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中国存储器布局 “华为事件”的战略突围

发布时间:2021-12-16 来源:本站

对于存储器产业,我们的理解盲区无处不在。很多人都知道全球 DRAM 产业规模在 1000 亿美金级别,但是应该没多少了解在 25 年前和 4 年前这个产业的规模?

某些学界和产业界的朋友不缺行业知识,但是普遍会从资本回报角度考虑问题,认为回报太差,没有人愿意投。而投资界又认为,这个东西太难了,否则为什么会垄断?核心技术都不在我们这里,难度巨大。


这是一种错位。事实上,我们国内长江存储的 3D Nand 在“短”的时期内就有了“巨大的突破”,而合肥长鑫的 DRAM 也有了非常好的进展。只要钱和人到位,存储器领域远不是我们曾经想的样子。

01 日韩半导体产业的套娃式发展

1963 年,在晶体管发明十五年后,日本电气(NEC)公司从美国仙童半导体公司获得了平面技术授权。同时,在日本政府的要求下,这项平面技术通过授权被共享给了其他日本公司。三菱、东芝、松下等都开始进入半导体产业,日本半导体产业真正开始爆发。

彼时,距离盛田昭夫从美国带回晶体管专利的授权已经过去了十年。这十年,日本依然深陷战后重建的巨大灾难中,半导体产业发展极为缓慢。

可以说,1963 年是日本半导体产业崛起的起点。日本走上了一条极其顺理成章的道路:

引进 ->投资 ->生产 ->引进 ->投资 ->生产…

日本引进美国的半导体技术几乎没有任何阻力。当时,美国的战略中心在西伯利亚,而日本是他最放心的弟弟,“驻军即正义”让美国人认为一切皆在掌控中。

工匠日本在超车道上狂飙十年后,已经开始可以在全球市场上挤压美国产品的市场,甚至美国国内也开始采购日本生产的半导体。

这让美国特别无语又无奈。那时的 Intel、仙童半导体,一开始希望通过竞争赢回失去的光辉,但是无论怎么竞争,在产品质量、成本以及稳定性上都无法全面超越日本。这是美日半导体摩擦和中美完全不同的第一点。美日半导体摩擦,游说政府出台禁令停止向日本输入半导体技术的是产业界。而中美的科技对抗,挑头的是美国政府,这有本质的不同。一个是产业行为,一个是政治事件。第二点不同,中国现在并没有像当年的日本那样“强壮”,强壮到可以开始压制美国。

这意味着,中美之间的科技对抗,并不仅仅是一个产业问题。

美国暂停向日本出口技术,这让日本半导体产业一度出现休克。后来 1976-1980 年这五年里,在日本政府的推动下,日本成立了 VLSI(超大规模集成电路)联盟。VLSI 取得了巨大的成功,64Kbit DRAM 比美国研发成功还早了半年,256Kbit DRAM 研发成功超越美国一年。

与此同时,日本产业界开始采用民用“消费电子”推动集成电路产业发展的“新模式”。过去,无论是美国还是日本,半导体产业发展的最大推动力,都是政府和军方。不同的是,日本只有政府在推动,因为美国军方的持续推动,让日本没有了“军方”…

1980s 年代,日本电气(NEC)、东芝和日立三大厂商长时间占据世界前三大半导体厂商的位置,强如 Intel 只能屈居第四位。即使后来有了《日美半导体协议》,日本依然在 1985 年 -1992 年这八年间,超越美国成为了世界最大的半导体制造国。

日本对于 DRAM 的理解,完全来自于对于美国技术的引进。通过十年的积累和沉淀,以及对于技术的初步理解,日本已经可以实现产品本身的赶超。

这里有一个关键点:DRAM 的技术难度本身,并没有达到一个非常高的维度,与后来的 CPU 以及现在的智能手机 SoC 并不是一个设计难度。

日本能在 DRAM 领域成功的另一个核心是:

存储领域制造大于设计,稳定大于性能。谁能够在一个集成电路上集成更多稳定的存储单位,“能够制造出稳定的存储器”,是产业获胜的关键因素之一。而这恰恰是日本工匠哲学的基本要求。在稳定性得到保证之后,之后才是其他特性。

基于同样的逻辑,韩国半导体产业在美国和日本的产业基础上,乘胜追击。1965 年 6 月 22 日,双方签署了《日韩基本条约》,正式建立了大使级外交关系,日韩邦交正常化。根据《日韩基本条约》的规定,韩国也事实上放弃了对日本的赔款索求。

作为回馈,日本以东芝为代表的的半导体厂商,开始在韩国投资设厂,这成为日后日本半导体厂商被韩国财阀彻底挤出 DRAM 市场的起点。

事实上,韩国半导体产业是从美日半导体厂商的组装基地这个角色开始的, Motorola、Fairchild 等都在韩国建立了 DRAM 的组装厂。

1973 年,韩国成立了国家科学技术委员会,制定了一系列重大技术的发展计划。1974 年,韩裔美籍半导体专家姜基东创立了韩国本都第一家半导体公司——韩国半导体(Hankook 半导体,后被三星收购)。

韩国这时候的操作和角度,比日本更刁钻。日本在韩国设厂,技术基本上被韩国完全摸走。韩国在自己的土地上,从日本获得了美国的技术。

重要的是,美国暂停向日本出口技术的时候,没韩国人什么事。

但是日本的遭遇,韩国看在眼里,一样的惶恐。于是在 1981 年,韩国在日本的“掩护”下,推出了自己的 VLSI 计划,名为《半导体工业综合发展计划》,这个比日本的 VLSI 要和谐多了。因为 VLSI 当时美国也处在发展初期,是名副其实的顶尖技术。而韩国的综合发展计划,并没有那么的扎眼。

在韩国政府的支持下,三星、现代以及 LG 开始大规模的进入集成电路制造领域,而综合发展计划,实质上也正是为了支持 4M bit、256M bit DRAM 的研发,是当时最为先进的东西。



图 1:美日韩 DRAM 技术发展路径对比

资料来源:金麟洙著 . 从模仿到创新, 北京:新华出版社, 1997:175.

至此,韩国已经“赢了”。先是从日本在自己家的工厂(技术换市场)弄来美国的技术。然后借着日本的掩护,发力最先进的 DRAM。在这件事上,真的不服不行。

在韩国的发展过程中,政府承担了新技术开发的几乎所有风险。韩国半导体公司在开发 1M~16M 的 DRAM 期间,政府投资 500 亿韩元,占比超过 55%。16M 和 64M 的 DRAM 更加夸张,政府科研投资 750 亿韩元,占比 83%。

回顾日本和韩国在半导体领域内的发展,发现一个基础事实,就是两个国家极其类似。首先都是从美国获取技术,实现产业化,都是通过引进、吸收后,政府开始大规模投入。

最重要的是:日本和韩国的自主研发,都成功了。这值得深思。存储器行业讲求高度标准化,产品差异化小,他不像处理器一样有不同的逻辑运算需求。正如前面讲的,存储器的稳定性和制造能力,是最为重要的,而设计其次。

存储器的设计难度,远小于 CPU 以及 SoC 或是 FPGA。存储器的设计难点,更多集中在 I/O 传输上。

前面内容,对【上篇】进行了一些补充,同时为了说明一个观点:

存储器的设计没有想象中的那么难,并不像国产 CPU 以及操作系统那样久攻不克,同时像光刻机那样根本没有看到商业化的大门。存储器对于制造和稳定性有极高的要求,这是制造业的范畴。而中国,最擅长的就是 Made in China。

02 中国在存储器领域的两次机会错失

第一次机会,1965-1978 年。

1965 年,中国成功研制出第一块硅基数字电路,其实这个起步并不比日本真正晚多少,甚至质量水平还要优于韩国。

一直到 1977 年,我们国家的集成电路在完全封闭的环境下,以搞两弹一星的思路发展了十二年。这期间,在国家的大力支持下,学术界和产业界先后组织了三次全国规模的 LSI(大规模集成电路)及其基础材料的大会战,成功研制了 1K bit DRAM 以及 P 沟道 1K bit MOS 移位寄存器,还有 MOCVD 生长 GaAs 技术和 GaAs 微波场效应晶体管。

当时的中国半导体产业处在一种无序的状态里,叠加当时的社会状态,谁都不知道未来应该做什么、做什么是有意义的。

而这十二年,先是日本、后是韩国在 DRAM 领域高速狂飙的年代。这有着特定的历史机缘,不过即使是正常的发展,我们也无法从美国或是日本获得技术支持。只是这让中国的存储器产业实打实的落后了先进国家至少十年,这是起步的十年。

第二次机会,1978-1994 年。

1982 年,国务院成立了电子计算机和大规模集成电路领导小组,简称“大办”。1983 年,针对当时多头引进、重复布局的情况,大办提出要“治散治乱,建立南北两个基地和一个点”的发展战略。南方基地主要集中在江浙沪,北方主要是京津和沈阳。一个点是指西安,主要为航天配套。

此后,1986 年,电子工业部在厦门召开集成电路发展战略研讨会,提出“七五”期间,集成电路的“531”计划,即推广 5um 技术,开发 3um 技术,进行 1um 技术的公关。

四年后的 1989 年集成电路发展战略研讨会,又提出注重发展专用电路。此时美国和日本的 DRAM 已经进入到 16M 的最后研发阶段,韩国也实现了对日本 DRAM 产业的技术追赶,而我们国内还基本为 0。

1990 年 8 月,机械电子工业部提出集成电路“908”工程计划。12 月 15 日,中共中央政治局听取了汇报,同意实施 908 工程。最终,在 1992 年 3 月上报的具体项目建议书中,主要内容如下:

1. 建设一条 150mm、特征尺寸 1um/0.8um、月产能 2 万片、年产 3000 万块的大规模集成电路生产线;

2. 建设一批集成电路设计中心;

3. 建立一个封装厂和掩模板制作中心;

4. 对 6 个专用设备、仪器厂进行改造,形成设备配套;

5. 建立 150mm 硅片和多晶硅的供应能力。

908 工程的参与者几乎全部是国企。封装项目由上海无线电十九厂和松下承担,掩膜版项目由中科院上海冶金研究所承担,和杜邦合资。

908 工程从一开始,其实就进入到了美国人的视野中,在美国的眼中这是重大的国家安全风险…而这将近二十年的时间,海外半导体产业,尤其是 DRAM 产业已经发生了翻天覆地的变化。日本和美国签了两次半导体协议,还签了广场协议,韩国也在乱局中迎合美国,对日本实现了反超。

事实上,一直到 909 工程末期,1999 年 2 月 23 日上海华虹 NEC 电子的 200mm 生产线正式建成投产之前,中国本土根本没有规模化的 DRAM 生产线。而 1999 年建成的,工艺也只是 0.5um/0.35um,生产的核心产品为 64M bit DRAM。同时,前五年的运营管理权属于日本电气(NEC)。

彼时,韩国早已取代日本,在 DRAM 领域内领先。而美国事实上也退出了 DRAM 市场,DRAM 产业格局已经塑造完成。

在从 1965 年开始的三十年间,中国错过了两次大的存储器产业机遇。一次在起步期,我们因为特殊的历史原因,错过了最宝贵的十年。一次在产业格局塑造的混战期,时间长达二十年。在这二十年中,美国、日本、韩国交替领先。其中有产业因素,更多的是政治诉求和金融做局,最终形成了韩国+日本垄断的产业事实。中国本能够在日韩竞争初期(80 年代末 90 年代初),就引入日本电气(NEC),这对于中国和日本都是好的选择。

中国错过了最好的“浑水摸鱼”的时期,这时候的“市场换技术”阻力最小,日本也需要在困局之下有所突围。而对于中国,能够在 90 年代初就直接切入到 64M DRAM 的生产,和 1999 年开始生产,这前后是十年的产业差距。

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