NAND閃存三十五年，看得見與看不見的“江湖春秋”

在幾十年的歷史長(zhǎng)河中，NAND閃存經(jīng)歷了一次又一次的技術(shù)變革，NAND閃存巨頭也在其中創(chuàng)下了一次又一次的偉績(jī)。

1984年1月24日，蘋果公司發(fā)布世界上第一臺(tái)采用圖形用戶界面的個(gè)人電腦——Macintosh。同一年，大洋彼岸的日本，東芝公司（2017年4月東芝存儲(chǔ)器集團(tuán)從東芝公司剝離，并于2019年10月正式更名為KIOXIA，中文名為鎧俠）跨時(shí)代地提出了“閃存”概念，個(gè)人電腦與閃存，一個(gè)新的時(shí)代已經(jīng)到來。

三年后，東芝根據(jù)閃存的概念發(fā)明出了全球第一塊NAND閃存芯片，為之后的電腦、智能手機(jī)、數(shù)據(jù)中心等許多新應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

如同柯達(dá)這個(gè)巨人一樣，這項(xiàng)發(fā)明給東芝遞上了前往NAND閃存寶座的“高鐵票”，不過東芝卻選擇坐上NAND閃存的“綠皮火車”，因?yàn)樗闹饕獦I(yè)務(wù)是DRAM。

20世紀(jì)70年代后，得益于日本大力推動(dòng)，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展。1976年，日本通產(chǎn)省集合多所頂尖研究所，并聯(lián)合日立、三菱、富士通、東芝、NEC五大企業(yè)，發(fā)起的“VLSI（超大規(guī)模集成電路）計(jì)劃”，投資720億日元，以期實(shí)現(xiàn)微電子技術(shù)革命性突破。

在不斷地攻堅(jiān)克難之下，80年代，日本逐漸占據(jù)DRAM市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位，邁入技術(shù)爆發(fā)期。

在有利的外部條件下，東芝投入340億日元，組織1500人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，決定全力押注DRAM，這一決定也將東芝推上了DRAM市場(chǎng)的高塔之上。1985年，東芝率先研發(fā)出1MB容量的DRAM，成為當(dāng)時(shí)世界上容量最大的DRAM存儲(chǔ)芯片。相比已經(jīng)開跑多年的DRAM，剛面世的NAND閃存在東芝眼里瞬間黯然失色。

時(shí)間進(jìn)入90年代中后期，在政治與經(jīng)濟(jì)雙重危機(jī)的裹挾之下，日本DRAM產(chǎn)業(yè)屢遭沖擊，深陷前景不明的窘境，本土DRAM企業(yè)也受到了影響。即便強(qiáng)如富士通也難以守住自身陣營(yíng)，于1999年宣布退出DRAM業(yè)務(wù)。

在互聯(lián)網(wǎng)泡沫與美國(guó)的圍追堵截之下，2001財(cái)年，東芝虧損2540億日元。此時(shí)的東芝面臨DRAM該往何處去的抉擇，持續(xù)經(jīng)營(yíng)會(huì)擴(kuò)大虧損，放棄則會(huì)擺脫虧損包袱，獲得現(xiàn)金流。無奈之下，只能徹底剔除DRAM，將DRAM業(yè)務(wù)賣給了美光，之后，便決意重拾此前不被自己重視的NAND閃存業(yè)務(wù)。

時(shí)任英特爾董事長(zhǎng)及CEO安迪·格魯夫曾坦言:“如果不率先聚焦投產(chǎn)高附加值的芯片，并且擁有果斷的投資勇氣和早日收回投資的速度與戰(zhàn)略眼光，半導(dǎo)體就不會(huì)成為盈利業(yè)務(wù)”。這一句話可能是對(duì)東芝放棄DRAM市場(chǎng)的最好注腳。

雖然此前不重視NAND閃存，但東芝也并未完全將其束之高閣，還是保留了少部分研發(fā)人員持續(xù)跟進(jìn)。作為這個(gè)行業(yè)先驅(qū)，東芝擁有領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，更重要的是，當(dāng)時(shí)這個(gè)市場(chǎng)中的玩家，只有美國(guó)的英特爾和韓國(guó)的三星兩家。

1991年東芝發(fā)布了全球首個(gè)4MB NAND閃存，一年之后，英特爾發(fā)布了12MB NAND閃存，又兩年后，三星推出了第一款NAND閃存芯片。時(shí)間進(jìn)入千禧年前后，三星又于1999年開發(fā)出首款1GB NAND閃存。東芝全力投入之后，也迅速跟進(jìn)，2001年便與閃迪聯(lián)合推出了1GB MLC NAND閃存，此時(shí)的閃存市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)開始加劇，英特爾、三星、東芝互不相讓地追逐NAND閃存的制高點(diǎn)。

2007年，2D NAND已經(jīng)走到頭，這一次東芝又引領(lǐng)了潮頭，獨(dú)辟蹊徑發(fā)布基于BiCS技術(shù)的3D NAND。NAND閃存進(jìn)入3D時(shí)代，同一年，喬布斯在舊金山的馬士孔尼會(huì)展中心，從口袋中掏出了那款影響世界的iPhone。

2001年8月，東芝宣布退出DRAM市場(chǎng)的前夕，東京一家名為Zakuro的餐廳內(nèi)匯聚了眾多三星高層人員。此次非正式會(huì)議的議題只有一個(gè)——三星是應(yīng)該與東芝合作共同開發(fā)NAND閃存，還是應(yīng)該獨(dú)立開發(fā)。

會(huì)議上，李健熙慷慨激昂地對(duì)員工說道：“只喜歡吃眼前全是油的食品而變肥的貓，是抓不到老鼠的”。最終，三星還是狠下心決定走自己的路。

無論是押注面板、DRAM還是智能手機(jī)，三星總能準(zhǔn)確地掌握住產(chǎn)業(yè)發(fā)展的脈搏，并孤注一擲地進(jìn)行豪賭，也正是這份膽魄，讓三星在今后的道路走得越來越遠(yuǎn)。

在NAND閃存上，三星自1984年就開始。在“閃存”概念提出的同年，三星就成功開發(fā)出了16kb的帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，該產(chǎn)品被認(rèn)為是閃存的前身。1989年三星成功開發(fā)自己的Mask ROM技術(shù)，這一舉措給三星帶來了4億美元的營(yíng)業(yè)收入。但由于MROM的需求僅限于特定的市場(chǎng)，不久三星便撞了南墻。

三星距離入門NAND閃存還差臨門一腳，這一腳是英特爾送的。在東芝開發(fā)出NAND Flash之后，英特爾也不甘示弱推出了NOR Flash并很快在產(chǎn)量上超越了東芝。

為了縮小產(chǎn)能差距，1992年年底，東芝將NAND flash設(shè)計(jì)授權(quán)給三星，兩年后，三星發(fā)布了16Mb NAND閃存，這是三星NAND閃存的起點(diǎn)。隨后三星又在1998年推出了28Mb NAND閃存，1999年開發(fā)出 1Gb NAND閃存。再到2002年，三星成為了全世界首個(gè)量產(chǎn)1Gb NAND閃存的公司，自此三星超越東芝，正式坐上閃存市場(chǎng)頭把交椅。

進(jìn)入新世紀(jì)的三星，一路披荊斬棘，將NAND閃存的容量從1G升到2GB、4Gb、8Gb、16Gb、32Gb、64Gb，在精細(xì)加工方面，三星成功開發(fā)出90nm、70nm、50nm、40nm、30nm。

1985年，在日本半導(dǎo)體的不斷攻城略地之下，時(shí)任英特爾董事長(zhǎng)及CEO安迪·格魯夫作出退出存儲(chǔ)市場(chǎng)的重大決定，將其業(yè)務(wù)重心從存儲(chǔ)芯片全面轉(zhuǎn)移到CPU計(jì)算芯片。這家第一個(gè)將DRAM商業(yè)化的存儲(chǔ)器公司與自己的起家業(yè)務(wù)正式說再見。多年以后，英特爾在微處理器領(lǐng)域所向披靡，并登上處理器市場(chǎng)王座，從一個(gè)存儲(chǔ)器制造商成長(zhǎng)為芯片霸主。安迪·格魯夫再回首當(dāng)初轉(zhuǎn)型決定，想必也會(huì)露出欣喜的微笑。

雖然退出DRAM市場(chǎng)，但在閃存領(lǐng)域，英特爾并未放棄。為了在這個(gè)新領(lǐng)域?qū)﹃嚃|芝，英特爾在1988年推出了第一款NOR Flash，該產(chǎn)品成功取代了EPROM產(chǎn)品，被用在存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)軟件，但隨著ipod等消費(fèi)類產(chǎn)品對(duì)存儲(chǔ)要求的提升，NAND閃存的市場(chǎng)在急速增長(zhǎng)。于是1992年，英特爾第一款NAND閃存產(chǎn)品姍姍來遲，容量為12MB。

在各家追逐市占率和產(chǎn)量的同時(shí)，新的技術(shù)也在不斷出現(xiàn)，最初NAND閃存技術(shù)以SLC架構(gòu)為主，該架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于讀寫速度快且穩(wěn)定性高。1997年，英特爾又開發(fā)出了MLC架構(gòu)，被用在了NOR Flash之上，該架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于其同等存儲(chǔ)單元可存放的資料是SLC的兩倍，但缺點(diǎn)在于讀寫次數(shù)有限穩(wěn)定性稍差。后來，東芝將該架構(gòu)用在了NAND閃存上，2001年便與閃迪聯(lián)合推出了1GB MLC NAND閃存。

在這一場(chǎng)沒有終點(diǎn)的技術(shù)競(jìng)賽中，單打獨(dú)斗不是主旋律，東芝與閃迪合作，英特爾則選擇了美光。

再次回到1984年，一個(gè)神奇的年份，這一年美光成功開發(fā)出世界上最小的256K DRAM，并成功登錄納斯達(dá)克。此時(shí)，迎接美光的并不是一個(gè)嶄新的黎明，而是一場(chǎng)生存危機(jī)。原因在于NEC、東芝、三菱等DRAM企業(yè)正居領(lǐng)先地位，從技術(shù)和成本上對(duì)美光、英特爾等DRAM企業(yè)都形成碾壓般的優(yōu)勢(shì)。上市一年后，美光便將炮火對(duì)準(zhǔn)了當(dāng)時(shí)手握“領(lǐng)導(dǎo)權(quán)”的一些海外DRAM企業(yè)。

1985年間，美光向國(guó)際貿(mào)易委員會(huì)提起東芝等企業(yè)傾銷訴訟，直指對(duì)方企圖以低于成本的價(jià)格使競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們逐個(gè)破產(chǎn)，名單中包括東芝、富士通、日立和其它三家企業(yè)。

在這場(chǎng)DRAM爭(zhēng)霸賽中，美光最終發(fā)展良好，并成為DRAM產(chǎn)業(yè)上的火種，不過在NAND閃存領(lǐng)域，美光比其余幾家存儲(chǔ)器企業(yè)出發(fā)都晚。

2005年，英特爾與美光成立合資公司IM Flash，其中美光持股51%，英特爾持股49%。新公司成立之后，美光以2.7億美元的價(jià)格將現(xiàn)有的NAND閃存技術(shù)和芯片設(shè)計(jì)方案賣給英特爾，并購(gòu)買了使用、修改這些設(shè)計(jì)的永久性許可。美光與英特爾的珠聯(lián)璧合一方面是抵御三星與東芝的沖擊，另一方面則是押注未來，全力進(jìn)軍3D NAND。

1984年是2D NAND的起點(diǎn)，2007則是3D NAND的起點(diǎn)。

這一年是智能手機(jī)的元年，智能手機(jī)時(shí)代即將到來，NAND閃存也將迎來黃金期，同時(shí)各家企業(yè)在新技術(shù)上的競(jìng)賽也更加激烈。

根據(jù)TrendForce集邦咨詢的數(shù)據(jù)顯示，2017年全球智能手機(jī)的生產(chǎn)量達(dá)到了14.58億臺(tái)的頂峰。智能手機(jī)維持了長(zhǎng)達(dá)10年的高速成長(zhǎng)。同時(shí)智能手機(jī)對(duì)NAND閃存的需求也在不斷提升，初代iPhone的起始配置只有4G，如今，最新的iPhone 14起始配置已經(jīng)增長(zhǎng)到128G。且隨著短視頻等應(yīng)用的不斷發(fā)展，未來對(duì)于NAND閃存的需求會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。

2007年東芝率先提出3D NAND結(jié)構(gòu)，但三星并沒有借鑒東芝的結(jié)構(gòu)，反而另辟蹊徑走出了屬于自己的3D NAND獨(dú)特道路。2013年，三星突破半導(dǎo)體精細(xì)加工技術(shù)的限制，推出并量產(chǎn)第1代24層128Gb V-NAND閃存，一舉驚艷全球。該款采用了全球首個(gè)3D單元結(jié)構(gòu)“V-NAND”技術(shù)。

2011年，東芝與閃迪的300nm級(jí)閃存工廠Fab5在日本正式投產(chǎn)，一年后，東芝將層數(shù)推高到了24層，又過了一年的2013年，三星才達(dá)到這一層數(shù)，由于起步較晚，美光與英特爾的首款3D NAND在2015年才問世。此后數(shù)年，英特爾與美光、東芝（鎧俠）、SK海力士以及三星在追逐更高密度，更高層數(shù)的道路上一刻也不停歇。

2014年，三星研發(fā)出32層，第二年SK海力士就研發(fā)出36層，同年東芝又研發(fā)出48層、三星也推出48層。2017年，三星將層數(shù)提高到64層，同年，SK海力士已提高到72層。2019年，美光、SK海力士、東芝同時(shí)推出128層，2020年，三星、美光、SK海力士又同時(shí)攻克176層。直至2022年，唯有美光、SK海力士突破了200+層，雙方層數(shù)分別達(dá)到232層、238層，其中，238層為目前業(yè)界最高層……

△全球半導(dǎo)體觀察根據(jù)公開信息整理

競(jìng)爭(zhēng)激烈的3D時(shí)代讓廠商之間的差距逐漸顯現(xiàn)，并且一些參賽者逐漸退出賽道，也有新的參賽者以意想不到的速度迅速跟進(jìn)，成為這個(gè)市場(chǎng)不可忽視的一股力量，動(dòng)搖了維持?jǐn)?shù)十年的市場(chǎng)格局。

英特爾與美光在2D時(shí)代發(fā)展較為順利，合資公司成立之后，其生產(chǎn)工藝從72nm、50nm、34nm、25nm，一路升級(jí)到20nm NAND閃存，成為第一家推出20nm 128Gb核心的閃存廠。但進(jìn)入3D時(shí)代之后，IM Flash的速度與三星、東芝相比，就顯得比較慢。3D NAND時(shí)代早已來臨，但英特爾和美光仍在研發(fā)2D NAND，直到2015年，雙方聯(lián)合推出384GB 3D NAND閃存，據(jù)說該款是有史以來密度最高的3D NAND閃存，同年還推出了3D XPoint技術(shù)。

此后，英特爾與美光這一對(duì)戰(zhàn)友路線出現(xiàn)了分歧。英特爾著手向企業(yè)級(jí)市場(chǎng)發(fā)售3D NAND產(chǎn)品，并基于3D XPoint技術(shù)打造出傲騰（Optane）產(chǎn)品線，產(chǎn)品憑借高速率、高耐用性、超低延遲等特性在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)過得風(fēng)生水起。而美光則轉(zhuǎn)向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)發(fā)售SSD。美光放棄了浮柵極（Floating Gate）技術(shù)，選擇與三星等公司一致，轉(zhuǎn)向電荷捕獲（Charge trap）技術(shù)，英特爾卻不為所動(dòng)，技術(shù)上的分歧或是雙方最終分道揚(yáng)鑣的原因之一。

2019年，英特爾與美光正式結(jié)束了在NAND Flash技術(shù)方面長(zhǎng)達(dá)14年的合作關(guān)系。最終美光收購(gòu)了IM Flash，英特爾則獨(dú)自建立了NAND Flash和3D XPoint存儲(chǔ)器研發(fā)團(tuán)隊(duì)，但沒多久，英特爾就徹底放下了NAND Flash，如同其當(dāng)年放下DRAM一樣。這一決定算是宣告英特爾對(duì)NAND閃存的告別，同時(shí)也切斷了傲騰（Optane）這一常年處于虧損狀態(tài)的業(yè)務(wù)的供貨來源，這似乎也為傲騰最后的結(jié)局埋下了悲傷的伏筆。

英特爾告別賽場(chǎng)之后，將一部分財(cái)產(chǎn)留給了昔日戰(zhàn)友美光，另外的場(chǎng)地留給了后起之秀SK海力士。2021年12月底，SK海力士以90億美元的價(jià)格接手了英特爾NAND閃存業(yè)務(wù)及SSD業(yè)務(wù)，后在美國(guó)成立NAND閃存解決方案提供商Solidigm。

在今年9月英特爾透露Optane業(yè)務(wù)將走入歷史。但相關(guān)人士強(qiáng)調(diào)，英特爾Optane系列畫上句號(hào)并沒有對(duì)外公布?，F(xiàn)階段策略就是隨時(shí)間過去，產(chǎn)品銷售完畢，再宣告結(jié)束。Optane業(yè)務(wù)是英特爾在存儲(chǔ)領(lǐng)域的最后一項(xiàng)業(yè)務(wù)，它的結(jié)束也將為英特爾的存儲(chǔ)之路徹底地畫上句號(hào)。

在存儲(chǔ)路上，英特爾這些年可謂是使盡渾身解數(shù)，但它卻走得跌宕起伏。當(dāng)后來者再翻閱存儲(chǔ)器歷史，依然能夠在字里行間看到英特爾曾經(jīng)在存儲(chǔ)器領(lǐng)域的不朽功績(jī)，但未必會(huì)為英特爾的退出而感到惋惜，畢竟它如今在另一個(gè)賽道上依然制霸全球。

與英特爾、東芝以及三星這些前輩們相比，SK海力士起步較晚，但其發(fā)展迅速，如今SK海力士已經(jīng)突破了目前業(yè)界層數(shù)的最高層238層。

SK海力士入局后的第一款產(chǎn)品是在2010年研發(fā)的20nm 64Gb NAND閃存芯片，彼時(shí)SK海力士的名字中還沒有SK兩個(gè)字母。兩年后，韓國(guó)第三大財(cái)閥SK集團(tuán)入主海力士，并成立了“閃存設(shè)計(jì)解決方案中心”。在SK集團(tuán)雄厚的財(cái)力加持下，SK海力士2014年進(jìn)軍3D NAND閃存領(lǐng)域，2019年就率先研發(fā)出全球首款基于CTF的96層4D NAND閃存。相比3D方式，4D架構(gòu)具有單元面積更小，生產(chǎn)效率更高的優(yōu)點(diǎn)。

以千禧年畫一個(gè)分界線，東芝與三星是產(chǎn)業(yè)締造者，SK海力士與美光是千禧年后殺出的兩匹黑馬，回顧這兩匹黑馬的成長(zhǎng)之路，并購(gòu)是一個(gè)無法忽視的因素。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，朝氣蓬勃，各家企業(yè)都能找到屬于自己的生態(tài)位，產(chǎn)業(yè)一旦進(jìn)入成熟期，并購(gòu)加劇，馬太效應(yīng)之下生態(tài)位要么擴(kuò)張，要么被蠶食。2010年之后，各大企業(yè)都在積極并購(gòu)小企業(yè)，一方面鞏固自身優(yōu)勢(shì)，另一方面彌補(bǔ)短板。其中美光與SK海力士是最為活躍的兩家企業(yè)。

美光在2010完成對(duì)閃存制造商N(yùn)umonyx的并購(gòu)，2012年收購(gòu)PCle虛擬化解決方案供應(yīng)商Virtensys，2015年收購(gòu)SSD控制器初創(chuàng)公司Tidal，2019年正式收購(gòu)IM Flash。SK海力士則在2012年收購(gòu)意大利NAND閃存開發(fā)商Ideaflash，并在2021年拿下英特爾的NAND閃存業(yè)務(wù)。

△全球半導(dǎo)體觀察根據(jù)公開信息整理

小小一枚NAND閃存芯片，最初只是東芝工程師腦海中的一個(gè)念頭，后來在物競(jìng)天擇的叢林中一步步發(fā)展，成為智能手機(jī)、PC等電子產(chǎn)品的核心部件。NAND閃存結(jié)構(gòu)從最初的2D到如今的3D、4D，層數(shù)不斷提高，24層、36層、48層、96層、128層、176層、200+層，到最近三星規(guī)劃的1000層，半導(dǎo)體從業(yè)者對(duì)技術(shù)的追求沒有止境。

期間，有前浪退出、也有后浪涌進(jìn)。東芝雄霸市場(chǎng)、三星一躍龍門、美光與SK海力士強(qiáng)勢(shì)突圍、以及退出賽場(chǎng)的元老英特爾，都為NAND Flash市場(chǎng)演繹了一場(chǎng)橫跨時(shí)空的精彩劇情，并創(chuàng)寫了屬于自己的江湖春秋。

如今的NAND閃存市場(chǎng)戰(zhàn)火依然焦灼。從營(yíng)收上看，據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，在2022年第二季NAND Flash營(yíng)收排名中，三星（Samsung）常居冠首、SK集團(tuán)（SK hynix +Solidigm）列第二、鎧俠（Kioxia）第三、美光（Micron）則列第五。

波詭云譎的市場(chǎng)永遠(yuǎn)暗流涌動(dòng)，步入2022年的下半年，NAND閃存市場(chǎng)再度面臨下行壓力，在一個(gè)迷霧環(huán)繞的環(huán)境中，巨頭們又將如何撥云見日，制霸未來？