合肥长鑫是如何在铜墙铁壁上钻出洞来的?

财经无忌

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· 2020.05.27

“堂吉诃德”的一次胜利。

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合肥长鑫是如何在铜墙铁壁上钻出洞来的?

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图片来源@视觉中国

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文丨财经无忌

动态随机存取存储器(DRAM)是一种半导体存储器,用于计算机处理器中以实现最佳功能。随着云计算的应用场景越来越多,市场对于DRAM的需求正在扩大。

这个市场,向来不是中国企业的舞台,很长的一段时间里,三星电子,SK海力士和美光科技(MU)三家公司占据着95%的市场份额,它们称为“ DRAM Trio”或“ D3”。它们既是高墙,也是铁板。

如今,一丝丝裂缝出现了。

5月14日,合肥长鑫推出了自己的DRAM芯片产品,这被视作中国企业在此领域实现了从0到1的突破。

DRAM芯片退潮记

中国曾经在DRAM领域,尝试过突破。

1993年,“908工程”的主体项目——无锡华晶生产出国内第一块基于2.5um制程工艺的256 Kb DRAM。

但这并不能令人满意。自1990年开始的“908工程”,此时已经投资了20多亿元,但市场化的前景依然模糊,一两块产品的突破,显然不能满足期待。

担心很快成为现实,1997年,无锡华晶总算建成投产,但“建成即落后”的现实和随之而至的金融危机,让它陷入发展瓶颈。

1997年,华晶投产时,韩国的芯片技术,尤其是DRAM技术,已经大幅度领先美国及日本,成为世界第一,推出了0.18um制程工艺的1Gb容量的DRAM。但华晶的技术,正是来自日本。

1998年,无锡华晶与上海华虹签署合作协议,为“909工程”的主体项目上海华虹生产MOS圆片,华晶芯片生产线开始承接上华公司来料加工业务,开始执行100%代工的Foundry模式。 

中国企业第一次主动放弃了在DRAM芯片的追赶与努力,这也意味着,相关技术开始步步落后。尤其是衡量DRAM芯片的两个重要指标制程工艺和容量,更是再无追赶可能。

上海华虹试图追赶,并开始引入日系的DRAM芯片企业NEC。1999年9月,华虹开始量产基于0.35um制程工艺8吋晶圆的64M DRAM芯片,但同样的产品,三星已经在1992年量产。

2001年,NEC没能熬过互联网泡沫,宣布退出DRAM市场,并将半导体部门剥离出来,另外合资成立了尔必达(Elpida)。华虹立刻陷入了困局,不仅是工艺落后,现在连技术源都失去了,此后,华虹开始转型,并于2004年开始晶圆代工,退出了DRAM产业。

 “市场换技术”并没有带动产业链的发展,中国芯片企业,再次尝到了苦果。

同样是2004年,上市后的中芯国际在北京投资建设了中国大陆第一座12吋晶圆厂(Fab 4),并于2006年大规模量产与奇梦达(Qimonda AG)母公司英飞凌(Infineon Technologies)提供的80nm制程工艺的DRAM芯片,同时为奇梦达、尔必达代工生产DRAM芯片,到2008年时,中芯国际在DRAM制造领域,已经获得了大陆30%的市场份额,但是随着与台积电(TSMC)官司的加深,中芯国际被迫放弃DRAM芯片业务。

中国大陆的DRAM芯片从设计到制造,全线衰落。

2008年的金融危机,导致了DRAM芯片行业发生了巨大变化,奇梦达倒闭,尔必达被镁光(Micron)收购,全球DRAM产业,进入到美韩垄断的三星(Samsung)、海力士(Sk Hynix)及镁光的“三巨头”时代。

2013年开始,智能手机行业崛起,DRAM市场迅速扩大,已经掌握了绝对定价权的美韩企业,拉开了DRAM价格一路上涨的大潮。“工厂失火、仓库进水、供电不足”均成为涨价理由。

在2019年中国半导体进口的统计中,DRAM芯片进口金额高达800亿美元,占到了芯片进口总额的一半。

突然杀出一个合肥长鑫

早在2014年6月24日,国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》,将集成电路产业发展上升为国家战略。当年9月24日,国家集成电路产业投资基金(简称“大基金”)成立。

全球半导体产业格局基本确定的情况下,国家牵头,发起冲击。

此时的DRAM市场格局是这样的:三星以45%在市场占有率,占据着绝对地位,海力士29%紧随其后,加上镁光的21%,美韩占据了DRAM市场的95%,剩下的份额,被台湾的南亚和华邦瓜分,中国,从0开始。

2016年,中国储存器迎来了“自建”元年。

2月26日,晋华由福建省电子信息集团、及泉州、晋江两级政府共同出资设立,初期晋华集成与联电开展技术合作,专注于DRAM领域;

6月13日,合肥长鑫由合肥产投牵头成立,主攻DRAM方向;

7月26日,长江存储成立,首个NAND Flash生产线在武汉建设,一期投资240亿美元。

面对一个动辄上百亿元巨额投资、由寡头垄断、市场容量过万亿、年进口总金额超1000亿美元的产业,中国的做法,不仅大胆,而且不再像之前的项目一样,着眼一处。

这种采用多方并进、多点齐投的发展模式,带给了人们不同的思考。

合肥、泉州、武汉+紫光的“三地一企”的投资方式中,合肥是最不被看好的一处,彼时的武汉,已经有紫光的一些公司在运营,他们是武汉新芯、西安国芯等,加上武汉已经争取到“国家储存器基地”项目。

而泉州、晋江两级共建的晋华,和台湾有一衣带水的优势,加上其技术来源是联华电子,更是有一定优势。

但是,最终,是合肥又获得了一个“京东方”。

这个被称为“506项目”在合肥悄然启动了,直到2017年3月9日,这个后来被称为合肥长鑫的项目,都被叫做“506”。

2016年10月17日,项目开始。

2017年3月1日,安徽省《关于印发2017年省级调度项目的通知》发布,合肥长鑫的项目,位列其中。被誉为“战略性新兴产业”的项目是一个12吋晶圆基地,总投资534亿,2017年预计投资35亿,并计划在当年完成调试工作。

很快,合肥长鑫的研发进入到了快车道,当所有人都以为,合肥长鑫会在兆易创新提供的技术基础上开发DRAM芯片时,美国的禁令,给所有人都泼了一盆冷水。

合肥长鑫不得不调整了研发方向,从公开信息看,禁令来临时,合肥长鑫的32层DRAM芯片已经研发完成,64层DRAM芯片则逐步攻破原有技术难点,此后,合肥长鑫调整的研发方向,直接进入64层DRAM芯片的研发,并对原有的架构设计进行了一定程度的调整,以规避可能出现的专利风险。

制程工艺方面,同时进行着两个10nm级方案,分别是1x nm的19nm和1y nm的17nm,分属两个不同的团队同时进行,这与三星等巨头存在差距,但距离不大。

2018年1月,合肥长鑫建成全国最大的单一12吋DRAM芯片晶圆生产产线。7月16日,合肥长鑫召开了一场“控片投片总结会”,宣布正式投产电性片,合肥长鑫是我国三大存储器项目第一个宣布建成投片的项目。

会上,朱一明接过72岁王宁国CEO的位置,他是兆易创新的创始人,此举被认为是合肥长鑫利用朱一明的影响力来进行国际采购和国际合作最重要的一步。

10月22日,朱一明访问欧洲,先是希望从ASML,购买EUV光刻机。随后前往比利时Leuven,拜访IMEC(Interuniversity Microelectronics Centre,微电子研究中心)。

9月21日,2019世界制造业大会制造强国建设专家论坛在合肥召开,合肥长鑫宣布总投资1500亿元的合肥长鑫DRAM芯片自主制造项目投产,将生产国内第一代基于10nm级(19nm)制程工艺的8Gb DDR4内存。

朱一明表示,“投产的8Gb DDR4通过了多个国内外大客户的验证,今年底正式交付,另有一款供移动终端使用的低功耗产品也即将投产。”

到了今年5月14日,京东上架第一个纯国产DDR4内存(采用国产长鑫颗粒)——光威弈系列Pro,这是合肥长鑫的第一个消费级DRAM芯片产品。

在2016年5月立项到2020年5月14日消费级产品上市,短短的五年时间内内,合肥长鑫在元件、光罩、设计、制造和测试领域都积累了许多的技术和经验。

截止到5月19日,公开查询到合肥长鑫的发明专利及授权发明专利超过850项,获得转移专利50余项,在一份“不公布发明人”的转移专利中,我们看到了一份名为“隔离沟槽的填充方法、设备及隔离沟槽的填充结构”的专利,这便是现阶段合肥长鑫DRAM芯片的主要技术之一。

除了自主研发外,合肥长鑫的另一个关键词是“奇梦达”,这是朱一明欧洲之行的另一个成果。

技术是护城河,资金是助推剂

2006年5月1日,由英飞凌半导体部门分拆而成的新内存公司奇梦达成立,并迅速成为全球第二大的DRAM公司、300mm工业的领导者和个人电脑及服务器DRAM产品市场最大的供应商之一。

因2008年次贷危机的影响,奇梦达于2009年1月23日向法院申请破产保护, 4月1日,奇梦达正式进入破产清算程序,这个时候,它的市场占有率依旧高达10%,位列当时全球第五大DRAM芯片供应商。

奇梦达是DRAM芯片技术的另一个流派。

2006年9月18日,奇梦达与南亚(Nanya Technology)合作,宣布推出基于75nm制程工艺的DRAM芯片的全新沟槽式技术(Trench Wordline Technology),这完全不同于三星、海力士和镁光掌握的堆栈式技术(Stacking Wordline Technology)。

沟槽式的意思就是在记忆体上往下挖,以达到更大的储存空间,而堆栈式顾名思义就是在记忆体上面往上堆,以获得更大的存储空间。

沟槽式遇到的技术瓶颈,会比堆栈式的快,显然,奇梦达也发现了这个情况,随后,便开始了新技术的研发。

2008年2月2日,在IEDM2008大会上,奇梦达提交了名为《6F2 buried wordline DRAM cell for 40nm and beyond》的论文,正式提出了基于40nm级(实际是46nm)的埋入式字线技术(Buried Wordline),这是一种基于“沟槽式技术”的技术变种,实现方式类似于堆栈式技术。

这一技术再一次成为了DRAM芯片发展史上的重要技术节点之一,奇梦达重新将DRAM芯片技术定义为“埋入式”和“堆栈式”。

4月22日,奇梦达与华邦(Winbond)签订65nm 埋入式技术DRAM芯片技术移转协议,该项协议的重要内容便是将奇梦达近期发表的埋入式DRAM芯片技术在后期的发展中纳入到华邦以后的生产中,并取代之前的58nm制程技术。此时,基于埋入式技术的46nm制程工艺的开发已经完成,但是,危机已经来临。

8月12日,华邦与奇梦达再次签署协议,不过这次签署的是《无力清偿程序和解合约》,协议显示,梦达公司并同意放弃于其无力清偿程序中得对华邦电子所为之主张,华邦电子也同意不继续参与奇梦达公司之无力清偿程序。

更重要的是,华邦获得了奇梦达遗留的46nm技术,依靠这一技术,华邦在2011年12月开发并量产了46nm的DRAM芯片。之后,由于与尔必达的合作,华邦放弃了DRAM标准件的生产,转入到消费级DRAM产品的持续开发中去,直到2017年6月,华邦才将DRAM芯片提升到38nm,之后再无进展。

2015年6月,英飞凌将手中奇梦达的专利转手打包出售,价格是3000万美元,接手的公司是一家位于加拿大的专利“倒卖”公司,叫Polaris Innovations Limited(北极星公司)。

之后,奇梦达便消失在半导体产业的长河之中,其技术再次面世,已经是在中国。

2019年5月15日,合肥长鑫在上海举办的GSA MEMORY+峰会上,公布了自己的DRAM技术来源,是通过与奇梦达合作,获得了一千多万份与DRAM相关的技术文件(约2.8TB数据),以及16000份专利,具体的合作方式,合肥长鑫方面并没有透露。

这一消息,让人们知道了合肥长鑫的技术来源和风险规避,至少,在专利壁垒和技术门槛极高的半导体行业,手握专利,吃饭不愁。

2019年12月5日,Polaris Innovations Limited的母公司Wi-LAN Inc.将这些专利打包卖给了中国的合肥长鑫,双方均没有披露具体的成交金额。

这些知识产权由12000多个专利组成,包括与DRAM、FLASH存储器、半导体工艺、半导体制造、光刻、封装、半导体电路和存储器接口等相关的技术,其中包括约5000多种美国专利和申请,7000多项国际性专利和申请,这些专利的平均有效期均超过4年,也就是说,基于奇梦达技术专利开发的DRAM芯片,在未来面临的市场风险,会小得多。

到了今年4月27日,合肥长鑫与美国半导体公司蓝铂世(Rambus Inc.)——这也是一家专利“倒卖”公司,签署专利许可协议,合肥长鑫从蓝铂世获得大量DRAM芯片技术专利的实施许可。

专利,成为合肥长鑫自救的手段之一,当然,也不排除有一定的市场风险。

有意思的是,在获得奇梦达技术支持后,合肥长鑫花费25亿美元的研发费用,在重新设计芯片架构后,迅速将奇梦达遗留的46nm技术,提升到10nm级(量产19nm,研发17nm)的水平。

这无疑又一次说明,只有强大的资金实力,才能成为半导体产业的玩家。DRAM行业的三个玩家,无一不是这样发展起来的,尤其是三星和海力士。

在前期强大的资金支持下,通过提供高利润、高附加值的产品,获得利润后,大规模投入到新技术、新产品的开发中去,然后再迅速推出新产品,获得极大的竞争优势,完成了良性循环。

三星如此、台积电如此、英特尔如此、高通如此、华为如此,每一个芯片行业的玩家,都是从技术研发、资金支持走过来的,当专利越来越集中、市场越来越集中的情况下,新进入者的门槛越来越高,法律风险越来越大,面对高科技的冲击就越来越小心。

因此,新进入者们,实际上最先考虑应该是,如何能活下来,生存,才是他们最大的挑战。

截止到发文时,合肥长鑫前期投资已经超过500亿,而且还在源源不断的投资中,仅仅是46nm提升到10nm级,就花费了25亿美元,以今天的汇率来看,早就超过了一期的计划投资180亿元人民币,而后期的16nm/14nm/12nm,64层/128层的研发,还不知道会花多少钱,规划中的二期项目,更是追赶路上要用钱堆出来的项目。

只有国家意志的投入,才可能有高科技的产出,这种不计回收的投资,也只有举国之力才可能完成。

追吧,追吧,目标就在眼前了

在合肥长鑫最新公布的产能计划中,在2020Q1已经达到4万片/月。到年底一期二阶段投产后,计划能达到8万片/月。到2021年Q1时,一期工程达到满产,月产能12万片,基本上能达到我国市场的3%,这是从0开始的极大进步。

在2019年9月20日的中国制造业大会上,合肥长鑫公布了其技术发展计划。长鑫通过授权获得了奇梦达曾经的的埋入式字线相关技术,并借助从全球招揽的人才和先进制造装备,把奇梦达的46nm平稳推进到了10nm级。

与此同时,合肥长鑫也已经开始了HKMG、EUV和GAA等新技术的研发,这些技术研发的每一步,都是对国外先进技术的追赶。

有意思的是,在未来的发展中,这几个方向,也是三巨头着力发展的方向,合肥长鑫的基调,基本上就是试图在1y nm/128层时追赶上三巨头。

而且,在市场上,国际大厂在市场上围剿中国公司突破垄断产业时的杀手锏——价格战,在搭载合肥长鑫DRAM芯片产品上线后,就开始上演。

比如长达700多天没有出现过降价的金士顿内存,在光威弈系列Pro上架后,就出现了降价促销的情况,虽然这本身就是一个商家的“促销行为”,但是这不得不被深受其害的中国好事者们乐道,而且,他的价格很有针对性,光威中国芯内存不是卖218吗,我卖215。

追赶、厮杀、超越,无数中国企业曾经践行过的道路,正在半导体行业中上演。

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    rambus都沦为专利倒卖公司了?

    2020-05-27 12:49 via android

Oh! no

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