷史經(jīng)驗(yàn)表明，存儲(chǔ)器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)格局不斷更新迭代，即使是英特爾這樣的技術(shù)和資金巨頭也必須有所取舍，而市場(chǎng)的特點(diǎn)決定了成本和規(guī)模是存儲(chǔ)的關(guān)鍵，要想發(fā)展好存儲(chǔ)器，就必須下定決心，做好持續(xù)發(fā)展、大規(guī)模發(fā)展的準(zhǔn)備。

2.3 存儲(chǔ)器技術(shù)需具備可控發(fā)展能力

保持自身技術(shù)能力是存儲(chǔ)企業(yè)生存的關(guān)鍵。縱然是英特爾這樣擁有強(qiáng)大技術(shù)能力的企業(yè)，在NAND Flash技術(shù)上也不得不采取與擁有技術(shù)的美光合作的方式，以求得技術(shù)和專利的共享。但是，依靠合作也存在技術(shù)路徑選取和發(fā)展戰(zhàn)略分歧等弊端。2015年，英特爾開始自行建廠投資3D NAND Flash，并且于2019年與美光分道揚(yáng)鑣，開始獨(dú)立發(fā)展。因此，存儲(chǔ)器技術(shù)的發(fā)展無(wú)論是通過技術(shù)授權(quán)、合作還是自主發(fā)展，關(guān)鍵在于是否可控，是否具備獨(dú)立發(fā)展能力。

2.4 因地制宜的人才培養(yǎng)機(jī)制

作為大型跨國(guó)企業(yè)，英特爾成功利用本土化人才培養(yǎng)策略打開多國(guó)市場(chǎng)的大門。1999年，英特爾開始在中國(guó)區(qū)實(shí)行“未來(lái)領(lǐng)袖培訓(xùn)計(jì)劃”，從本土中層員工中甄選出具有發(fā)展?jié)摿Φ囊慌诉M(jìn)行針對(duì)性培養(yǎng)，包括將這些“潛力股”送往美國(guó)總部或海外培訓(xùn)等。宏碁集團(tuán)現(xiàn)任全球總裁暨執(zhí)行長(zhǎng)陳俊圣就曾受益于英特爾的人才本土化培養(yǎng)。

2.5 推陳出新的管理模式

在存儲(chǔ)這個(gè)飛速發(fā)展、日新月異的產(chǎn)業(yè)中，英特爾勇于探索和創(chuàng)新管理辦法，施行“去工人化”、創(chuàng)造“存在感”的人性化管理，如在工廠內(nèi)，技術(shù)工人可以和工程師就創(chuàng)新問題開展激烈討論，員工可以指出上級(jí)或老板的錯(cuò)誤和問題，讓員工更有歸屬感、凝聚力和創(chuàng)新力[3]。

3 對(duì)我國(guó)存儲(chǔ)器發(fā)展的參考與借鑒

3.1 發(fā)展存儲(chǔ)器對(duì)我國(guó)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)具有重要意義

英特爾的存儲(chǔ)器發(fā)展史證明了存儲(chǔ)器與CPU一樣在信息技術(shù)解決方案中不可或缺。目前，我國(guó)的信息系統(tǒng)仍然高度依賴國(guó)外存儲(chǔ)器廠商的產(chǎn)品，這將導(dǎo)致我國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈難以擺脫國(guó)外廠商的限制，同時(shí)，缺乏存儲(chǔ)技術(shù)的積累也限制了我國(guó)新型計(jì)算技術(shù)的更新迭代，難以適應(yīng)計(jì)算系統(tǒng)對(duì)低延遲、低能耗和高性能的計(jì)算需求，也不利于新型存儲(chǔ)技術(shù)的創(chuàng)新研究。

3.2 做好長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)投資持續(xù)虧損的準(zhǔn)備

從2015年英特爾開始建設(shè)大連的存儲(chǔ)器工廠開始，其存儲(chǔ)業(yè)務(wù)一直處于虧損狀態(tài)，5年總計(jì)虧損約20億美元。主要原因在于新建工廠的初期設(shè)備投入相對(duì)較大，折舊在成本中占據(jù)了很大一部分。我國(guó)存儲(chǔ)器項(xiàng)目投資存在的問題更甚。此外，存儲(chǔ)器單位容量的成本隨著技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)的快速下降，與市場(chǎng)主流存在2～3代代差的產(chǎn)品幾乎不能獲取利潤(rùn)。因此，我國(guó)存儲(chǔ)企業(yè)在追平國(guó)際主流的技術(shù)指標(biāo)前都無(wú)法依靠產(chǎn)品營(yíng)收縮小虧損。參考英特爾10萬(wàn)片月產(chǎn)能的NAND閃存工廠在不存在技術(shù)代差的情況下仍虧損超過5年，并且還未看到盈利希望，我國(guó)企業(yè)如果希望實(shí)現(xiàn)追趕，在技術(shù)尚未追上的情況下，預(yù)計(jì)持續(xù)虧損超過10年，虧損總額有可能達(dá)百億美元。

3.3 提前進(jìn)行未來(lái)布局

存儲(chǔ)器的發(fā)展隨著計(jì)算系統(tǒng)日新月異，英特爾的3D Xpoint就是一種為了彌補(bǔ)內(nèi)存與外部存儲(chǔ)速率差異的持久性存儲(chǔ)器，類似的還有MRAM、RRAM等。這些新型存儲(chǔ)都是經(jīng)過長(zhǎng)期研究才最終商業(yè)化的，如3D Xpoint是2015年首次推出的產(chǎn)品，但其所采用的相變存儲(chǔ)技術(shù)相關(guān)專利從2001年就開始逐年增加，技術(shù)積累持續(xù)了十幾年。產(chǎn)品商用后實(shí)際上已經(jīng)很難再有新的突破，后繼者也很難繞開已有的專利。因此，我國(guó)欲在存儲(chǔ)技術(shù)方面突破或引領(lǐng)，須通過收購(gòu)獲取已出現(xiàn)的新型存儲(chǔ)技術(shù)，或提前布局15年之后可能商用的存儲(chǔ)技術(shù)。

4 發(fā)展建議

4.1 設(shè)立存儲(chǔ)研發(fā)專項(xiàng)，盡快縮短與國(guó)外差距

爭(zhēng)取在正在研究制定的2020—2035年國(guó)家科技重大專項(xiàng)計(jì)劃中設(shè)立存儲(chǔ)研發(fā)專項(xiàng)或子項(xiàng)，持續(xù)支持企業(yè)開展研發(fā)。同時(shí)，創(chuàng)新專項(xiàng)運(yùn)作模式，以長(zhǎng)江存儲(chǔ)、合肥長(zhǎng)鑫等重點(diǎn)企業(yè)為主導(dǎo)，提出研發(fā)需求和目標(biāo)，聚合國(guó)內(nèi)主要存儲(chǔ)研發(fā)力量與骨干企業(yè)合作開展研發(fā)。

4.2 強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)理解和認(rèn)識(shí)，保持發(fā)展定力

加強(qiáng)各相關(guān)單位對(duì)存儲(chǔ)器的認(rèn)識(shí)和理解，在思想和資源上做好持續(xù)虧損的準(zhǔn)備，避免急功近利。發(fā)展策略上，初期以技術(shù)追趕、縮短差距為主，避免盲目擴(kuò)大產(chǎn)能，以減小前期虧損，在技術(shù)代差具備盈利條件后再逐步擴(kuò)大產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)自身造血能力。支持方式上，除了發(fā)揮大基金、政策性銀行作用外，要在堅(jiān)持主體集中大原則上，充分發(fā)揮地方政府積極性，通過新型舉國(guó)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器產(chǎn)能的快速擴(kuò)張。

4.3 關(guān)注未來(lái)發(fā)展，提前進(jìn)行布局

下一代存儲(chǔ)中英特爾的3D Xpoint相變存儲(chǔ)器、Everspin的磁性存儲(chǔ)器（MRAM）等新興存儲(chǔ)已經(jīng)初露端倪，將有望填補(bǔ)DRAM和NAND閃存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率差距。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)在新興存儲(chǔ)領(lǐng)域尚未有影響力的企業(yè)。相變存儲(chǔ)器方面，江蘇時(shí)代芯存良率過低、量產(chǎn)陷入困境;磁性存儲(chǔ)器方面，北航趙巍勝與微電子所趙超團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)取得了一定技術(shù)進(jìn)展，但尚未能產(chǎn)業(yè)化;阻變存儲(chǔ)器方面，微電子所劉明院士團(tuán)隊(duì)具有一定技術(shù)基礎(chǔ)，同樣距產(chǎn)業(yè)化尚遠(yuǎn)。實(shí)際上，我國(guó)已經(jīng)在新興存儲(chǔ)領(lǐng)域落后，未來(lái)一段時(shí)間都需要通過設(shè)立研究專項(xiàng)加大相關(guān)的研發(fā)投入，同時(shí)采取中試線小規(guī)模試產(chǎn)的方式，避免將尚未實(shí)用的技術(shù)盲目產(chǎn)業(yè)化。

4.4 發(fā)掘“潛力股”培養(yǎng)領(lǐng)軍人才

存儲(chǔ)作為高精尖的新型技術(shù)，其專業(yè)人才的培養(yǎng)往往需要3～5年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。目前，我國(guó)在存儲(chǔ)方面面臨缺乏領(lǐng)軍人才的困境，而領(lǐng)軍人才往往是帶領(lǐng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)突破的關(guān)鍵所在。英特爾從2009年起在我國(guó)舉辦“英特爾杯”職業(yè)技能大賽，旨在推動(dòng)產(chǎn)教融合，發(fā)掘人才。國(guó)內(nèi)的存儲(chǔ)企業(yè)也應(yīng)該從現(xiàn)有員工或高校相關(guān)在校生中發(fā)掘“潛力股”，并因材施教，進(jìn)行針對(duì)性培養(yǎng)，以培養(yǎng)出了解本國(guó)存儲(chǔ)發(fā)展情況、基礎(chǔ)知識(shí)夯實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、具有領(lǐng)導(dǎo)能力的領(lǐng)軍人才。

4.5 適應(yīng)發(fā)展進(jìn)程不斷更新管理模式

隨著各個(gè)國(guó)家和地區(qū)逐漸意識(shí)到存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的重要性，越來(lái)越多的存儲(chǔ)企業(yè)涌現(xiàn)出來(lái)。為了適應(yīng)高速發(fā)展的存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)，相關(guān)企業(yè)也應(yīng)該不斷嘗試新的管理模式，甚至發(fā)展出符合本公司文化的創(chuàng)新管理模式。

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