新時(shí)代，新存儲(chǔ)——物聯(lián)網(wǎng)世界中的存儲(chǔ)技術(shù)變革

最新公布的財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)顯示，得益于物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi 6/6E、工業(yè)、通信網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)對(duì)內(nèi)存芯片的強(qiáng)勁需求，華邦電子2022年上半年?duì)I收達(dá)到了30.86億新臺(tái)幣，較去年同期增長19%，毛利率達(dá)到52%，再創(chuàng)新高。

按照不同應(yīng)用領(lǐng)域劃分，涵蓋信息娛樂系統(tǒng)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)與汽車儀表盤的汽車與工業(yè) (Car & Industrial)；包括智能電視、機(jī)頂盒、可穿戴設(shè)備和監(jiān)控?cái)z像頭的消費(fèi)電子 (Consumer)；包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、PC外設(shè)、打印機(jī)的電腦(Computer)；以及專注于網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)業(yè)務(wù)的通信 (Communication)，構(gòu)成了華邦2022年上半年的四大主要收入來源，占比分別為25%、20%、24%和31%，分布相當(dāng)均衡。

如果從技術(shù)路線圖來看，閃存 (Code Storage Flash)、TrustMETM安全閃存、利基型動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存 (Specialty DRAM)和移動(dòng)隨機(jī)存取內(nèi)存 (Mobile DRAM)是華邦手中的“四大王牌”。?

最具代表性的DRAM產(chǎn)品適用于需配備4Gb或以下容量DRAM的應(yīng)用，如人工智能加速器、物聯(lián)網(wǎng)、汽車、工業(yè)用、電信、WiFi-6、WiFi-6E、xDSL、光纖網(wǎng)絡(luò)、智能電視、機(jī)頂盒、IP攝像頭等。

其中，利基型動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存產(chǎn)品組合涵蓋SDRAM、DDR、DDR3、DDR4等多個(gè)類型，容量從16Mb到4Gb不等；移動(dòng)隨機(jī)存取內(nèi)存則能夠提供PSRAM、HYPERRAMTM、LPSDR/LPDDR、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4/4X等產(chǎn)品，容量從32Mb到4Gb不等。

工藝方面，華邦臺(tái)中工廠以46nm和38nm制程為主，高雄工廠今后將主攻20nm甚至是1y以下的先進(jìn)制程工藝。但就目前而言，25nm和25snm工藝會(huì)是華邦的重點(diǎn)所在，臺(tái)中、高雄兩座工廠都為此進(jìn)行了大量投入。?

“從2019年到2021年，DRAM和Flash市場一直處于缺貨狀態(tài)，加之受到COVID-19疫情和俄烏戰(zhàn)爭影響，缺貨的時(shí)間表又被延長。我們預(yù)計(jì)最早要到今年下半年或是2023年，內(nèi)存市場的供貨狀況才會(huì)有所緩和?！比A邦DRAM產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)理Tetsu Ho在先前舉辦的研討會(huì)中表示，很多不同類型的內(nèi)存廠商都在積極擴(kuò)充產(chǎn)能，華邦也不例外，其第二座12寸晶圓廠預(yù)計(jì)將于2022年第四季度落成使用。

賦能物聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代
Tetsu Ho援引IoT Analytics Research的最新報(bào)告稱，物聯(lián)網(wǎng)半導(dǎo)體市場規(guī)模將有望從2020年的330億美元增長到2025年的800億美元，復(fù)合年增長率高達(dá)19%。其中，物聯(lián)網(wǎng)微控制器 (MCU)、物聯(lián)網(wǎng)連接芯片組、物聯(lián)網(wǎng)AI芯片組和物聯(lián)網(wǎng)安全芯片組和模塊，將成為增長最為迅猛的四大領(lǐng)域。

以MCU為例，作為IoT市場的核心組件，MCU在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中主要負(fù)責(zé)傳感器的監(jiān)測與控制，其市場滲透率預(yù)計(jì)將有望從2019年的18%增加至2025年的29%。其中，僅32位MCU的出貨量就將在2025年 ?達(dá)到230億顆。而隨著終端IoT設(shè)備智能化程度的不斷提高，IoT AI芯片組的出貨量也有望在2025年達(dá)到6億顆規(guī)模，年復(fù)合增長率高達(dá)22% (2019-2025年)。

與此同時(shí)，眾多無線通信方式，無論是3G/4G/5G，還是LoRa、超低功耗藍(lán)牙、Zigbee、Wi-Fi，層出不窮，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、手機(jī)、服務(wù)器和云端間架起溝通的橋梁。當(dāng)然，隨著數(shù)據(jù)呈海量爆發(fā)模式，數(shù)據(jù)安全的重要性變得日趨重要，打造“以硬件為基礎(chǔ)的根信任”正成為行業(yè)普遍共識(shí)和努力目標(biāo)。

“其實(shí)，華邦的存儲(chǔ)產(chǎn)品在上述四大領(lǐng)域中無處不在，它們默默扮演著AIoT這個(gè)偉大時(shí)代幕后英雄的角色，但卻很少被人們所熟知?！盩etsu Ho說，在智能手表中，所有監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，包括心跳、血壓、呼吸，甚至是最關(guān)鍵的血氧含量，都被完整地記錄在以華邦64Mb pseudo-SRAM、128Mb Low Power SDR、256Mb HYPERRAM、256Mb Low Power DDR為代表的存儲(chǔ)芯片中。

在騎行者最喜歡使用的自行車車表中，華邦1Gb Low Power DDR2產(chǎn)品準(zhǔn)確記錄著從速度傳感器、GPS、踏板功率計(jì)等多個(gè)渠道采集而來的數(shù)據(jù)，消費(fèi)者可以通過數(shù)據(jù)分享實(shí)現(xiàn)社群交流的目的，讓看上去略顯枯燥的數(shù)據(jù)變成出色的社交工具，拉近人與人之間的距離。

開車通勤也是很常見的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。無論是汽車儀表盤 (cluster)、信息娛樂系統(tǒng) (infotainment)，或是遠(yuǎn)程信息處理 (telematics)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，以及車聯(lián)網(wǎng) (V2X)，華邦都有相對(duì)應(yīng)的內(nèi)存和接口產(chǎn)品供車廠選擇，包括HYPERRAM、SDR、LPDDR、DDR2、DDR3、LPDDR4等，無處不在。

值得一提的是，隨著汽車智能化程度越來越高，消費(fèi)者已經(jīng)可以將手機(jī)經(jīng)由藍(lán)牙與汽車相連，通過OBD (On-board Diagnostics，車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)) 傳輸轉(zhuǎn)速、油溫、渦輪轉(zhuǎn)速/壓力等數(shù)據(jù)，或是通過OTA方式進(jìn)行系統(tǒng)更新。所以，在手機(jī)中，華邦可提供1Gb LPDDR2和2Gb LPDDR4小容量內(nèi)存產(chǎn)品，主要用于手機(jī)基帶中進(jìn)行LTE和5G的數(shù)據(jù)傳輸。

而在智能家居行業(yè)中，Matter標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)讓人們看到了解決智能家居系統(tǒng)碎片化的希望所在。簡單來說，引入Matter規(guī)范之后，買家無需確定Nest恒溫器是否與Apple HomeKit兼容，或者Amazon Echo設(shè)備是否可以控制第三方智能門鎖，只需在設(shè)備上尋找Matter批準(zhǔn)印簽，即可確?；ゲ僮餍?。對(duì)于智能家居產(chǎn)品制造商而言，可以通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建產(chǎn)品，從而簡化開發(fā)過程。同時(shí)，Matter規(guī)范是基于IP的標(biāo)準(zhǔn)，也為開發(fā)人員提供了通用且已構(gòu)建的溝通交流基礎(chǔ)。

預(yù)計(jì)從2022年至2030年，將有超過200億部無線互聯(lián)智能家居設(shè)備在全球出售，其中很大一部分設(shè)備類型將滿足Matter規(guī)范。在未來幾年內(nèi)，這些產(chǎn)品中的絕大部分，還有其他的產(chǎn)品，諸如消費(fèi)型機(jī)器人和智能電器，也將會(huì)支持Matter規(guī)范。

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智能家居硬件出貨量(2021-2030) 圖源：ABI Research

基于此，OEM廠商將更多地期待他們的合作伙伴和供應(yīng)商，不僅要提供集成的連接、處理、安全硬件和軟件，還要提供服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施，以簡化設(shè)備的創(chuàng)造和管理。這對(duì)包括華邦在內(nèi)的半導(dǎo)體芯片廠商來說，無疑意味著新的、巨大的市場機(jī)會(huì)。

其實(shí)，對(duì)5G/4G/IoT/Wi-Fi等眾多無線通信協(xié)議的無縫支持，是Tetsu Ho在研討會(huì)中強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)。下圖中，X軸代表數(shù)據(jù)傳輸速率 (Mbps)，縱軸代表傳輸范圍，不難發(fā)現(xiàn)，3G時(shí)代功能機(jī)中使用最多的是32Mb/64Mb pseudo-SRAM，但目前已經(jīng)逐步被小容量的HYPERRAM所取代；到了4G時(shí)代，華邦LPDDR2產(chǎn)品在高頻寬LTE Cat4-Cat10終端中被大量使用；而現(xiàn)在的5G終端中廣泛使用的則是LPDDR4產(chǎn)品。

另一塊不能被忽視的領(lǐng)域，是以NFC、Zigbee、藍(lán)牙、BLE，甚至Wi-SUN、WiFi-HaLow、LPWA為代表的眾多短距離、低速率無線協(xié)議，目前華邦在該領(lǐng)域的主打方案是HYPERRAM系列。

在與蜂窩通信系統(tǒng)并行演進(jìn)的Wi-Fi系統(tǒng)中，從Wi-Fi 4到最新的Wi-Fi 7，華邦都有參與其中。例如在Wi-Fi 1-4的時(shí)代，主要采用64Mb-512Mb SDR或DDR產(chǎn)品；Wi-Fi 5時(shí)代則是256Mb-2Gb DDR2/DDR3；而到了當(dāng)前最熱門的Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E和Wi-Fi 時(shí)代7，由于頻寬需求大幅增加，所以1Gb-4Gb DDR3/DDR4產(chǎn)品成為行業(yè)主流。

為此，華邦方面承諾說，公司將在未來10多年內(nèi)繼續(xù)生產(chǎn)DDR3 SDRAM產(chǎn)品，以確保滿足客戶的長期使用需求。目前，華邦DDR3出貨量占DRAM總收入的30%，預(yù)計(jì)2024年將增加至50%。此外，華邦位于中國臺(tái)灣高雄的新建晶圓廠將于2022年第四季度啟用，采用更先進(jìn)的制造技術(shù)提升產(chǎn)能。?

GP-BoostTM Memory，值得期待

Tetsu Ho用下圖為我們展示了CPU/MPU/MCU產(chǎn)品在不同的IoT時(shí)代里所呈現(xiàn)的變遷。在早期的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，主要的數(shù)據(jù)都來源于各級(jí)各類傳感器，信息簡單，不需要太大的頻寬；到了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIOT) 時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備開始趨于復(fù)雜，一些基本的數(shù)據(jù)決策和計(jì)算需要在本地完成，再加上4G的發(fā)展，無縫網(wǎng)絡(luò)/全覆蓋網(wǎng)絡(luò) (seamless network) 變得十分重要；進(jìn)入AIoT時(shí)代，與傳統(tǒng)印象中“大部分運(yùn)算會(huì)在邊緣服務(wù)器上或是邊緣網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行處理”不同的是，相當(dāng)分量的計(jì)算任務(wù)被放置于邊緣終端上，從而對(duì)低延遲、安全隱私、邊緣AI、網(wǎng)絡(luò)連接提出了更高的要求。

為了應(yīng)對(duì)上述變化，華邦在產(chǎn)線中引入了GP-Boost? memory概念，覆蓋從32Mb-256Mb ULP HYPERRAM到1-2Gb LPDDR4/4X內(nèi)存的所有產(chǎn)品。用戶可以根據(jù)不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的屬性和要求，自由選擇對(duì)應(yīng)的DRAM容量、性能和功耗。

以華邦的64Mb HYPERRAM為例，要知道，HYPERRAM在華邦GP-Boost DRAM產(chǎn)品線中的定位是“超低功耗 (Ultra Low Power, ULP)”，因此，在室溫1.8V條件下，其待機(jī)功耗為70uW，而相同容量的SDRAM的功耗則是2000Uw (3.3V)；更重要的是，HYPERRAM在混合睡眠模式 (HSM，Hybrid Sleep Mode) 下的功耗僅有35Uw (1.8V)，與SDRAM在待機(jī)模式下的功耗有明顯差異。

與pSRAM的31個(gè)引腳數(shù)相比，HYPERRAM只有13個(gè)信號(hào)引腳，相比早期SDRAM或是Pseudo SRAM大于50個(gè)的引腳數(shù) (pin count)，更是大大簡化了PCB設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)成品時(shí)，MPU上的更多引腳可用于其他目的，設(shè)計(jì)師也可使用更少引腳的MPU 以獲得更高經(jīng)濟(jì)效益。

眾所周知，控制接口越少，DRAM控制器所需的復(fù)雜度就越低。相較于PSRAM 9個(gè)/LPSDRAM 18個(gè)控制接口，HYPERRAM成功實(shí)現(xiàn)了控制接口簡化。此外，相較于其他傳統(tǒng)DRAM產(chǎn)品，HYPERRAM的開發(fā)時(shí)間更短，可以采用最新型的半導(dǎo)體制程節(jié)點(diǎn)與封裝技術(shù)，以此縮小產(chǎn)品封裝尺寸。較少的主機(jī)控制接口與較小的封裝尺寸均幫助HYPERRAM 減少內(nèi)存在PCB板上的占用空間，從而可大幅節(jié)省終端產(chǎn)品的體積，更適用于尺寸敏感的可穿戴設(shè)備。

HYPERRAM的實(shí)際應(yīng)用情況遠(yuǎn)比我們想象中的更為普及。其中，KGD產(chǎn)品占據(jù)了當(dāng)前HYPERRAM市場中的很大一部分份額，通過與各家芯片廠商合作，華邦HYPERRAM產(chǎn)品被集成在SoC里，應(yīng)用于各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中。此外，HYPERRAM也可以被單獨(dú)應(yīng)用，例如采用BGA封裝的HYPERRAM產(chǎn)品更多應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，可穿戴設(shè)備則傾向于使用采用晶圓級(jí)封裝 (WLCSP)封裝的產(chǎn)品。

目前，采用HYPERRAM產(chǎn)品的應(yīng)用市場主要來自4G功能手機(jī)、智能手表、LTE物聯(lián)網(wǎng)模塊、人工智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，從去年年底開始，包括智能音箱、智能家居、家用攝像頭、智能門鈴、智能門鎖、工業(yè)用人機(jī)界面，甚至汽車儀表在內(nèi)的多個(gè)市場，也都開始陸續(xù)導(dǎo)入HYPERRAM設(shè)計(jì)。
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