大数据存储发展报告(大数据时代迎来新挑战)

前言

随着物联网、云计算、大数据等技术的飞速发展,人类正从一个“信息时代”迈入另一个“数据时代”。为了更好地管理这些丰富且庞大的数据资产,对存储芯片提出了更高要求。

大数据时代,存储的重要性

据统计,现在一个人一天可能产生的数据大概是1GB,但一辆无人驾驶汽车一天产生的数据量是4000GB,是前者的4千倍。

从2018年开始,我们看到机器产生的数据已经超过了人类产生的数据,这是人类历史上的第一次。预计到2022年,机器产生的数据将会是人类产生的数据的9倍之多。

而所有的数据,包括无人车、智慧城市、智能家居等所有机器产生的数据都要从终端、边缘,通过各层传输、计算到云端、大数据中心,然后再计算,最终返回到终端,所有过程都需要巨大的计算能力。现有的计算架构已经无法满足进一步发展的需要,于是我们更多的关注存储的发展。

大数据存储发展报告(大数据时代迎来新挑战)(1)

图源:360图片

1966 年动态随机存取存储器(DRAM)问世,存储器进入半导体时代,最早单颗裸片(Die)容量为 1kb,如今已达16Gb 及以上。直到 1980 年,东芝发明了闪存 (Flash),此后90年代,先后出现了 USB、SD 卡等多种 Flash 应用。2008 年,3D 闪存(NAND)技术萌芽,到2014年正式商用量产。

由此看,半导体存储器发展已有55年,其中 DRAM 发展已有55年,Flash 发展已有 40 年,由于2D NAND和 3D NAND 技术差别巨大,实际上3D NAND 发展历史仅仅十余年,技术成熟度远不如DRAM。

一般来说,半导体存储器可分为两类:易失性存储器和非易失性存储器。其中,“易失性存储器”是指断电以后,内存信息流失的存储器,例如 DRAM(动态随机存取存储器),包括电脑中的内存条。而“非易失性存储器”是指断电之后,内存信息仍然存在的存储器,主要有 NOR Flash 和 NAND Flash 两种,具有体积小、存储速度快等特点。

大数据存储发展报告(大数据时代迎来新挑战)(2)

图源:智东西

存储芯片的必要性在于其大而重要。“大”体现在其市场规模足够大,约占半导体总体市场的三分之一,在内存、消费电子、智能终端等领域均有应用;“重要”体现在存储芯片是电子系统的粮仓,数据的载体,关乎数据的安全。随着进入云计算、大数据时代,存储芯片已经成为关系到下一代信息技术成败的战略性新兴产业,存储芯片关乎国家的信息安全,信息技术产业链安全,乃至未来更高阶的人工智能的发展。

以行军打仗作比喻,发展存储芯片可谓是兵马未动,粮草先行。

国产化“存储芯片”逐步崛起

中国大陆是存储芯片的消耗大国,我国每年芯片进口逾3000亿美元,其中存储芯片占30%以上,消耗了全球接近50%的存储器产能。但如此巨大的国内市场,却面临多重困难和挑战。

第一,强大的算力、超摩尔定律技术挑战、过高的成本,以上因素对存储芯片提出了更高的要求,也使得其实现大规模量产成为了一大难题。

第二,中国大陆存储芯片产业遭受到美国政府的组合拳精准封锁打击。美国商务部(BIS)发布禁止美国供应商向中国大陆生产DRAM和3D NAND存储芯片的厂商提供生产设备等一系列政策。

第三,中国大陆存储芯片相关技术积累薄弱,自给能力不到一成,国产化很低。

大数据存储发展报告(大数据时代迎来新挑战)(3)

图源:网络

基于自主可控的政策需求下,中国大陆迎难而上,开启对存储芯片的战略布局。例如,长江存储、晋华、长鑫等国内企业在技术上不断取得突破,为“中国芯”贡献自己的力量。

国产化“存储芯片”开始逐步崛起,颇有成效。2018年8月,长江存储发布了Xtacking技术,在闪存技术架构上成功实现突破性创新。2020年,长江存储已经实现128层的NAND量产,与三星等国外大厂已没有代差。2021年,长江存储占全球市场份额约5%,仅次于三星、SK海力士、Kioxia、西部数据和美光,成为世界第六大NAND闪存制造商。

长江存储二期计划最早于2022年底投产,预计产能20万片晶圆/月。但由于半导体全球市场萧条,进入下行周期,且美国的半导体管制政策,长江存储受其影响,这一计划暂时停摆。

近期,随着各半导体大厂最新财报出炉,多家企业营收不及预期,英特尔、三星、美光、SK海力士等巨头业绩衰退明显。据业内人士透露,存储大厂生产的每颗存储芯片几乎都在亏损,2023年集体经营亏损预估达破纪录的50亿美元。

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图源:三星电子财报,利润暴跌97%

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图源:SK海力士,创下有史以来最大的季度亏损

除了全球整体需求和经济成长下滑,中国存储芯片逐步自产自足,国内企业陆续减少对韩、台、日存储芯片的采购,也可能是几大巨头存储芯片库存过高,需求疲软的原因。

从长远来看,或许首先无法承受其后果的是美国科技企业。

先进封装在存储器件中的应用

而国产芯片企业,同样也面临着多重挑战。随着芯片不断向微型化发展,工艺制程开始向着更小制程推进,已经越来越逼近物理极限。在此情况下,先进的封测技术是未来存储技术的重要发展方向。

存储芯片的封装工艺制程主要分为圆片超薄磨划、堆叠装片、打线、后段封装几个环节。其中,“圆片磨划”是存储技术的 3 大关键之一,其主要目的是硅片减薄和切割分离。这对于存储封装的轻量化、小型化发展十分重要,然而更薄的芯片需要更高级别的工艺能力和控制,这使得许多封装厂商面临着巨大的挑战。

大数据存储发展报告(大数据时代迎来新挑战)(6)

图源:Tensun腾盛

芯片的厚度越薄,芯片强度越脆,传统的磨划工艺很容易产生芯片裂纹,这是由于传统机械切割会在芯片中产生应力,这将会导致芯片产生一些损伤,如侧崩、芯片碎裂等,而减薄后的圆片,厚度越小,其翘曲度越大,极易造成圆片破裂。

当然,除了翘曲和碎裂的问题,在芯片封装过程中,任何一颗细小的颗粒都是致命的,它很可能会导致芯片的碎裂,从而使整个产品报废。因此,在生产过程中对于洁净度控制显得尤为重要。

针对以上问题,Tensun腾盛摒弃了对芯片厚度有局限性的传统磨划工艺,通过设置精密的组件,能够对物料进行精准的切割,并且可以在切割后对物料进行细致的清洗,减少了后期清洗物料的麻烦,提高生产的效率。Tensun腾盛深度挖掘精密切割机市场,不同切割设备适应于不同类型材料、尺寸的切割需求,满足存储芯片在后端的封测需求,助力国产存储芯片发展。

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声明:本文部分内容参考出处有:

1.「国产存储芯片产业如何走出至暗时刻」,来源:腾讯网

2.「存储芯片的重要性体现在哪?」,来源:豆丁网

3.「浅谈存储器芯片封装技术之挑战」,来源:与非网

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