内存的故事

阅读数:843 2019 年 9 月 12 日 11:51

内存的故事

《内存的故事》写于一年半以前,2 万字过于叨叨了,所以删掉一半给时间宝贵的朋友。

内存的故事

前言

2006 年 5 月 1 日,德国半导体巨头英飞凌 (Infineon) 分拆了内存事业部在纽交所上市,股票代码叫做 Qi。官方说 Qi 有两个意思,一个是中文的“气”,代表流动的能量 (Energy Flow);另一个意思是它的发音,念作 Key,表示开启世界的钥匙。

不过这个有哲学意味的名字并没有带来好运。

这家公司叫做奇梦达 (Qimonda),今天很少有人知道这家公司了,因为她只活了三年,就从曾经的世界第二大内存公司轰然倒地而亡。

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英飞凌宣布分拆奇梦达,两位 CEO 捧起 12 寸晶圆

英飞凌 (Infineon) 是 1999 年分拆独立的西门子半导体,第一任 CEO 是时年只有 41 岁的舒马赫 (Ulrich Schumacher)。具有冒险精神的舒马赫在内存界率先花 11 亿欧元投资了 12 寸晶圆厂,使得英飞凌在 2000 年代初中期赶上并超过美光 (Micron) 和海力士 (Hynix)。

可惜在 2004 年舒马赫因为一场奇怪的贿赂风波被迫离职 (后面再详述)。此后,这家德国公司变得小心谨慎,注定了 4 年后的黯然出局。

与此形成鲜明对照的是,更年轻更具冒险精神和爱玩飞机的美光 (Micron) CEO Steve Appleton 抓住各种机会合纵连横后来居上,直到 2012 年坠机身亡。

1999 年是内存界的大变年:

  • 排名世界第三的韩国现代半导体强娶了第五名 LG 半导体;
  • 日立和 NEC 合并了其内存部门产生了尔必达 (Elpida);
  • IBM 退出和东芝合资的 Dominion 从而退出内存业务;
  • 刚刚完成收购德州仪器 (TI) 内存部门的美光 (Micron) 也在其时进入大陆市场;
  • 台湾 921 大地震因产线损失导致中关村内存一周内翻三倍,也是今天不能想象的。

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本人收藏的西门子古董内存

为什么各个电子巨头都纷纷剥离自己的内存业务呢?因为内存价格波动巨大,而且经常是亏多赚少。上市母公司和投资者可不喜欢财报一会亏一会赚的。

那为什么内存价格会波动呢?其它芯片为什么不会这样呢?

简单说,内存芯片归类为 commodity,和大宗商品类似,属于通用原材料,价格由供需决定。

内存就是电子行业的石油,几乎每个产品都需要。

1960-1970 年代

IBM 的 Robert H.Dennard 被公认是 DRAM 之父,他设计了 MOS 电容存储刷新的概念。仙童最早量产的 256bit 内存只能存几十个字母。几个骨干从仙童“叛逃”出来后,1970 年英特尔 (Intel) 生产的 i1103 是划时代的 DRAM,使得每 bit 存储降到 1 美分。

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英特尔的第一桶金 i1103 1kb 内存芯片

70 年代上半期 DRAM 的霸主是 Intel,然而下半期属于 Mostek。这家公司是半导体先驱德州仪器 (TI) 的工程师创办的,靠着 4kb 和 16kb DRAM,Mostek 到 70 年代后期市场份额扩至超过 8 成。

1978 年,四个 Mostek 的员工离职在一个地下室创立了美光 (Micron),他们第一个设计订单是给 Mostek 的 64kb DRAM。后来在土豆大王 J.R.Simplot 的资助下买了二手设备开始加入了战局。经过一些列黑白的操作,美光成为直到今天的战国枭雄之一,这里也暂且留到后面再说。

1974 年,李健熙不顾反对收购了破产的 Korea Semiconductor 进入半导体业。他说,即使所有人都反对,我也要自己做。结果他掏了私房钱买下 50% 股份。

这个极具远见的举动造就了三星今天的辉煌。

要知道,1974 年的时候只是朝鲜战争结束 20 年而已,韩国的底子是 50 年代废墟上的世界最贫穷国家。

值得记录的是,我国在 70 年代也在大力研发 DRAM。北大物理系和中科院分别承担了研发和量产的工作,水平大概只落后美国 5 年。

1980 年代

在无数有巨大前途的领域中,Mostek 最后选择集中了公司资源在内存这个血腥行业背水一战,但在和日韩背靠政府的企业竞争中最终败下阵来。

Mostek 在 1985 年被廉价卖给法国公司 Thomson,后来随着 Thomson 和 SGS 的合并,魂归 ST(意法半导体)。

为什么说是魂归呢?因为 Mostek 肉体已经基本不在了,但是还有大把内存领域的专利。STM 居然靠这些专利,通过漫长诉讼内存制造商,赚取了数倍于收购 Mostek 的利润。而后来,内存行业之间的各种诉讼,成为业界一个常态。

Mostek 是内存界第一个败退的巨头,预示着美国群雄接下来的连续崩溃。

内存从 80 年代门槛并不高,逐渐变成拼制造的行业,日本五巨头 (日立、三菱、东芝、NEC、富士通) 和韩国各大公司 (三星、现代、LG、大宇) 的杀入,使得行业利润降至冰点。日本的内存厂商还有 OKI、松下和日本钢铁等。

1983 年到 1985 年游戏机市场崩盘,市场销量下降到只有之前的 10% 不到,是导致内存严重过剩的一个重要原因。这个崩盘被称为 Atari Shock,导致了英特尔、国家半导体 (National Semiconductor) 等美国厂商退出 DRAM 领域。

Mostek 和英特尔的退出给了其它竞争对手的喘息机会,1985 年后 PC 和任天堂红白机的热销,也使得大家的日子好了起来。

日本厂商在资金上得到政府的大力支持,同时由于尼康和佳能光刻机在 80 年代中击败美国存在产品缺陷的 GCA,其半导体在良率上比美国高出 30%,使得 80 年代后期垄断了大部分内存市场。

而在这个时候 (1987 年),我们后来的主角三星电子,只有不到 10% 的份额连前 5 名都进不去;另一个主角美光份额还不到 5%。

这两家后来的冤家对手抱团取暖,三星当年的核心技术,基本都来自美光。但是由于工艺落后成本高,三星半导体到 1986 年亏损额高达 3 亿美元。

四家韩国厂商 (三星、现代、LG 和大宇) 在 80 年代投资超过 20 亿美元,折合今天上百亿美元,可谓豪赌国运。

美国商务部 1985 年启动了 301 反倾销调查,并在 1986 年签署了美日半导体协议,迫使日本打开封闭的日本芯片市场。

1985 年,广场协议的签署和日元的升值,终于让日本厂商气势汹汹的势头被遏制。虽然日本厂商仍然占据技术优势,但无法再用价格武器打压对手。

美日半导体协议的后果是,行政干预了市场,而消费者花了更贵的钱才能买到主流内存的电脑。后来由于 IBM 和惠普等内存大买家的投诉,反内存倾销的协议在 1991 年被瓦解。

80 年代,改革开放,日元贷款和日本技术成为第一生力军。无锡 742 厂通过引进东芝 3 英寸生产线量产 64Kb DRAM。也许这是无锡后来的半导体情节的由来。此后,908 工程落户无锡华晶,建设首条 6 英寸生产线,从 AT&T 引进制程技术。

但是,由于多方面的原因,建设周期过长导致技术落后失去竞争力。在大环境是全面引入国外技术,大快好省的方针指导下,我国本土的内存研发和设备制造开始处于停滞状态。

今天,我们的半导体设备技术大概落后了 20 年,成为我国制造最大的瓶颈,没有之一。

1990 年代

90 年代上半叶是 PC 发展的黄金时期,Windows 95 的发布是辉煌的顶点。

我当时在 4MB 内存的 486 上装上 Win95 时无比激动。为什么没有升级内存的原因我还记得,当时中关村 16MB 内存大概要 4000-5000 元,而今天折合 1 块钱都不到。

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怀念一下 Windows 95 的蓝天白云, Vista 开始变成那种雾霾蓝

NEC 和日立在 90 年代初仍然傲立三甲,但由于日元升值和泡沫经济破灭逐步降低了竞争力。

1988 年汉城奥运会中在世界舞台亮相的韩国厂商抓住了机会,三星、现代电子和 LG 半导体已经成功赶上来进入六强。

东芝在整个 90 年代 DRAM 领域一直处于第二阵营 (5-10 名),韩国厂商则高薪挖角东芝工程师,对不愿放弃终身雇佣的工程师请他们周末坐飞机到韩国指导,韩国企业在技术上迅速赶上。

在 Micron 在业内独家率先采用 ASML 步进光刻机后,一直和 Micron 关系良好的三星也发现了 ASML PAS5500 的产能大大优于日本尼康。从 1995 年装备第一台 ASML 开始,仅两年时间三星就换掉了所有尼康。

Hynix 紧随三星的步伐在 90 年代更换了 ASML 光刻机,而日本 DRAM 厂商则继续使用尼康和佳能。韩日双方在工艺成本上也拉开了差距。

1997 年,日本钢铁退出 DRAM 生产并把工厂转给日立和 UMC,1998 年松下退出,1998 年日立退出和 TI 在美国的合资厂。

到 90 年代后期,日本厂商的市场份额,已经从 90 年代初的 70% 跌到 42%。最后的结果是 1999 年合并成立尔必达 Elpida。

值得一提的是,NEC 在 1991 年和首钢合资成立首钢 NEC 并在 1994 年量产 4Mb DRAM,为我国培养了第一批半导体制造人才。

1997 年,NEC 在上海设立合资公司华虹 NEC,建设了中国第一条 8 英寸生产线并实现内存成功量产。但随着 NEC 设立尔必达后退出 DRAM 领域,华虹只好转做代工。

华虹遗憾地因资金不到位和海外技术封锁无法建设 12 英寸晶圆生产线而沦为配角,错失了保持和国际技术同步的绝好机会,其低端产线后期成为二代身份证的主力供应商。

90 年代初不少厂商为减少研发投入形成了内存技术联盟,比 NEC 和 AT&T、索尼和 AMD、三菱和 TI 以及 Motorola、OKI 和 SGS-Thomson。从结果看,三心二意想靠别人研发技术的公司,最后都歇菜得比较早。

在 1Gb 芯片的研发上,90 年代末形成了三大技术阵营:

  1. 韩国阵营;
  2. 日立、三菱和 TI;
  3. IBM、Motorola、英飞凌和东芝。

最后一个阵营里东芝首先撤出,然后是 Motorola 和 IBM,这导致了后来英飞凌在沟槽式电容技术上孤军奋战和最终功败垂成。

1997 年的亚洲金融危机中,韩国企业由于负债率过高和外汇储备不足,欧美债务收紧导致韩元在年底数周内暴跌 60%,这却意外极大增强了韩国企业的出口竞争力。

1998 年韩企在 DRAM 份额超过日本企业。

为了应对空前的危机,韩国政府向国际货币基金组织求救,并要求企业大裁员和抱团取暖,比如命令大宇汽车收购三星汽车,三星电子收购大宇电子,现代电子合并 LG 半导体。

应该说韩国这次重整旗鼓非常成功,毕竟韩国国土小人口少,产业面面俱到的话竞争力肯定不行。此后,韩国在重点扶植的高科技、家电、汽车、造船、石化和文娱等领域大放异彩。

1999 年 NEC 和日立合并 DRAM 事业的背景是,NEC 份额已经跌到 11% 和第四名,日立跌到 7% 和第 8 名。双方都认识到这样的份额无法单独生存,尤其 Micron 收购 TI DRAM 以后终止了和 NEC 的技术合作。

然而合资公司尔必达并未像两家母公司预期的夺取 20% 市场份额,而是在 2002 年跌到 5%,直到传奇社长阪本幸雄上任。

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Elpida 内存芯片

2000 年代

2000 年的时候,全球内存厂商的数量仍超过 20 家,而到 00 年代末期只剩下不到 10 家。经过 1999 年的大整合,到 2001 年尘埃落定时的排名是这样的:三星,美光,海力士和英飞凌,四家握有近 8 成的市场份额。

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2001-2014 DRAM 市场份额

这时,最先出问题的是海力士。

2001 年 DRAM 价格的狂跌,导致 Hynix 巨亏 25 亿美元,无法按期归还收购 LG 半导体 (LG Semicon) 时欠下的巨额贷款 (超过 140 亿美元)。

Hynix 的资产负债率高达令人咂舌的 206%,所有人都认为它很快就完蛋了。

以韩国交换银行 (KEB) 为首的债权人进驻 Hynix 并接管了管理权,并开始寻找买家。然而这么个巨债的烂摊子,三星和 LG 都拒绝接手。

这时,Hynix 债权人找到了最善于乘人之危的美光,签了个跳楼价达成了协议卖掉公司。

结果 Hynix 的员工爆发了,工会给美光发了声明,声称一旦收购便所有员工集体辞职。

在这种情况下,美光只好撤退了。

各家 DRAM 大厂都在期待 Hynix 的倒闭,使得内存价格可以回升。

另所有人意外的是,Hynix 债权人尤其 KEB 没有放弃。130 家债权人联合起来,他们指派了 KEB 银行的 Eui-Jei Woo 教授担任 Hynix CEO。

Woo 教授当时的压力之大可以想象,据回忆他表示被任命这天这是他人生最糟糕的一天。这些银行家极其认真地研究了行业并制定了惊艳的复兴计划:

  1. 注销了 80 亿美元债务转成股份达到绝对控股并降低资产负债率
  2. 和意法半导体合作开发生产 NAND 闪存,借以缓解 DRAM 价格压力
  3. 和中国无锡谈了个超级合算的投资,韩方只投资 2.5 亿现金建设总投资 20 亿美元的先进 12 英寸晶圆厂。(换句话说,也许是无锡救了海力士。)
  4. 把债权人的股份逐步转到股市让老百姓接盘
  5. 借英飞凌 - 茂矽争端把茂德产能纳入麾下

Hynix 的无锡 12 英寸厂产能以及 NAND 闪存市场需求的暴增,在接下来几年为 Hynix 带来数十亿美元的利润,并在市场中保持了核心竞争力。

英飞凌是 2000-2006 的另一个亮点,由于率先在 12 英寸晶圆厂的大胆投资,使得英飞凌很快超过美光占据第 3 名,并在 2006 年个别季度超过 Hynix 跃升第 2 名。

在 2004 年,舒马赫突然免去 CEO 职务,说因基建时乱花钱以及赛车赞助收取回扣。舒马赫否认并反击。

经过 7 年的漫长诉讼,双方达成和解,英飞凌支付 590 万欧元的补偿。支持激进内存投资的舒马赫离职给四年后英飞凌内存的崩盘打下了伏笔。

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英飞凌 Infineon 赞助的奥迪赛车

舒马赫是英飞凌内存扩张的旗手,他精心规划的战略,几乎成功。如果茂德和南亚都在麾下,再加上中芯国际,市占率接近 30%,几乎可以和三星并驾齐驱。

也是缺乏时运,茂德的争端以及台积电对中芯的打压,造成这个战略失败。舒马赫离职后,英飞凌董事会就开始了分离内存业务的举措,2 年后奇梦达分拆上市。

投入的减少是原因之一,奇梦达在 2007 年制程转换时出现了极其严重的问题。

2003 年—2008 年的另一个赢家是尔必达 (Elpida)。前面说到,Elpida 在 2000 年代初期已经亏得不成样子。

2002 年底,前体操选手阪本幸雄走马上任,他力排众议在广岛建设了新的 12 寸晶圆厂。

Elpida 和力晶的成功联盟,也扩张了市场份额,在金融危机爆发前已经超越奇梦达和美光,取得了相对安全的卡位。

而 2008 年前的输家是美光。它的主要产能仍停留在 8 寸厂,单片成本几乎是最高的,这也导致其市场份额从 20% 到被腰斩到 10%。

但是塞翁失马,市场份额少反而亏得少,2008 年金融危机美光受影响最小。美光省下来的钱一方面投入了闪存的研发和制造,也攒下不少用于大抄底。

2000 年代 DRAM 界还发生了一件大事,由于戴尔和 Gateway 的控告,美国司法部立案调查 1999 年—2002 年间三星、美光、海力士、英飞凌等串谋控制内存价格。

最终,三星被罚 3 亿美元,海力士 1.85 亿美元,英飞凌 1.6 亿美元。美光作为污点证人免于处罚。

2000 年代不得不提的还有中芯国际 (SMIC)。张汝京也是 TI 系,在 TI 工作 20 年,搞过 20 个晶圆厂,这个资历使他成为大陆半导体制造业的教父级人物。

2000 年,张汝京创办的世大半导体被大股东作价 50 亿美元强行卖给台积电。

一身本领无处施展的张汝京,碰到上海实干官员江上舟。在江的推动下,中芯国际只花了半年时间就完成募资并在张江破土动工,一年时间 8 英寸晶圆厂就建成投产,次年北京 12 寸晶圆厂开工,简直是火箭速度。

随后,上海、武汉的 12 寸厂也拔地而起。台积电感到了威胁,用各种严厉的官司对付张汝京。

中芯国际产能的暴增使得中芯国际初期只能以代工 DRAM 内存为主,因为没有那么多逻辑芯片的代工生意给这家年轻的公司。而英飞凌是中芯最重要的技术合作伙伴,指导中芯生产内存。

不过,最让张汝京头痛的应该是设备,由于半导体设备的出口限制,使得张汝京和江上舟竭力把中芯打造成外资为主而非国资的独立企业,来避免技术封锁。张本人是美籍,行业关系众多,靠他的个人影响力使得中芯的设备进口基本达到国际一流水平。

可惜故事的结局不总是幸福的,和台积电的诉讼和解以及中芯后来因资金缺口引入了央企股东纠纷导致了张汝京的出局。

此外遗憾的是,张汝京离开后的大量政企协调工作,使得德高望重的中芯国际董事长江上舟鞠躬尽瘁在 2011 年去世,并引发了后面股东和管理层难看的控制权之争。

万幸的是,江上舟临终托付老同学张文义接任董事长,而张文义请到另一位了不起的管理者邱慈云出任 CEO,最终数年完成了中芯国际的凤凰涅槃。

2008 年—2009 年金融危机

把金融危机拿出来单写一章是有原因的,因为这个时期发生的事情是整个内存行业的一个缩影。

2007 年被厂商给予厚望的 Windows Vista 惨败,预期的换机潮没有出现。内存厂商准备的产能一下供大于求了。

2007 年底,内存价格暴跌到前一年的 1/4,这时率先撑不住的是成本最高的厂商,这就是奇梦达。

世间万事一般都不是单一原因造成的,奇梦达的问题还可追溯到当年东芝和 IBM 两大盟友退出技术联盟,这导致奇梦达独自研发沟槽式内存技术 (Trench)。

内存的一个单元简单说由一个三极管和一个电容组成,三极管就是个开关,来决定要不要给电容充电来存储 0 或者 1。那么这个电容如果是在三极管下面挖个沟来存储电子,就叫做沟槽式 (Trench);如果这个电容是在三极管上面叠加,就叫做叠加式 (Stack)。

奇梦达首先碰到了 58 纳米技术瓶颈,刚好 Vista 问题爆发,奇梦达卡在这个节骨眼一下子成本比所有对手都高了。

因为 2007—2008 年所有内存厂商都赔钱,只是看谁赔得快钱先烧光而已。在 2007 年中,奇梦达还手握 7 亿欧元现金,比多半竞争对手都多,但是它烧钱的速度也远快于别家。

2008 年内存价格跌去 7 成,前三季度整个行业亏损 80 亿美元。奇梦达由于现金耗尽被迫廉价出售和南亚合资的华亚科 (Inotera),台塑集团借钱给 Micron 拿下股权。

奇梦达的 Trench 技术有一个优点,就是能耗比更好,这使得它在 2000 年代中期低功耗的 Mobile DRAM 领域占据了一半的市场份额。

可惜,奇梦达没有熬到智能手机爆发,就倒在了战场上。Trench 技术后来被博世半导体继承并在工业界发扬光大。

金融危机如果用大白话说,就是缺钱。市面上没钱在流动。

几乎所有公司都在裁员,也很少有公司购买新的电脑,内存行业真正碰到史无前例的大崩盘。那时内存颗粒比白菜还便宜。

情况最危急的是奇梦达和海力士。

海力士获得了债权人的坚强支持:8000 亿韩元纾困贷款。

德国及葡萄牙政府和英飞凌 (仍 7 成控股奇梦达) 原本达成协议提供 3.25 亿欧元解困资金,但最后时刻英飞凌拒绝出钱,德葡政府认为大股东都不救所以也放弃了奇梦达。

唇亡齿寒的尔必达是最希望和奇梦达联盟的,然而英飞凌的决绝使得尔必达只能独自和群狮共舞。

奇梦达在 2009 年 1 月宣布破产,然而它当时因为不断减产只占约 5% 的市场份额了,整体供大于求的情况并未改观。

3 月份,台湾当局宣布成立台湾记忆体公司,希望整合弱小的台湾公司再引入尔必达技术共同迎战强敌。然而台湾各公司同床异梦,力晶率先不参加,随后南亚和美光拒绝,导致整合流产。

台湾原本计划投入千亿重振雄风,这确实也是天赐良机收购尔必达和美光股权。当时美光 CEO Appleton 也几次拜访台当局请求资金入股,居然也都被拒绝了。

可以说机会稍纵即逝,随着 Windows 7、iPhone 3GS 和各品牌安卓机的在 2009 年下半年的成功发布,内存需求迅速增加,内存厂迎来了 09 年 Q4 的转亏为盈和 2010 年的大赚。

奇梦达破产后的故事还没有结束,破产管理人对英飞凌发起了诉讼,认为英飞凌未尽到义务等。2014 年英飞凌以支付 2.6 亿欧元给奇梦达破产管理人达成和解,并购回奇梦达全部专利。这些专利在 2019 年被授予合肥长鑫,为本土 DRAM 量产扫清了障碍。

浪潮集团当年曾谈判抄底奇梦达,从今天看是个很划算的买卖,但结果最后只买了西安研发中心。奇梦达苏州很先进的封测厂,被苏州园区收购,荒废了多年。

2010 年代

2010 年代的第一年大事是日本尔必达 (Elpida) 的倒下。虽然靠日本政府的《企业再生法》获取 300 亿日元资助熬过了次贷危机,但日元升值和缺乏闪存产品导致 2011 财年 Elipda 巨亏 12 亿美元。

2012 年初 Elpida 宣布破产后,年中被 Micron 以 25 亿美元的低价抄底,并顺手拿走了台湾的 Elpida 合资厂瑞晶电子。

在几年前和奇梦达结盟失败后,又因 Steve Appleton 飞机失事导致和 Micron 结盟失败,只能说 Elpida 也是运气不佳,没熬到下一个景气周期。

美光 (Micron) 的 CEO Steve Appleton 是内存业内一大传奇人物。他三流大学毕业,从时薪不到 $5 的 Micron 夜班工人干起,纯靠勤奋在 34 岁就做到公司 CEO。

Micron 总部所在地 Boise 是一个只有 20 来万人口的小城市,但却是爱达荷州最大的城市,由此可见该州之不发达。

Micron 的朋友说,他们那里出门就是荒山没事干,所以大家都喜欢加班。也许因为这个原因,使得 Micron 成为一家气质独特不可描述的公司。我相信,如果像一家传统美国公司那样,它早就放弃内存业务不会撑到今天了。

Appleton 一生热爱危险运动,包括赛车、冲浪、跳伞和开飞机等。在多次飞机事故侥幸生还后,2012 年 2 月亲驾飞机坠毁结束了了不起的一生。

内存的故事

Micron 官网哀悼 Steve Appleton

“I don’t have any regrets. I have lived a great, great life, and I have experienced so much more than one person should be allowed.” — Steve Appleton (这句话令人动容)

几乎在 Elpida 破产的同时,Hynix 债权人同意把约 20% 股权转给韩国电信巨头 SK Telecom,并改名 SK Hynix。

在被资金折磨了 10 年后,Hynix 终于有了金主展翅高飞。SK Hynix 在 2017 年利润高达 94 亿美元,排名世界半导体第三名,仅次于三星和英特尔。

2010 年代是电子产业巨变的年代。在上个 10 年,内存的主要应用七八成还在电脑。2009 年智能手机从 1.7 亿部暴涨到 2018 年的近 15 亿部,占据了 DRAM 的大概 40%,互联网和云计算的大发展也使得服务器的 DRAM 份额达到约 25%,PC 大概只占了 20%。

NAND 闪存的应用里,大概手机占 40%,SSD 硬盘占 25%,SD 卡等存储卡占 15%。

因此手机行业已经毫无疑问是内存的第一大客户。

手机内存

智能手机里面的内存分三类,低功耗 DRAM(相当于电脑内存);NAND 闪存 (相当于电脑硬盘);NOR 闪存 (类似电脑的 BIOS)。

NOR 闪存

NOR Flash 的使用更像只读 ROM 的一种,特点是写入一次,基本上长期就不改了,相应的可靠性和读取性能就比较重要。

NOR Flash 可以直接挂在数据总线上,这样读取时不需要通过 DRAM,这使得 NOR 上面可以直接运行程序,效率非常高。

NOR Flash 的市场比较广泛,各种嵌入式系统的设备 (比如路由器) 上都需要。

Flash Memory(闪存) 由东芝公司的当时一个低阶工程师舛冈富士雄在 1980 年发明,但东芝开始忽略了它的重要性并任由舛冈在 IEEE 公布其发明。

随后慧眼识珍的英特尔马上投入数百人的团队研发并在 1988 年量产 NOR Flash,可笑的是东芝居然承认 NOR Flash 是英特尔发明的。

舛冈不愧是业界超级大牛,1986 年还发明了 NAND Flash。这使他在将来一定可以得到诺贝尔奖,因为他创造了千亿美元的产业并使得人类的生活天翻地覆。

NOR Flash 因其方便擦写和成本低而逐步替代了早期按字节写入很慢的 EEPROM。

NOR Flash 因为容量只有 NAND Flash 的千分之一甚至更小,因此对半导体制程的要求低很多很多。

NOR 的先驱 Intel 在 2008 年和意法半导体 (STM) 合资成立 Numonyx 等于剥离了 NOR 的业务,此后美光在 2010 年以 12 亿美元收购了 Numonyx。虽然美光在趁机捞便宜方面长盛不衰,但这次收购并不成功,一直不大赚钱导致美光在 2017 年初决心卖掉这个部门。

然而,美光在低端市场的无心恋战以及 AMOLED、智能汽车和无人机等应用火爆导致 2017 年 NOR 的缺货和价格上涨,美光似乎也没那么着急出手了。

1993 年,AMD 和富士通剥离 NOR Flash 部门成立了飞索半导体 (Spansion),经过连年亏损在金融危机的 2009 年宣布破产保护,而后来因市场转好连续盈利居然又成功脱离破产。2014 年最终飞索和赛普拉斯 (Cypress) 合并然后飞索这个名字被弃用。

2018 年台湾华邦和旺宏电子 (Macronix) 的市场份额约各占 1/4,Cypress 约 1/5,而大陆的兆易创新 (GigaDevice) 接近 15%。2017 年中,兆易试图收购工业 DRAM 厂商 ISSI 失败,希望它未来可以靠长鑫的产能挑战王座。

NAND 闪存

NAND 闪存是只有巨头才能逐鹿的战场,00 年代初基本上只有三星和东芝两家大厂份额显著。

印度的 Sanjay Mehrotra 参与创建的 Sandisk 则是一匹黑马。当年 NAND 的主要用途就是在存储卡,因此卡王 Sandisk 和东芝一拍即合。两家强强联手,在 2008 年阻止了三星恶意收购后,在 2010 年代初超越三星成为第一大 NAND 生产商。

内存的故事

2001-2014 年 NAND Flash 市场份额

随着 2016 年传统硬盘公司西部数据 (Western Digital) 在紫光的支持下以 160 亿美元收购 Sandisk,Mehrotra 从 Sandisk 退休并随即加入竞争对手 Micron 任 CEO。

从这个结果看,Mehrotra 本人应该是不喜欢被西数并购的吧。

西数在机械硬盘日暮西山的情况下收购 Sandisk 绝对是孤注一掷,而 Sandisk 和东芝 2013 年分手后也缺乏安全感。然而,他们面对的对手,是在 DRAM 领域拼死搏杀出来的三头巨狮。

2017 年,东芝集团由于核电业务巨亏,为了挽救整个集团不被下市,被迫出售赚钱的芯片业务。今天这个分离的 NAND 厂商被命名为 Kioxia(铠侠)。

随着半导体工艺逼近光学光刻的极限,立体堆叠成为各家的选择,这就是 3D NAND,厂商已经可以堆叠到吓人的 96 层或更高。

Micron 和 Intel 在闪存技术上一直是分分合合,但这两家的份额相对最少的,也是最危险的。两家的新技术 3D XPoint 号称比 NAND 快 1000 倍,但是目前成本高昂,应用也仅限于超高端的服务器。

台湾

台湾的内存产业的故事需要单开一章。多年在全球主要笔记本电脑和 PC 主板都由台湾公司制造垄断的情况下,其内存产业却一波多折。太多的经验和教训,值得大陆的同行汲取。

台湾的半导体产业,最早起步于官方在 70 年代从美国 RCA 购买的技术。随后,1980 年成立的联华电子 (UMC) 就是基于该技术,头 5 年基本上做很低端的芯片。RCA 技术转让团队,成为台湾半导体技术的星星之火,燃起后来整个岛的巨大产业。

1986 年,台湾工研院和飞利浦成立合资公司,就是今天呼风唤雨的台积电。

1989 年,宏碁 (Acer) 和德州仪器 (TI) 成立合资公司德碁 (TI-Acer),是台湾第一家内存 (DRAM) 制造公司。初期日本企业都不愿意转让技术,施振荣最终获得美国 TI 的技术支持,以股权换技术,赢得艰难的起步。

然而,当时内存正在不景气周期,德碁何时能够盈利看起来遥遥无期,八英寸晶圆厂的巨额投入使得资金捉襟见肘。幸运的是,1992 年住友树脂厂爆炸导致内存缺货价格回升,德碁开始扭亏为盈。

然而,TI 并不是 DRAM 行业的领军企业,90 年代中后期排名一直在 6、7 名徘徊,其 DSP 的成功和 DRAM 持续的亏损使得 TI 决心退出 DRAM 领域。TI 将其内存工厂卖给了美光,德碁没有了技术来源,只得把工厂卖给台积电转做代工。正缺产能的台积电也同时获得了数千位有丰富经验的德碁工程师。

台湾最早自主研发做 DRAM 的是世界先进 (Vanguard),但可怜资金仍旧有限,从未进入过前 10 名。其它厂商,多半来自传统行业的投资,没有技术,只得向欧美日寻求合作。例如华新丽华和太平洋电线投资的华邦电子,技术来自东芝和英飞凌;新光百货集团投资的力晶,技术来自三菱;太平洋电线投资的另一家茂矽电子,技术来自 OKI 和西门子;台塑集团投资的南亚科技,技术来自 OKI 和 IBM。

台湾内存厂商,在资金和技术都不占优的情况下,初期多依附于大厂做代工。其中最纠结的是英飞凌、茂矽和南亚三角恋的故事。

1996 年,茂矽 (Mosel Vitelic) 和西门子 (英飞凌前身) 结婚,生子茂德 (Promos)。2002 年前后,茂矽因为缺钱,把茂德抵押给债权人。英飞凌不干了,因为只有 38% 的股份,万一儿子产能归了别人,自己竹篮打水一场空。

隔壁台塑家的千金南亚科技,刚好因 IBM 退出 DRAM 而技术断档,和英飞凌一拍即合,结婚生了华亚科技 (Inotera)。茂德看看自己马上断炊了,一方面赶紧认了韩国 Hynix 做干妈。

Hynix 得到茂德则是最大的渔翁,因为 Hynix 当时根本没钱建 12 寸晶圆厂。茂德导入 Hynix 堆叠技术后,一度 Hynix 联盟的 12 寸厂份额超过了三星,这极大降低了成本,使得 Hynix 实现了舒马赫当初的理想。

2008 年全球金融危机爆发,英飞凌 (奇梦达) 养不起南亚千金小姐了,只得离婚。然后南亚转头就带着华亚科改嫁给了美光,当时市占率已低到只有 10% 美光等于只用十分之一的价格就买到了当时最先进的 12 英寸晶圆厂。2015 年底,美光为了狙击紫光收购,以 1300 亿新台币的史上高价把华亚科完全过继给自己。

台湾厂商中力晶是个另类,没有有钱的老子。早期有三菱投资和技术合作,使得它一直属日系派系。2006 年尔必达 (Elpida) 东山再起后,和力晶合资瑞晶 (Rexchip),这一直是台湾最先进的晶圆厂。

美光收了尔必达后,力晶被迫卖瑞晶给美光来换取技术授权。自此,美光把台湾内存的精华都拿走了,剩下一地鸡毛。

到 2017 年,美韩三大厂的 DRAM 份额超过 95%,而台湾厂商只剩 5% 不到。值得欣慰的是,台湾的晶圆代工业务和封测业务,成为全球第一。华邦和旺宏的 NOR Flash 业务,也做到全球第一。力晶历经 10 年偿债,也终于坚强地从 08 年金融危机的阴影中走出,并很可能成为大陆内存崛起的技术支柱。

汇率问题

回顾完 50 年的故事,似乎内存业的搏杀是比胆量比财力而已。然而,用单一原因解释结果,从来都是媒体玩的把戏。

也许我们不该相信天时或者运气,但它们永远都是不可忽视的因素。日本厂商的衰落和韩国厂商的崛起,以及美德厂商的起伏,背后都有一根红线在挑拨,那就是汇率。

从下图看,韩元的长期贬值是韩国经济的发动机。每次金融危机导致的迅速贬值,都像给出口型的韩国企业打了强心救命针。

内存的故事

1969 年—2018 年三种货币汇率走势图

我同时精心绘制了下图。这是我亲身经历的时刻,因此体会特别深,英飞凌 (奇梦达)、尔必达和海力士三家的命运,似乎不是完全掌握在自己手中。

内存的故事

1996 年—2018 年三种货币汇率走势图

结语

内存战争还远未结束,现在比拼的烧钱量级都是每年数十亿美元以上。结合动荡的国际形势和新的技术革命,未来只会更加激动人心。

在 DRAM 量产 50 年之际,衷心祝愿我们伟大的祖国可以在半导体尖端制造领域上可以迎头赶上,写下新的内存故事。

本文转载自微信公众号:金捷幡(ID:jin-jiefan)

原文链接:
内存的故事 (精华版)

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