出品：科創(chuàng)板日報(bào)
作者：吳凡
從1920年末IBM發(fā)明出一種 “高密度存儲設(shè)備”的80列打孔卡，到1980年閃存存儲器的問世，短短60年的時(shí)間，存儲器就已經(jīng)歷經(jīng)了多種形式的迭代。
伴隨近年智能手機(jī)、云服務(wù)等市場對存儲器的強(qiáng)勁需求，存儲器市場在2017年迎來爆發(fā)，成為IC最大細(xì)分領(lǐng)域，目前已形成了一個主要由DRAM與NAND Flash以及NOR Flash組成的超過1600億美元的市場。
但現(xiàn)階段存儲器在發(fā)展過程中，也逐漸面臨一些無法逾越的技術(shù)鴻溝，比如傳統(tǒng)存儲介質(zhì)與內(nèi)存介質(zhì)在速度、功耗和密度的巨大差距；另外其共性問題還在于都面臨著制程持續(xù)微縮的物理極限。能夠突破性能與技術(shù)瓶頸的第四代存儲器（又稱“新型存儲器”）逐漸受到市場的關(guān)注。
在此背景下，一家專注于ReRAM領(lǐng)域的新型半導(dǎo)體存儲技術(shù)公司昕原半導(dǎo)體（上海）有限公司（下稱“盺原半導(dǎo)體”），在上海成立，并發(fā)展迅速。這是一家集核心技術(shù)、工藝制程、芯片設(shè)計(jì)、IP授權(quán)和生產(chǎn)服務(wù)于一體的新型IDM公司。公司由張可博士和張翔先生聯(lián)合創(chuàng)立。在公司成立的第二年，即獲得由上海聯(lián)和投資、聯(lián)新資本、聯(lián)升創(chuàng)投、昆橋資本組成的戰(zhàn)略融資。公司歷史股東還包括KPCB、北極光創(chuàng)投、賽富亞洲、寬帶資本、元禾谷風(fēng)等知名基金。
昕原半導(dǎo)體聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO張翔向《科創(chuàng)板日報(bào)》記者透露，公司去年研發(fā)的一顆基于ReRAM存儲技術(shù)的芯片目前已在回片階段，今年下半年將可以出貨，該款芯片主要是利用了公司新型存儲ReRAM的安全特性和存儲特性，主要應(yīng)用于防偽認(rèn)證，也應(yīng)用于移動設(shè)備的各種配件、家電、電子煙等AIoT的廣大市場，目前已與行業(yè)內(nèi)頭部廠商達(dá)成合作意向。
第4代存儲器已經(jīng)經(jīng)過10年的發(fā)展，張翔認(rèn)為，未來5年將會進(jìn)入爆發(fā)期，存儲器的市場格局將發(fā)生改變。
特點(diǎn)鮮明的新型存儲器
存儲芯片根據(jù)斷電后存儲的信息是否留存分為易失性存儲芯片：DRAM/SRAM與非易失性存儲芯片：NAND Flash/ NOR Flash。其中DRAM和NAND Flash兩類占存儲市場的95%以上。
DRAM的技術(shù)發(fā)展路徑主要以提升制程來提高存儲密度，雖然微處理器的工藝已經(jīng)到了5nm節(jié)點(diǎn)，但DRAM仍然停留在20nm和10nm節(jié)點(diǎn)之間，目前不論是美光、海力士還是三星電子，其DRAM產(chǎn)品的最高制程為1znm（約12-14nm），而理論上，10nm是DRAM的極限。
與之相比，NAND Flash廣泛應(yīng)用于SSD存儲單元，銷售額占存儲芯片比重約42%，僅次于DRAM，其特點(diǎn)是具有較高的密度，但是讀寫速度不及DRAM。而對于近年因5G、電動車、TWS等應(yīng)用而拉動需求增長的NOR Flash而言，其不僅寫性能較慢，且無法做到較高的密度。
由于DRAM和NAND Flash以及NOR Flash本身物理特性的限制，單純依靠改良現(xiàn)有的存儲器很難突破性能與密度的瓶頸，而新型存儲器提供了解決路徑。
“大體而言，新型存儲器具有兩大特點(diǎn)，以應(yīng)用場景數(shù)據(jù)中心為例，首先，新型存儲器在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，其讀寫速度與DRAM一樣快同時(shí)提供更高的存儲密度，第二，所有的新型存儲器都是掉電后數(shù)據(jù)還保存（非易失性），新型存儲器應(yīng)用后，一個數(shù)據(jù)中心性能會大幅提升，而能耗上會降低30%左右”，張翔向《科創(chuàng)板日報(bào)》記者描述。
基于新型存儲器的性能優(yōu)勢，張翔認(rèn)為，從自身的性能、耗電量等角度考慮，未來只要做數(shù)據(jù)中心，肯定會選擇這條（新型存儲器）發(fā)展道路做為現(xiàn)行存儲配置的補(bǔ)充，“目前已經(jīng)有很多公司找到我們表達(dá)出對新型存儲器的需求”。
未來行業(yè)格局或?qū)⒏膶?/strong>
除了在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用外，新型存儲器在云端、在IOT側(cè)、車規(guī)、AI領(lǐng)域等方向亦有很多的應(yīng)用。
其中在AI領(lǐng)域，傳統(tǒng)馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)從處理單元外的存儲器提取，處理完之后在寫回存儲器。而現(xiàn)有AI芯片由于運(yùn)算部件和存儲部件存在速度差異，當(dāng)運(yùn)算能力達(dá)到一定程度，由于訪問存儲器的速度無法跟上運(yùn)算部件消耗數(shù)據(jù)的速度，再增加運(yùn)算部件也無法得到充分利用，即形成所謂的馮·諾伊曼“瓶頸”，即“內(nèi)存墻”問題。
而存內(nèi)計(jì)算則可以解決上述問題，其把計(jì)算嵌入到內(nèi)存里面去，這樣內(nèi)存就不僅僅是一個存儲器，同時(shí)還完成了計(jì)算任務(wù)。存算一體大大減少了計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)存取的耗費(fèi)，“實(shí)際上存內(nèi)計(jì)算要解決的最重要的事情就是性能和耗電，也就是能耗比”，張翔講到。
對于存內(nèi)計(jì)算而言，存儲器的特性往往決定了存內(nèi)計(jì)算的效率，因此當(dāng)帶有新特性的存儲器出現(xiàn)時(shí)，往往會帶動存內(nèi)計(jì)算的發(fā)展。通過存儲與計(jì)算融合，減少數(shù)據(jù)的中間搬移，從而提升整個AI芯片的能效，打破存儲墻問題。
記者了解到，昕原半導(dǎo)體主要聚焦于新型存儲行業(yè)中的ReRAM（阻變存儲器）賽道，目前，昕原在會提供三類存儲產(chǎn)品：低密度存儲產(chǎn)品，中密度存儲產(chǎn)品，高密度存儲產(chǎn)品。公司業(yè)務(wù)則主要面向四大領(lǐng)域：數(shù)據(jù)中心、存儲顆粒、AI存內(nèi)計(jì)算以及IoT芯片安全領(lǐng)域。
張翔透露，昕原半導(dǎo)體已完成業(yè)界首款28nm制程ReRAM芯片流片成功，即將于今年下半年量產(chǎn)，該芯片將應(yīng)用IoT芯片安全領(lǐng)域，包括電子煙、電池、快充等需要身份認(rèn)證芯片的產(chǎn)業(yè)；對于存內(nèi)計(jì)算領(lǐng)域則會采取IP授權(quán)的方式；而在存儲顆粒市場則面對與部分傳統(tǒng)存儲器的直接競爭。
張翔表示，公司的低、中密度存儲產(chǎn)品會與代工廠合作生產(chǎn)，或者自產(chǎn)，其中中密度存儲產(chǎn)品相比NOR Flash，在性能、密度、成本上均有優(yōu)勢；而高密度存儲產(chǎn)品，在性能、成本、密度上與SLC NAND產(chǎn)品相比占優(yōu)。這也意味著，隨著新型存儲器產(chǎn)品的逐漸成熟，存儲器行業(yè)的現(xiàn)有格局將在未來被改寫。
擁有世界上首個ReRAM量產(chǎn)線
值得注意的是，新型存儲器除了ReRAM種類外，還包括相變存儲器(PCM)、磁變存儲器(MRAM)、鐵電存儲器（FRAM），與前述新型存儲器品種相比，RERAM的優(yōu)勢體現(xiàn)在何處？
張翔介紹，ReRAM讀寫速度優(yōu)于傳統(tǒng)存儲器，但要慢于MRAM和FRAM，同時(shí)ReRAM的讀寫次數(shù)約在100萬次左右，較傳統(tǒng)存儲器有數(shù)量級的增加，但少于MRAM的讀寫次數(shù)，“ReRAM的優(yōu)點(diǎn)則非常明顯，首先在密度方面，ReRAM的密度可以做到很高”。
其實(shí)，據(jù)了解，從成本方面看，MRAM由于材料的復(fù)雜性、密度瓶頸等特性，其成本會較高。而PCRAM的特點(diǎn)則在于密度可以做到與ReRAM相同水平，但PCRAM讀的速度會遜于ReRAM，同時(shí)其與ReRAM最大的區(qū)別在于，由于工藝制程較為復(fù)雜，因此PCRAM的良率有待提升。
有行業(yè)人士透露，昕原半導(dǎo)體與代工廠合作開發(fā)的ReRAM的良率已經(jīng)達(dá)到70%，未來良率將接近90%。
另外，F(xiàn)RAM則與MRAM的性能較為類似，但其讀寫速度要優(yōu)于MRAM，且可以保持較低的功耗，F(xiàn)RAM的劣勢則在于，其成本比MRAM還要高，“所以它可以應(yīng)用于一些非常特殊的市場，比如助聽器市場”。
張翔認(rèn)為，總體來看，與其他新型存儲器相比，密度和相應(yīng)的成本將會是ReRAM的最大優(yōu)勢。
《科創(chuàng)板日報(bào)》記者了解到，在ReRAM的賽道上，昕原半導(dǎo)體擁有10年的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)。公司與全球頭部的FAB有多年的工藝制程開發(fā)合作，并且是第一個做到28nm商用量產(chǎn)的公司。
此外，昕原半導(dǎo)體采取的是新型IDM的模式，公司是世界上首個擁有ReRAM后道量產(chǎn)線的新型存儲創(chuàng)業(yè)公司。
事實(shí)上，在當(dāng)下全球芯片緊缺的大背景下，采取IDM模式的芯片廠商正凸顯其優(yōu)勢。對于昕原半導(dǎo)體而言，由于擁有自主后道量產(chǎn)線，在生產(chǎn)規(guī)模上，即避免了對FAB的完全依賴，同時(shí)又可以契合FAB已有的工藝產(chǎn)線，可以做到快速匹配生產(chǎn)；同時(shí)公司也極大縮短了產(chǎn)品開發(fā)和迭代的周期；而在投資規(guī)模上，由于僅進(jìn)行后道工藝的生產(chǎn)，投資規(guī)模整體可控，并可分階段地提升產(chǎn)能，“目前公司跟一個代工廠合作的產(chǎn)能，在最低設(shè)備情況下，能達(dá)到2000片/月，在IDM工廠建成后，公司產(chǎn)能將達(dá)到30000片/月”。張翔講到。
張翔表示，新型存儲器未來的應(yīng)用領(lǐng)域會非常廣泛，“在未來可預(yù)見的市場中，存儲器產(chǎn)品將是公司收入最高的一項(xiàng)業(yè)務(wù)，另外公司的AI業(yè)務(wù)將會增長的非?？?，昕原希望在未來做到中國最好、最強(qiáng)的新型存儲器公司”。
