中國發展存儲芯片產業的重要性不言而喻。目前，全球半導體市場規模約4000億美元，其中約有1000億美元為存儲芯片。中國每年2000億元集成電路進口額中約30%為存儲芯片。自2019年以來我國投資建設的存儲芯片基地陸續進入量產階段。可以這樣說，2019年-2020年是中國存儲芯片產業化的一個關鍵節點，關系到未來中國存儲產業的成敗。從半個世紀的存儲器歷史中可以發現，成功的存儲器行業區域大轉移有兩次，即80年代從美國轉移到日本，以及90年代從日本轉移到韓國。中國是否有機會成為新一輪存儲芯片產業發展的基地之一？觀察國際存儲產業的發展歷程，可以獲得一些對中國發展存儲產業的啟示。
一、全球存儲芯片發展歷程
半導體存儲芯片的最大貢獻是解決了海量信息的存儲問題。電子計算機的存儲器最初是機電裝置，后為磁性介質。但磁性介質存在體積大、質量大、存儲量小的弊端。1967年7月，同時發明了兩種半導體存儲器：一是在IBM工作的登納德發明的動態隨機存取存儲器，二是在美國貝爾實驗室工作的華裔科學家施敏和韓裔科學家姜大元發明的非易性半導體存儲器。此后，日本東芝公司舛岡士雄的閃存芯片正是在NVSM原型基礎上開發出來的。1969年，Intel研制成功64bit雙極靜態隨機存取存儲器芯片C3101。幾個重量級技術的成功開發開創了半導體存儲器的先河，成為存儲芯片開發的奠基時期。
1970年，英特爾采用12μm工藝開發的1kB DRAM問世，并實現了大規模量產，使其商品化，使得1bit只要1美分，開啟了DRAM的產業化時代。1972年，C1103成為全球最暢銷的半導體芯片。到1974年，英特爾占據了全球82.9%的DRAM市場份額。在英特爾集成電路產品幾十年的發展過程中，隨著市場的發展和競爭對手的壓力，其主流產品經歷了幾次調整。英特爾早期的產品主要是各種類型的存儲芯片，如SRAM和DRAM。盡管英特爾從70年代初開始開發微處理器產品，但是至今為止仍然沒有放棄存儲產品的生產與開發。比如其在下一代存儲芯片3D Xpint上就投入了大量的資源。
英特爾“3101”型SRAM存儲芯片
除英特爾外，德州儀器在1971年推出2K DRAM產品，1973年將單顆DRAM存儲容量提升到4k。1969年從德州儀器離職的工程師創辦了莫斯泰克公司。該公司于1976年推出采用雙層多晶硅柵工藝的DRAM芯片，將容量提高到16K，一舉擊敗英特爾、TI公司，占據了全球75%的市場份額，到1970年代后期，莫斯泰克一度占據了全球DRAM市場85%的份額。1978 年莫斯泰克的4名離職員工創立了美光，1981年自有晶圓廠開始投產64K DRAM。進入2010年代，美光成為美國碩果僅存的一家存儲器公司。
20世紀70年代，全球存儲芯片產業的中心在北美，憑借率先研發的技術優勢，以及良好的科研環境和強大的科研基礎，美國主導著整個DRAM產業。不過，隨著日本企業在存儲芯片領域的發力，1980年代產業的主導權逐漸轉向日本。
位于硅谷圣克拉拉的Intel SC1總部
日本的DRAM基本與美國同時起步。1972年日本研制成功1 kB DRAM，基本與英特爾公司同時推向市場。1976年，由日本通產省牽頭，以日立、三菱、富士通、東芝、NEC五大公司作為骨干，聯合通產省的電氣技術實驗室、日本工業技術研究院電子綜合研究所和計算機綜合研究所，組建“VLSI聯合研發體”，投資720 億日元，共同研究集成電路的微細加工技術。1980年，日本VLSI聯合研發體宣告完成為期四年的“VLSI”項目，研發的主要成果包括各型電子束曝光裝置，采用紫外線、X射線、電子束的各型制版裝置、干式蝕刻裝置等，各企業的技術整合，保證了DRAM量產良率高達80%，遠超美國的50%，構成了壓倒性的總體成本優勢，奠定了當時日本在DRAM市場的霸主地位。通產省電子所研制成功1M DRAM，三菱發布4M DRAM的關鍵技術，日立開始采用1.5微米工藝生產DRAM，1986年東芝1M DRAM月產能超過100萬片。1986年，日本DRAM企業的市場份額達到近80%。在很長一段時間，全球半導體企業排名前三位都是由NEC、東芝和日立包攬。而美國企業的份額已不足20%。
由于20世紀80年代出現的美日經貿沖擊以及其他一些自身原因，1990年代日本企業在DRAM的市占份額急速下滑。1999年，日立和NEC合并了他們的DRAM業務，成立了爾必達存儲器公司。2003年，三菱電機的DRAM業務也被爾必達吸收。隨著2012年爾必達的破產被美光收購，日本僅有的一家DRAM企業也不復存在。
韓國半導體起步晚于日本。1983年三星推出64K DRAM，1984年量產，與國際領先水平差4年。1990年代，日本處于“失去的十年”，韓國在存儲領域乘機興起取代日本。1992年，三星與美日企業同年推出64M DRAM，1996年三星完成全球第一個1GB DRAM研發。至此，韓國企業在存儲芯片領域處于世界領跑者地位。1999年韓國現代半導體與LG半導體合并，2001年從現代集團完成拆分，將公司名改為海力士；2012年更名SK海力士。
三星位于西安的一期期項目基地
縱觀存儲器行業半個世紀以來的發展歷程，大致經歷了三個階段：1970年代的起步階段以美國為中心，1980年代的的發展階段以日本為中心，1990年代至今的成熟階段以韓國為中心，在整個過程中，產業經歷了兩次大的區域轉移，即80年代從美國轉移到日本，以及90年代從日本轉移到韓國。到了21世紀產業已經進入寡頭壟斷階段。巨頭瓜分了9成以上市場。NAND產業由三星、東芝/西數、美光/英特爾、海力士四大陣營壟斷，DRAM產業更是由三星、海力士和美光三分天下。
臺灣存儲芯片采取的代工合作模式并不成功。早期臺灣通過合作取得授權，如1989年PC廠商宏碁與德州儀器合資成立臺灣第一家DRAM廠德碁。眾多海外華人回到臺灣投入DRAM產業，在與工研院電子所合作下，臺灣擁有了自主DRAM技術。1994年臺積電牽頭率同十幾家公司成立世界先進，發展臺灣自主的DRAM技術。然而臺灣DRAM沒有像日韓一樣實現反超。2000年世界先進退出自主研發DRAM業務標志著臺灣自主之路的夭折，臺灣DRAM逐漸轉為代工，如茂德技術來自于海力士，力晶來自于爾必達，南科、華亞科技術來自于美光。代工業在臺灣非常發達，在自主創新之路不利之后，轉向代工有其一定的邏輯性。但是從歷史來看，代工并非存儲產業發展的主導模式，目前，臺灣只在存儲產業中占有很小的份額。
歐洲存儲芯片公司奇夢達曾經一度輝煌。西門子投入DRAM生產，曾先后與IBM、摩托羅拉成立多個合資工廠。1999年，西門子分拆半導體部門成立英飛凌；2006年英飛凌將存儲業務再度分拆，成立奇夢達。在經過一系列投資后，奇夢達一度成為全球第二大存儲芯片公司然而，2008年全球爆發金融風暴，DRAM價格從2006年的6美元一顆跌到2009年的0.6美元一顆，全球DRAM行業出現巨虧，直接導致歐洲的奇夢達于2009倒閉。
二、中國存儲芯片發展狀況
人們常說現在的中國存儲芯片產業是從零基礎做起。其實這話并不盡然。其實中國在存儲產業上是有一定積累的。
1965 年，河北半導體研究所召開鑒定會，鑒定了第一批國內研制的晶體管和數字電路，標志著中國第一塊集成電路研制成功，開始躋身國際IC領域。1975年，北京大學物理系半導體研究小組完成硅柵NMOS、硅柵PMOS、鋁柵NMOS三種技術方案，在109廠采用硅柵N溝道技術，生產出中國第一塊1K DRAM。比美國、日本要晚五年，但是比韓國早。1978年中科院半導體所成功研制4K DRAM，1979年在109廠量產成功；1981年中科院半導體所研制成功16K DRAM；1985年中科院半導體所研制成功64K DRAM。
王陽元領導的課題組研制成功第一塊三種類型的1024位MOS動態隨機存儲器
1991年成立的首鋼NEC，1995年開始采用6英寸1.2微米工藝生產4M DRAM；華虹NEC在1999年9月開始采用8英寸0.35微米工藝技術生產當時主流的64M DRAM內存芯片，由于市場環境惡化，2004年開始轉型晶圓代工，退出了DRAM產業。中芯國際建成之初也是進存儲芯片的代工生產，2006年在北京建成第一座12英寸晶圓廠，實現大規模量產，為奇夢達、爾必達代工生產DRAM。2008年由于中芯國際業務調整，完全退出了DRAM存儲器業務。上述努力雖然基本失利，但是為中國培養了一批熟悉存儲芯片生產的工程師。
除此之外，目前中國也存在一些企業進行存儲芯片的生產制造或者設計開發，為中國存儲芯片發展提供了一定的基礎。2006年，武漢新芯成立，和中芯國際簽訂了托管協議，由中芯國際給予武漢新芯以包括生產技術和人才在內的援助。最初決定生產DRAM，遭遇全球DRAM價格崩盤后，武漢新芯放棄DRAM生產，轉向NOR閃存產品。
2009年奇夢達在西安的設計公司被浪潮集團收購成立西安華芯，保住了一批從事DRAM設計的工程師團隊；研發團隊擁有從產品立項、指標定義、電路設計、版圖設計到硅片、顆粒、內存條測試及售前售后技術支持等全方位技術積累，所開發DRAM產品工藝技術包括從110nm、90nm、80nm和70nm的溝槽技術到65nm、46nm、45nm和38nm的疊層技術。現在成為紫光存儲的一部分。
兆易創新于2005年成立，2008年推出SPI 接口NOR閃存。目前已經成為 SPI 接口 NOR Flash 領域的領先廠商之一，市場份額達到全球第三。
2015年8月武岳峰創投收購利基型存儲IC設計公司矽成，矽成產品以中低密度DRAM、EEPROM、SRAM為主，應用范疇多在汽車、工業、醫療、網路、行動通訊、電子消費產品。
目前最具希望做大做強中國存儲芯片產業的廠商是長江存儲、合肥長鑫和福建晉華三家公司。國家集成電路產業投資基金和紫光集團共同投資的長江存儲初期定位于3D NAND生產，后期將擴展DRAM產品的開發。合肥長鑫主要生產移動式DRAM內存芯片，于近日宣布投產。福建晉華與聯電合作，由后者協助開發DRAM存儲芯片技術，但受制于與美光間的法律案件，公司目前處于停擺狀況。
上述三家雖然各有進展，但是與國際存儲巨頭相比，差距極為巨大，市場分析機構預計，至2021年中國企業市場份額仍將不足5%。這三家公司目前存在的問題，一個是技術差距，另一個是制作水平的薄弱。2019至2020年將成為中國存儲器發展的關鍵年，希望在強有力的政策支持下，加上國內廠商的不懈努力，中國存儲器能在不久的將來真正引領世界。
三、關于中國存儲芯片產業發展的建議
就存儲器產業而言，要想發展壯大，在國際市場中發揮影響力，先進的工藝技術、知識產權和大規模量產能力都是必要條件。而這些條件至少需要10年時間或許才能形成。由此可見，存儲器產業的進入門檻相當高。中國存儲芯片仍有很長一段路要走。
首先，自主創新是成敗的關鍵所在。作為后進者，盡管中國存儲產業的發展，特別是在初期階段，需要國家的大力支持。但是政府的力量只能是協助，而不能成為依賴。自立自強始終是企業成敗的關鍵，這是中國半導體產業幾十年發展得出的經驗。
考慮到整個產業形勢，在未來相當長的一段時間內，中國存儲產業必須是一個踏踏實實的“跟隨者”與“學習者”，同樣又要爭當一個與產業共同進步的“貢獻者”。與邏輯芯片不同，存儲芯片具有高度標準化的特性，且品種單一，較難實現產品的差異化。這導致各廠商只能集中在工藝技術和產業規模上比拼競爭力。中國企業要想在與國際巨頭的競爭中不落后，就必須擁有第一線的技術、工藝水平。這也是長江存儲開發Xtacking，長鑫存儲致力于消化吸收奇夢達技術并進一步發展的意義所在。只有擁有核心技術，才能取得與國際巨頭同場競技的機會。
目前，3D NAND工藝技術已經推進到96層，明年128層有可能會成為主流；在DRAM方面，DRAM主流的還在18nm工藝，其中18nm屬于1X nm節點，后面的1Y nm則是14-16nm之間，1Z大概是12到14nm。再之后，還有1α及1β工藝。中國企業必須加快趕上來。在巨頭競爭的市場中，滿足于二線地位就意味著被淘汰。
EUV光刻工藝是當前存儲行業關注的重點之一。今年臺積電、三星都在邏輯芯片生產中引入了EUV，量產7nm產品。存儲芯片對于采用EUV并不如邏輯芯片那樣迫切，現有的多重圖形曝光技術在成本上仍然更加有優勢。不過有消息稱，三星已在探索在DRAM芯片中的應用。中國企業也應前期會投入，進行相關工藝的探索和開發，不能輸在起跑線上。同時積極布局新型存儲器技術研究和開發，對目前的幾個新技術，如RRAM、MRAM、PRAM等均應投入資金和人才研究，而不要停留在討論那種技術未來可能勝出。
其次，國家的支持必不可少。從美國、日本、韓國的經驗可以看出，存儲芯片產業的發展，政府都發揮了重要作用。比如日本通產省牽頭組建“VLSI聯合研發體”，對存儲芯片技術的開發，比如韓國公司在韓國國有銀行支持下，以低廉的資金成本，采用最新的技術大量建廠，通過規模化降低成本，進行“反周期投資”擠壓對手。中國存儲芯片產業的發展也離不開國家的支持，在戰略層面，整合各方資源，從資金、人才給予支持，以求在技術工藝上盡快實現突破。同時也要注意，國家支持不能代替企業行為，任何決策都要以市場為依據。
第三，存儲產業由IDM廠商主導這是行業的大趨勢。目前，行業內對于存儲芯片發展模式仍存有一定討論。IDM是主流的存儲企業發展模式。三星、SK海力士、美光等無一例外都是IDM廠商，都有自己的晶圓制造廠與封測廠，產業布局相當完善，而且整個存儲產業中幾乎沒有獨立的Fabless廠商。這是因為存儲器是高度標準化的產品，難度是提升存儲密度。制造難度在于設計者與制造者之間的協高和交流必須十分頻繁，且存儲企業往往需要嚴格把控核心技術，代工模式很難做到這一點。此外，隨著工藝技術水平的提升，存儲芯片生產線的建廠成本呈指數級增長，新工藝的研發需要大量的人力和財力支持。IDM企業所得利潤比分工模式更集中。
第四，應當建立本土的分析市場機構。從歷史發展經驗來看，存儲器產業是一個周期波動的產業。行業處于上行周期時，各廠商不斷引入新工藝縮小產品尺寸，并擴廠增加產能。而處于行業下行周期時，各廠則不斷降價出貨以努力維持市場份額，廠商擴張產能，技術迭代等因素導致市場供應出現劇烈波動，造成市場特殊的周期性風暴。在我國將發展存儲器產業作為國家戰略的大背景下，考慮到存儲器產業本身的周期波動和不確定性，以及長期大投入、高風險特性，因此，應當盡快建立并完善行業定期監測分析和預警機制，無論從國家層面還是從產業層面，都是一件非常有意義的事情。
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