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台灣記憶體產業將風雲再起
5G與AI帶來數據時代

【作者: 籃貫銘】   2020年01月30日 星期四

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台灣記憶體產業追美趕韓的時機到了嗎?可能沒有多少人想過,台灣的記憶體產業也許可以有機會,站上國際領先的位置,而且不是代工,是在技術與應用上。這並不是妄想,而是正在進行式。台灣的記憶體廠業在經過多年的洗鍊後,已經具備了挑戰領先者的實力,再加上5G與AI等新應用的助力,可能真的有機會變成產業的領先者。


趕在2019年結束前,台灣兩家主要的記憶體供應商,旺宏電子與華邦電子,不約而同的通過了新一波的資本支出。雙方將自接下來的數年內,全力發展新一波的產能與技術,強化在記憶體市場的競爭力。


5G為利基型DRAM與MCP帶來新契機

儘管因為DRAM市場價格因素,華邦延後了高雄12吋廠的裝機時間,但看好2020年記憶體市場復甦,因此決定先行優化中科12吋廠的產能與製程。


依據華邦電子最新公告的資本支出預算,華邦將支出約4.96億元台幣,用於購買中科12吋廠新製程研發設備,目標為提升20奈米的DRAM製程技術;若再加上去年10月通過的擴產支出11.88億台幣,華邦將自明年起投入超過15億台幣,用來提高中科廠的製程技術與產能。


但對照目前國際大廠的製程技術,華邦正在發展的20奈米技術,仍是落後最先進的技術約1~2世代。例如美光(Micron)、海力士(SK Hynix)與三星(Samsung)其最先進的製程皆達10奈米。


不過華邦電子自從2007年之後,就轉為以生產利基型DRAM和NOR Flash記憶體為主,並開始專注於自有技術的研發。因此其目前的技術與產品皆是自有,雖然在微縮製程上不見得突出,但在獲利率上則較以往更具競爭力。


且所謂的利基型(Specialty)DRAM,更是目前的當紅炸子雞,尤其是在物聯網與人工智慧的趨勢下,許多的裝置都需要有數據儲存與運算的需求。這類的裝置都不屬於PC規格的標準品,需要更多的客製化規格,因此華邦的產品就顯得非常有競爭力。


另一方面,物聯網結合AI的AIoT架構所帶來的趨勢,不僅只是對記憶體的「量」需求增加,也有更高的晶片整合需求,也就是目前正持續發酵的「異質整合」設計。由於AIoT裝置都有聯網的需要,同時也需要兼具運算與儲存的功能,因此把數個功能堆疊在一起的多晶片封裝(MCP)技術,就漸受到重視。記憶體晶片也同樣如此。


由於華邦不僅供應DRAM晶片,也具備NOR Flash和NAND Flash晶片的製造能力,近期也持續提高在MCP產品的客製化能力,包含整合低功耗DRAM與NAND Flash,以及整合NOR與NAND Flash,突顯其在5G時代的競爭能力。


站穩NOR Flash市場 挑戰3D NAND領先者

同樣走過記憶體市場大起大跌的旺宏電子,今年也大動作的投入資本支出。該公司預計自今年起,陸續共投入約87億台幣的金額,用來添購3D NAND快閃記憶體的製造與研發設備。依據旺宏的規劃,今年下半年就會量產48層3D NAND Flash,2021年量產96層,2022年則推進至192層。而目前旺宏的製程技術已達到19奈米。


不同於華邦仍布局DRAM市場,旺宏電子則是專門提供非揮發性記憶體的解決方案,旗下產品包含唯讀記憶體(ROM),以及NOR和NAND快閃記憶體,也提供MCP的產品。



圖一 : 5G為利基型DRAM市場帶來新契機,整合了NAND與DRAM的MCP漸受重視。(source:華邦)
圖一 : 5G為利基型DRAM市場帶來新契機,整合了NAND與DRAM的MCP漸受重視。(source:華邦)

由於也經歷數次的記憶體產業低潮,因此旺宏過往也不在高產量的市場上著墨太多,重心放在工業等垂直應用市場。這些領域的產量要求不是特別大,又相對重視穩定度與耐用性,正是旺宏的利基所在。以NOR Flash為例,旺宏就專注於序列式SPI傳輸,因其針腳較少,體積較小,較受現代嵌入式設計的青睞。


此外,過往的裝置不會用到太高容量的NOR Flash,但在5G與AI等新技術的帶動下,高容量的NOR Flash應用已逐漸浮現,於是具備生產中高容量NOR Flash的旺宏就順勢成為產業首選。以5G的基地台為例,其所需要的NOR Flash容量就是GB等級起跳,單一個基地台就需要1~2GB,而目前市場能夠提供此容量的供應商並不多,亞洲只有台灣的旺宏有能力。


而如前述,隨著AIoT應用時代的來臨,整合型的記憶體晶片是更具市場價值,也是未來的裝置設計主流,因此除了提供NOR Flash記憶體,NAND產品也必須要跟上。所以旺宏也將研發火力轉往競爭強度更高的NAND Flash產品上,其目標就是追上國際大廠的3D NAND Flash技術。



圖二 : 在列強者盤據的NAND市場上,旺宏起步較慢,但將迎頭趕上。
圖二 : 在列強者盤據的NAND市場上,旺宏起步較慢,但將迎頭趕上。

但對照目前全球的NAND Flash記憶體大廠的技術進程,主要的供應商多在2015年時就已將2D NAND記憶體的微縮製程,推進至16奈米甚至是15奈米,但這個規格一直停滯至2019年;而在3D NAND的部分,則是達到20奈米,堆疊為32層。而到2020年,將會達到128層。


所以從微縮製程的觀點,台灣的業者並沒有落居下風,只有在堆疊的層數上,落後了主要大廠約1~2個世代。然而堆疊層數代表什麼?主要又應用在哪些領域?


首先,3D結構的興起,就是要克服體積與容量的限制,必須在有限的空間內,提供更高的儲存容量,以滿足終端產品對於持續高漲的儲存與運算需求。尤其是在目前以數據應用為核心的時代,速度夠快、容量夠大、體積夠小的儲存解決方案才是上上之選。


也因此,越多的層數堆疊,意味著更大的儲存容量,對於追求儲存容量的應用來說,就顯得非常有利,尤其是體積的限制可能永遠存在的前提下。



圖三 : 隨著AIoT應用時代的來臨,整合型的記憶體晶片是更具市場價值,也是未來的裝置設計主流。
圖三 : 隨著AIoT應用時代的來臨,整合型的記憶體晶片是更具市場價值,也是未來的裝置設計主流。

目前128層堆疊的NAND Flash記憶體,主要皆是作為固態硬碟(SSD)使用,它們的容量都是以TB等級來發展,因此主要的應用領域會是在PC平台、企業儲存和資料中心等。而到了2021年之後,堆疊的層數預計會達到192層,單一產品的起始容量又會往上跳一級。


然而更多的堆疊與更複雜的結構,代表著更多的雜訊與更不穩定的電子訊號,反應在產品上,就是可靠度與耐用度的挑戰,這也是為什麼工業級的產品比較導入3D NAND的產品。


但旺宏在3D NAND Flash技術上已著墨許久,擁有超過2400個專利,並在雜訊與可靠度上有著領先的優勢,因此儘管目前不見得有高容量的優勢,但從實際的應用角度與整體的產品線搭配來看,旺宏所擁有的技術質量反而是更具競爭力。


結語

從系統的觀點來看,記憶體無疑是不可或缺的核心元件,因此無論哪種電子裝置,一定都有使用到記憶體的機會,尤其是目前以數據為核心的AIoT時代,記憶體更扮演著實現智慧應用的關鍵角色。


而華邦與旺宏這兩家都已三十而立的台灣記憶體商,在市場與技術都已兼具的情況下,未來預料將有很好的發展機會。尤其這兩家業者都經歷過記憶體產業的大風大浪,在企業的體質與經營的思維上,都已非常沉穩與務實,更是他們日後發展的良好基石。


接下來他們將要直接與國際大廠進行競爭,而這勢必是一場硬仗,但有著上述的條件,以及台灣本土的半導體與ICT的產業鏈優勢,相信台灣記憶體的出頭天是有實現的一天。


*註華邦成立於1987年;旺宏成立於1989年。


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