物联网对存储器提出了哪些“要求”,从设计到标准,国产存储器“忙”得过来吗?

微观人 2022-09-29
2861 字丨阅读本文需 7 分钟

说起半导体,存储器是必不能绕过的重要组成。

据知名分析机构Gartner统计,2021年全球半导体收入同比增长26.3%,总计5950亿美元。和过去一样,存储器又一如既往地成为了半导体最大的营收贡献来源。数据显示,得益于DRAM的强劲增长势头,整个存储市场的营收同比增长了33.2%。这使得存储在半导体总营收占比达到 27.9%,约合1660亿美元。Gartner预测,2022年存储在整个半导体市场的营收占比将进一步提升到31.4%。

毋庸置疑,智能手机、PC和数据中心这些主流应用将是未来存储成长的基本面,此外,近年来备受关注的物联网也必将成为存储未来不可忽略的因素。这个被半导体产业寄予厚望的应用在带来新机遇的同时,也给产业带来新挑战。

2022年值得关注的物联网趋势

如今,万物互联已经成为时代主流,物联网市场规模逐年爬坡,预计2027年将高达1230亿美元,年复合增长率为37%。同样,物联网设备的数量也在持续高速增长,预计将从2019年的100亿台跃升至2025年的310亿台,年复合成长率高达17%。

而随着物联网设备的不断增加,人们会越来越多地需要AI协助我们进行物联网设备的数据分析。针对工业应用,企业可以通过AI分析进行数据优化,以降低成本、缩短学习曲线、大幅提高生产效率。

同时,物联网还将医疗保健与病患的需求串联起来。在新冠疫情仍没结束的当下,物联网可以通过避免面对面的接触,减少病患与医护人员感染的风险。此外,还可以节省病患等待的时间,加速医疗过程。远程医疗的需求越来越大,数据显示,使用远程医疗服务的人次从2020年的3600万增长到2021年底的10亿人次,远程医疗势必将在未来几年占据市场主流,彻底改变人们的就医习惯。

全球的供应链管理也随着物联网发展得到升级。制造商和物流公司可通过物联网直接追踪、监控每笔货物的当前位置;一旦发现问题,可以立即修正,避免不必要的疏漏,进一步减少等待的时间。

但随着网络连接的日渐发达,物联网设备面临的黑客威胁也呈指数级增长,如何有效地保护网络安全和数据隐私自然成为了业界关注的焦点。物联网设备存储着大量的个人信息或企业机密,一旦泄露或遗失,个人及企业将面临难以预料的风险和损失。因此,在未来产品规划设计时,必须要重点考虑物联网设备的安全问题。

物联网应用诞生的存储器新需求

物联网主要由智能城市、智能家居、智能汽车、智能农业、健康监测等十类主流应用组成,正在全方位改变人们的生活。但随着人们对智能生活的要求越来越高,物联网设备也必须随之升级以满足应用需求。而作为保存物联网信息的主要载体,存储也聚焦了所有人的目光。低成本、高可靠度、低电压、低功耗、以及更高的系统安全性成为了存储选择的重点考察因素。

1. 低成本和高可靠度

众所周知,物联网必须配备足够多的联网设备才能实现万物互联因此,物联网对单位成本的要求非常严苛。此外,几乎所有物联网设备的应用都极为贴近用户,或需要长时间不断电地进行使用,这就要求产品的可靠度要足够高,以避免在关键时候发生故障,造成无法挽回的损失。

2. 低电压和低功耗

物联网设备大多应用在不插电的产品上,单纯依靠电池进行长期且持续性的功能使用和数据传输。这就要求终端设备搭载的物联网芯片必须使用更低的电压,以降低功耗,从而延长产品的使用时间并减少电池的损耗与更换周期。

3. 更高的系统安全性

物联网设备大多需要24小时不间断联网,被黑客侵入的可能性也随之提高。因此保护设备存储的信息,使其免受黑客攻击以避免个人资料或企业机密的泄露十分重要,系统安全性也成为了产品设计考量时的重中之重。

政策推动国产替代潮的兴起

国家正在积极引导半导体产业,并对此颁发了一系列优惠政策。

从2014年的《国家集成电路产业发展推进纲要》,并于同年设立了国家集成电路产业投资基金一期,力图激发企业活力和创造力,突破集成电路关键装备和材料瓶颈,带动产业链协同可持续发展,实现集成电路产业跨越式发展。

2015年,《中国制造2025》将集成电路产业列为10大战略发展产业的首位,要求着力提升集成电路设计水平,突破关系国家信息与网络安全及电子整机产业发展的核心通用芯片,提升国产芯片的应用适配能力。

2017年,国家集成电路产业投资基金二期成立,重点布局国家战略和新兴行业,进一步推动投融资与产业发展形成合力。

2020年,《关于新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》,制定出台财税、投融资、研究开发、进出口、人才、知识产权、市场应用、国际合作等八方面财政措施。

在以上重点政策的支持下,国产替代被推到了显眼的位置。

新兴领域存储需求旺盛

存储器是半导体的重要分类,前者占据了后者约1/3的市场份额。据WSTS预测,到2022年,全球半导体存储器市场份额将达到1554.58亿美元,占全球半导体市场规模比例为25.34%。另据IDC预测,全球数据存储需求总量将从2019年的41ZB增长至2025年的175ZB,期间的增幅将超过4倍。

存储器在3C(计算机、通讯、消费电子产品)产品中应用最多,可细分为五个市场。

第一,5G基站。5G可归类在通讯领域,它的工作环境恶劣,且需全天候工作。比如,5G基站的BBU(基带处理单元)和AAU(有源天线单元))上,都有导入高性能、高可靠性SLC NAND Flash。

第二,汽车电子。汽车的仪表盘、ADAS、充电桩、V2X等系统或部件,都需要小容量的存储器件来存储数据,目前一些存储供应商的NOR Flash和NAND Flash已经应用到车规市场。

第三,物联网。近几年来,物联网对小容量存储器需求大,除了物联网MCU之外,随着穿戴市场的兴起,蓝牙耳机、智能手环/手表均有存储数据的需求,推动了NOR Flash和NAND Flash的发展。

第四,大数据中心。大数据中心会使用大容量的存储器来存储海量的数据。

第五,人工智能。人工智能一般也会使用大容量存储器,该技术对先进存储器的发展有推进作用。

再观察国内存储器供应商信息。对比国外存储器供应商,比如三星、SK海力士、美光等大厂,它们都采用IDM模式,这与它们的公司演进有关,可能部分封测环节可选择代工,但主要的生产制造掌握在自己手里。由于国内存储行业的发展时间较短,有许多存储企业还处于Fabless阶段,包括了兆易创新、东芯半导体等。

危中带机,国际大厂远近各有布局

受市场需求不振影响,存储器大厂纷纷缩减了短期内的资本支出计划。美光科技便计划减少今年在新工厂和新设备上的资本支出,预计资本支出将较上年同期下降。SK海力士和西部数据也释放消极信号,由于面临下行周期,客户需求增长将放缓。但是存储厂商仍然看好产业的长期发展前景。美光科技虽然减少短期资本支出,却于日前宣布将在10年内,分阶段投资400亿美元建设先进存储芯片制造工厂。可见,存储大厂对长期布局仍持积极态度。

此外,在技术研发上,几大存储厂商也是互不相让。三星电子近日表示,将在年内发布236层NAND闪存产品。此前,SK海力士也宣布完成238层产品的开发,美光科技也宣布开发出232层NAND闪存产品。3D NAND可以在一块平面上进行立体堆叠,为闪存提供了更大的存储空间,层数越高,容量也就越大,向更高层数扩增,成为3D NAND技术发展的大势所趋。

升级更快的接口速度也是存储厂商推进产品升级换代,应对下行周期市场竞争的重要手段。日前,三星电子降低4Gb DDR4 芯片的价格,推动行业从DDR3向DDR4过渡。目前许多消费电子产品中仍然较广泛地采用DDR3。三星电子此举将加快DDR3的淘汰进程,加快产品升级。业界预计三星电子还有可能提高新一代闪存V8-NAND的接口速度,以适应UFS 4.0闪存标准的发布。

再观察国内存储器供应商信息。对比国外存储器供应商,比如三星、SK海力士、美光等大厂,它们都采用IDM模式,这与它们的公司演进有关,可能部分封测环节可选择代工,但主要的生产制造掌握在自己手里。由于国内存储行业的发展时间较短,有许多存储企业还处于Fabless阶段,包括了兆易创新、东芯半导体等。

文章来源: 国际电子商情,响指观察,中国电子报

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