文｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
Flash存儲(chǔ)芯片已經(jīng)成為整個(gè)電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈非常重要的一環(huán)，其中，NAND Flash的市場(chǎng)容量非常龐大。實(shí)際上，F(xiàn)lash不止有NAND，NOR Flash也是一個(gè)分支，但其市場(chǎng)容量相對(duì)較小。不過，隨著近些年各種新興應(yīng)用的快速發(fā)展，NOR Flash的市場(chǎng)需求量和重要性日益突出，行業(yè)關(guān)注度不斷提升。
NOR Flash簡(jiǎn)介
NOR Flash具有芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP）和高可靠性等特點(diǎn)，但壽命相對(duì)較短，其在1~16Mb的小容量應(yīng)用方面具有很高的成本效益。
而與NAND相比，NOR的成本較高，容量小，且寫入速度慢，雖然NOR Flash的擦除和寫入速度相對(duì)較慢，但其讀取速度非?？?，這也是它能夠在應(yīng)用中安身立命的核心價(jià)值所在。
傳統(tǒng)上，NOR Flash主要用于功能手機(jī)、電視、機(jī)頂盒、USB Key等小容量代碼存儲(chǔ)。在功能手機(jī)時(shí)代，憑借NOR+PSRAM架構(gòu)稱霸一時(shí)，其中，NOR Flash用來存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)，PSRAM 作為MCU和DSP執(zhí)行運(yùn)算時(shí)的數(shù)據(jù)緩存。
NOR Flash主要分為串行和并行兩種，串行NOR Flash的特點(diǎn)是接口簡(jiǎn)單、輕薄、功耗和系統(tǒng)總體成本更低，雖然讀取速度低于并行的，但憑借高性價(jià)比，已成為市場(chǎng)和應(yīng)用的首選。
制程方面，NOR Flash對(duì)先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的要求不高，一般采用55nm和65nm，最前沿的制程也就到45nm了，再進(jìn)一步演進(jìn)很困難。
市場(chǎng)格局
全球90%的NOR Flash市場(chǎng)被旺宏（Macronix）和華邦電子（Winbond）、Cypress（已經(jīng)被英飛凌收購(gòu)）、美光和兆易創(chuàng)新這五大廠商占據(jù)。高容量NOR Flash市場(chǎng)主要由Cypress和美光把持著，這類產(chǎn)品主要針對(duì)汽車、工控和航天應(yīng)用；旺宏和華邦則以生產(chǎn)中等容量的NOR Flash為主，兆易創(chuàng)新早期依靠低容量產(chǎn)品切入該市場(chǎng)，正在向高端領(lǐng)域前進(jìn)。旺宏、華邦和兆易創(chuàng)新這三家更專注于消費(fèi)類電子產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)。
近些年，在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求，特別是各種新興應(yīng)用的帶動(dòng)下，NOR Flash迎來了谷底反轉(zhuǎn)的契機(jī)，不僅中高容量?jī)r(jià)格穩(wěn)定，低容量NOR Flash的價(jià)格跌幅也大幅收窄，特別是在TWS藍(lán)牙耳機(jī)大量出貨的帶動(dòng)下，給NOR Flash帶來了巨大商機(jī)。這些給專注于消費(fèi)類電子應(yīng)用的廠商帶來了更多商機(jī)，特別是原本排名較為靠后的兆易創(chuàng)新，2019年就上升到了行業(yè)前三的位置。
來源：CINNO
2021年，兆易創(chuàng)新進(jìn)一步鞏固了行業(yè)地位。
由于NOR Flash容量小、成本高，一度被大廠邊緣化，但隨著5G、AMOLED和自動(dòng)駕駛汽車等新興市場(chǎng)的快速發(fā)展，NOR Flash重新喚起了市場(chǎng)的關(guān)注。
TWS藍(lán)牙耳機(jī)
從2018年開始，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)，TWS藍(lán)牙耳機(jī)開始火爆起來，有統(tǒng)計(jì)顯示，到2022年，全球TWS藍(lán)牙耳機(jī)市場(chǎng)規(guī)模有望超過2000億元。
TWS藍(lán)牙耳機(jī)必須配備NOR Flash，這是因?yàn)槠涔δ茌^多，為了存儲(chǔ)更多固件和代碼程序，就需要外擴(kuò)一顆串行NOR Flash。
隨著TWS藍(lán)牙耳機(jī)功能的進(jìn)一步增加，需要更多的存儲(chǔ)容量。以安卓手機(jī)用TWS藍(lán)牙耳機(jī)為例，一般采用8Mb或16Mb的NOR Flash，隨著功能增多，需要用到32Mb、64Mb，甚至128Mb的。
有統(tǒng)計(jì)顯示，2020年，新款A(yù)irPods的NOR Flash容量提升至256Mb，安卓市場(chǎng)在2019~2021年平均NOR Flash容量分別為16Mb、32Mb和64Mb，而相應(yīng)的市場(chǎng)規(guī)模分別為675萬、2062萬和5099萬美元。綜合AirPods的市場(chǎng)規(guī)模，TWS藍(lán)牙耳機(jī)用NOR Flash的市場(chǎng)規(guī)模在2021年突破了2億美元。
AMOLED
由于工藝原因，AMOLED顯示存在亮度均勻性和殘像兩大難題，需要進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償方法分為內(nèi)部補(bǔ)償和外部補(bǔ)償。內(nèi)部補(bǔ)償?shù)男Ч缓茫y以解決殘像問題；外部補(bǔ)償則具有像素結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)速度快和補(bǔ)償范圍大的優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)際應(yīng)用中的首選。
外部補(bǔ)償時(shí)，需要外掛一顆NOR Flash，以避免AMOLED面板的藍(lán)色光會(huì)隨時(shí)間消退的問題。在Full HD情況下，需要用8Mb的NOR Flash，而QHD則需要用到16Mb的NOR Flash。
AMOLED在智能手機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用越來越普遍，這就帶動(dòng)了中端NOR Flash需求的增長(zhǎng)，其年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了24%。
TDDI
TDDI是觸控與顯示驅(qū)動(dòng)集成的縮寫，它將原本分離的手機(jī)觸控IC和顯示IC整合成了SoC。而隨著技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化，TDDI芯片的成本不斷下降。
由于TDDI觸控功能編碼所需容量較大，無法一并整合進(jìn)TDDI芯片，需要外掛一個(gè)4~16Mb的NOR Flash進(jìn)行存儲(chǔ)，并輔助TDDI進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。
5G
5G也是NOR Flash的一大發(fā)展動(dòng)力，目前，5G基站使用的NOR Flash，大約是1~2G的產(chǎn)品，全球能生產(chǎn)該規(guī)格產(chǎn)品的廠商并不多，目前，全球生產(chǎn)5G基站的廠商，大約有八成以上向旺宏下訂單NOR Flash。
汽車電子
由于NOR Flash可靠性更好，使得中高容量的NOR Flash在汽車電子中被廣泛應(yīng)用。從最初的車用廣播需要1Mb的低端NOR，發(fā)展到中控系統(tǒng)搭載128Mb~256Mb的。
據(jù)IHS統(tǒng)計(jì)，2022年全球汽車電子市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1602億美元，其中增速最高的是ADAS，2022年達(dá)到214.47億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到20.27%。ADAS系統(tǒng)中的導(dǎo)航、行車記錄、影像處理、車道偏移警示等功能，都需要采用512Mb或更高容量的NOR Flash。汽車電子市場(chǎng)的規(guī)模及其快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)將帶動(dòng)NOR Flash等存儲(chǔ)器需求量大幅提升。
市場(chǎng)動(dòng)向
總體來看，2018 年之前，NOR Flash市場(chǎng)需求較為疲軟，而供貨商的產(chǎn)能卻在提升，導(dǎo)致2018年NOR Flash的價(jià)格進(jìn)入下行周期。集邦咨詢的數(shù)據(jù)顯示，NOR Flash價(jià)格在2019年第三季度開始回升。從旺宏、華邦和兆易創(chuàng)新的營(yíng)收增速也能看出這一趨勢(shì)，這三家的營(yíng)收增速均從2019年第二季度開始好轉(zhuǎn)，第三季度的營(yíng)收增速仍在提升，這表明NOR Flash市場(chǎng)進(jìn)入上行周期。
預(yù)計(jì)未來中高端NOR Flash有望維持高價(jià)位，低端NOR Flash受cost-down系列低價(jià)產(chǎn)品上市，以及新產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)的影響，價(jià)格將下滑。
3D堆疊
近些年，3D芯片成為了業(yè)界應(yīng)對(duì)晶體管密度提升與先進(jìn)制程微縮高成本之間矛盾的首選方案，無論是芯片制造，還是封裝，無論是邏輯芯片，還是存儲(chǔ)器，在高端應(yīng)用領(lǐng)域，都在向3D轉(zhuǎn)變。
特別是在存儲(chǔ)器方面，3D NAND Flash已經(jīng)被廣泛采用，各大存儲(chǔ)器廠商都在將主要精力和資源投入到這方面的研發(fā)和生產(chǎn)。在這樣的趨勢(shì)下，市場(chǎng)容量不如NAND Flash，但又憑借其獨(dú)有的特性，在市場(chǎng)上不可或缺的NOR Flash，也開始向3D方向發(fā)展，不過與3D NAND Flash相比，3D NOR Flash仍然處于起步階段，只有行業(yè)頭部廠商，如旺宏和華邦電子，在大力投入研發(fā)，其它廠商多處于觀望狀態(tài)。
旺宏董事長(zhǎng)吳敏求表示，NOR Flash制程發(fā)展到45nm已經(jīng)很難再微縮下去，因?yàn)槌杀緯?huì)大幅提升。但汽車電子和人工智能等新興應(yīng)用需求將帶動(dòng)NOR Flash市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，旺宏已投入3D NOR Flash研發(fā)，以應(yīng)對(duì)制程節(jié)點(diǎn)難以進(jìn)一步微縮的障礙。
據(jù)悉，旺宏在3D NOR Flash方面的創(chuàng)新包括投入垂直2T架構(gòu)和低功耗制程技術(shù)研究，通過3D堆疊實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度，采用micro heater技術(shù)提升產(chǎn)品耐久性。該公司計(jì)劃兩年內(nèi)推出3D NOR Flash，預(yù)計(jì)采用45nm制程工藝。
據(jù)悉，旺宏在2Gb及4Gb先進(jìn)NOR Flash技術(shù)方面已搶得先機(jī)，已經(jīng)推出相關(guān)樣品，量產(chǎn)產(chǎn)品也會(huì)陸續(xù)問世。
工藝方面，旺宏推出了AND架構(gòu)，這是一種早期的閃存電路技術(shù)，可提供位級(jí)訪問，類似技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于環(huán)柵 (GAA) 3D NAND 結(jié)構(gòu)的堆疊工藝。
與典型的3D NAND閃存一樣，這種3D NOR堆疊單元是通過在氧化物和氮化物層的多層夾層中打孔，然后填充深孔來形成的。不過，旺宏的實(shí)驗(yàn)架構(gòu)不是由多晶硅構(gòu)成的均質(zhì)圓柱體，而是由幾個(gè)不同的異質(zhì)結(jié)形成的，其中兩個(gè)是 N+ 摻雜的，用作多個(gè)堆疊晶體管的源極和漏極，中間由氮化硅絕緣體柱隔開。
圖：3D AND Flash結(jié)構(gòu)
在AND結(jié)構(gòu)中，每個(gè)晶體管都具有成對(duì)的源極線和正交的漏極連接位線。源是單獨(dú)解碼的，而不是有一個(gè)公共源。多晶硅“插頭”連接每個(gè)堆棧中晶體管的源極和漏極。
最初，旺宏是在一個(gè)8層結(jié)構(gòu)上開發(fā)的，已經(jīng)完成了34層堆棧的工作，這似乎是可行的。旺宏認(rèn)為，在70層以上時(shí)，該公司提出的3D NOR Flash將挑戰(zhàn)20nm半間距的兩層交叉點(diǎn)相變存儲(chǔ)器。進(jìn)一步的改進(jìn)可能來自鐵電存儲(chǔ)器晶體管，它允許更低的電壓操作和更快的寫入速度。
華邦電子也在45nm制程N(yùn)OR Flash方面投入了巨資，容量大概是32Mb - 2Gb。
華邦電子認(rèn)為，對(duì)于NOR Flash而言，45nm很可能是最后一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)了，與之相比，SLC NAND Flash還有制程微縮空間，在24nm之后，至少還可以進(jìn)一步微縮一代制程。
相對(duì)于旺宏，華邦電子雖然也在先進(jìn)NOR Flash方面進(jìn)行投資，但力度似乎不如前者那么大，后者更側(cè)重于采用先進(jìn)制程的NAND Flash的研發(fā)。因?yàn)樽詮?008年45nm制程N(yùn)OR Flash出現(xiàn)后，就再也沒有更先進(jìn)制程的產(chǎn)品出現(xiàn)，其制程進(jìn)一步微縮的難度很大。
結(jié)語(yǔ)
相對(duì)于NAND Flash，“小而美”的NOR Flash優(yōu)勢(shì)作用越來越凸出，其市場(chǎng)需求量正在隨著各種應(yīng)用的發(fā)展而增加。
市場(chǎng)關(guān)注度和需求的提升，使得各大NOR Flash廠商有了進(jìn)一步加大研發(fā)投入力度的動(dòng)力和積極性，相關(guān)產(chǎn)品和新技術(shù)演進(jìn)更具活力。
市場(chǎng)需求帶動(dòng)NOR Flash制程工藝技術(shù)繼續(xù)演進(jìn)，龍頭企業(yè)開始探索類似于NAND Flash的3D堆疊架構(gòu)技術(shù)，這對(duì)于市場(chǎng)容量相對(duì)較小的NOR Flash而言，具有更強(qiáng)的象征意義，隨著應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，NOR Flash的市場(chǎng)規(guī)模是否會(huì)有較大幅度的提升呢？拭目以待。