文｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
近年來，存儲芯片行業(yè)的市場動態(tài)發(fā)生了相當(dāng)大的變化。三星電子公司曾經(jīng)是該領(lǐng)域無可爭議的領(lǐng)導(dǎo)者，但現(xiàn)在卻落后于規(guī)模較小的競爭對手 SK 海力士。
兩家公司之間不斷擴大的差距是來自哪里？
01、爭做CXL游戲規(guī)則改變者
造成這種差距的一個主要因素是投資者對SK 海力士作為潛在人工智能 (AI) 領(lǐng)導(dǎo)者的信心增強。公司一直積極拓展在人工智能行業(yè)的布局，吸引了來自各個領(lǐng)域的巨額投資。SK 海力士的尖端研發(fā)工作和戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系展現(xiàn)了對推進人工智能技術(shù)的堅定承諾。由于對其高帶寬內(nèi)存 (HBM) 芯片的高需求，其股價今年飆升了 67%。
另一方面，三星股價僅上漲了24%，相對微薄。業(yè)內(nèi)人士分析，為了在存儲芯片領(lǐng)域進行有效競爭，三星需要重新考慮其戰(zhàn)略，并確保其創(chuàng)新與行業(yè)的快速進步保持一致。
爭奪CXL市場的核心是DRAM，三星和SK海力士是全球第一和第二大存儲器廠商，自然不會錯過CXL這片“新藍?！?，目前都在積極開發(fā)CXL技術(shù)，以提高服務(wù)器DRAM銷量。CXL內(nèi)存模塊理論上在服務(wù)器中可以實現(xiàn)“無限”的DRAM擴展，而且還能統(tǒng)一不同信息處理設(shè)備直接的通信協(xié)議，簡化了數(shù)據(jù)處理、減少了數(shù)據(jù)瓶頸、提高了能源效率，解決了現(xiàn)有計算機標(biāo)準(zhǔn)里DRAM的物理可擴展性問題。
三星于 2021 年 5 月開發(fā)了業(yè)界首款基于 CXL 的 DRAM 技術(shù)，引領(lǐng)下一代內(nèi)存的商業(yè)化。開發(fā)兩年后，三星宣布計劃開始大規(guī)模生產(chǎn)基于CXL的 128GB DRAM。
三星最近在 HBM 芯片開發(fā)方面落后于 SK海力士。他們表示，為了避免在 CXL 開發(fā)中重蹈覆轍，這家科技巨頭似乎正在積極爭取在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。將積極利用 CXL 內(nèi)存模塊 (CMM) 等新型接口，這將有助于實現(xiàn)內(nèi)存帶寬和容量可以根據(jù)運營需求無縫擴展。
今年5月，三星發(fā)出其首款支持Compute Express Link（CXL）2.0的128GB DRAM。同時，三星與英特爾密切合作，在英特爾至強平臺上取得了具有里程碑意義的進展?！白鳛镃XL聯(lián)盟的董事會成員，三星電子在CXL技術(shù)上一直處于前沿地位，”三星電子新業(yè)務(wù)企劃副總裁Jangseok Choi表示，“這一突破性的進展強化了我們通過與全球各地的數(shù)據(jù)中心、企業(yè)級服務(wù)器和芯片公司合作，進一步擴大CXL生態(tài)系統(tǒng)的決心?！?/p>
CXL 2.0是三星有史以來第一個支持內(nèi)存池（Pooling）的產(chǎn)品。內(nèi)存池是一種內(nèi)存管理技術(shù)，它將服務(wù)器平臺上的多個CXL內(nèi)存塊綁定在一起，形成一個內(nèi)存池，使多個主機能夠根據(jù)需要從池中動態(tài)分配內(nèi)存。這項新技術(shù)使客戶盡可能的降本增效，從而幫助企業(yè)將有限的資源重新投資于增強服務(wù)器內(nèi)存中去。
三星電子計劃于今年年底之前開始量產(chǎn)這一最新的CXL 2.0 DRAM，并準(zhǔn)備推出多種容量的產(chǎn)品，以滿足快速變化的下一代計算市場，進一步加速擴大CXL生態(tài)系統(tǒng)。
CXL作為下一代內(nèi)存可擴展設(shè)備，能夠為高性能服務(wù)器系統(tǒng)中與CPU一起使用的加速器、DRAM和存儲設(shè)備提高效率。由于它與主內(nèi)存（main DRAM）共同使用時可擴大帶寬和容量，該技術(shù)的進步有望在人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)（ML）等核心技術(shù)，對處理高速數(shù)據(jù)的需求極大增加的下一代計算市場引起轟動。
今年10月中旬，SK海力士與數(shù)據(jù)處理平臺公司HazelCast合作，發(fā)布了Compute Express Link（CXL）技術(shù)應(yīng)用白皮書。SK海力士公布的實證結(jié)果表明，通過使用下一代CXL內(nèi)存，可以將數(shù)據(jù)處理能力提高40%以上。
SK海力士通過擴展 CXL 內(nèi)存的帶寬，系統(tǒng)處理速率提高了 40%，超過了僅使用 DRAM 的系統(tǒng)。此外，延遲時間提高了 30-50%。這表明，通過同時使用 CXL 內(nèi)存，可以節(jié)省 DRAM 的高成本。傳統(tǒng)上，不同的設(shè)備有不同的連接方法。然而，CXL 統(tǒng)一了多個接口，允許直接設(shè)備連接和共享內(nèi)存。這不僅擴展了內(nèi)存容量和性能，還解決了與數(shù)據(jù)處理延遲和速度降低相關(guān)的問題。
2022年8月，SK海力士率先開發(fā)了基于DDR5 DRAM的CXL內(nèi)存樣品。5月，在美國內(nèi)華達州拉斯維加斯舉行的IT展會Dell Technologies World (DTW) 2023上，也展示了真實服務(wù)器中的CXL內(nèi)存。
CXL內(nèi)存市場尚未完全成熟，因為能夠利用CXL內(nèi)存的CPU尚未推出。不過，英特爾預(yù)計將在明年上半年發(fā)布其首款商用服務(wù)器CPU，名為Sierra Forest。在此之前，三星電子和 SK 海力士計劃于今年晚些時候生產(chǎn)下一代 CXL 2.0 內(nèi)存。
這場戰(zhàn)爭，仍在持續(xù)。
02、閃存技術(shù)：層數(shù)較勁
2023年8月9日，SK海力士宣布，通過321層4D NAND樣品的發(fā)布，正式成為業(yè)界首家正在開發(fā)300層以上NAND閃存的公司。
SK海力士美國加利福尼亞州圣克拉拉舉辦的“2023閃存峰會”上公布了321層1Tb TLC(Triple Level Cell)* 4D NAND閃存開發(fā)的進展，并展示了現(xiàn)階段開發(fā)的樣品。
作為業(yè)界首家公布300層以上NAND具體開發(fā)進展的公司，SK海力士宣布，將進一步完善321層NAND閃存，并計劃于2025年上半期開始量產(chǎn)。SK海力士相關(guān)負責(zé)人表示：以正在量產(chǎn)的最高級238層NAND積累的技術(shù)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，公司正在有序進行321層NAND的研發(fā)。
321層1Tb TLC NAND的效率比上一代238層512Gb提高了59%。這是由于數(shù)據(jù)存儲的單元可以以更多的單片數(shù)量堆棧至更高，在相同芯片上實現(xiàn)更大存儲容量，進而增加了單位晶圓上芯片的產(chǎn)出數(shù)量。
此前SK 海力士在公告中稱，已開始量產(chǎn) 238 層 4D NAND 閃存，并正在與生產(chǎn)智能手機的海外客戶公司進行產(chǎn)品驗證。
SK 海力士強調(diào)：“公司以 238 層 NAND 閃存為基礎(chǔ)，成功開發(fā)適用于智能手機和 PC 的客戶端 SSD（Client SSD）解決方案產(chǎn)品，并在 5 月已開始量產(chǎn)。公司在 176 層甚至在 238 層產(chǎn)品，都確保了成本、性能和品質(zhì)方面的世界頂級競爭力，期待這些產(chǎn)品在下半年能夠起到改善公司業(yè)績的牽引作用?！?/p>
據(jù)介紹，238 層 NAND 閃存作為世界上最小體積的芯片，生產(chǎn)效率比上一代的 176 層提升了 34%。此產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸速度為每秒 2.4Gb，號稱比上一代的速度快 50%，并且改善了約 20% 的讀寫性能。
SK 海力士表示，計劃在完成智能手機客戶公司的驗證后，首先向移動端產(chǎn)品供應(yīng) 238 層 NAND 閃存，隨后將其適用范圍擴大到基于 PCIe 5.0 的 PC 固態(tài)硬盤（SSD）和數(shù)據(jù)中心級高容量固態(tài)硬盤產(chǎn)品等。
SK 海力士在 2018 年研發(fā)的 96 層 NAND 閃存就導(dǎo)入了 4D 方式，采用電荷捕獲型技術(shù) (CTF，Charge Trap Flash) 和 PUC（Peri. Under Cell）技術(shù)。相比 3D 方式，4D 架構(gòu)號稱具有單元面積更小、生產(chǎn)效率更高的優(yōu)點。
據(jù)DigiTimes報道，三星準(zhǔn)備明年開始生產(chǎn)第9代V-NAND技術(shù)的產(chǎn)品，將超過300層，繼續(xù)沿用雙堆棧架構(gòu)。
所謂雙堆棧架構(gòu)，即在300mm晶圓上先生產(chǎn)一個3D NAND閃存堆棧，然后在原有基礎(chǔ)上再構(gòu)建另一個堆棧。超過300層的第9代V-NAND技術(shù)將提高300mm晶圓生產(chǎn)的存儲密度，使得制造商能夠生產(chǎn)更低成本的固態(tài)硬盤，或者讓相同存儲密度及性能的固態(tài)硬盤變得更便宜。據(jù)了解，三星為了保證產(chǎn)量，可能會在第10代V-NAND技術(shù)上引入三堆棧架構(gòu)，層數(shù)將達到430層。這意味著會增加原材料的使用量，并增加每個3D NAND晶圓的成本。去年三星在“Samsung Tech Day 2022”上提出的長期愿景是，到2030年會將層數(shù)提高至1000層。
03、本是同根生
三星和SK海力士看似打的不可開交，其實也是“一根繩上的螞蚱”，本質(zhì)同根生。
無論是三星還是SK海力士對于中國市場的依賴程度都很高，并且有不少芯片產(chǎn)能都放在中國大陸。三星和SK海力士在中國無錫、青島等地都擁有芯片工廠，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，三星和SK海力士有近半的芯片產(chǎn)能都在中國大陸，不僅如此中國市場也是三星和SK海力士最主要的海外市場之一。
然而美國的“限制”讓三星和海力士苦不堪言。三星和SK海力士在中國市場上的出貨也受到了限制。例如此前美光被中國相關(guān)部門部分禁售的時候，三星和SK海力士就曾被美國要求不得擴大市場份額。
就在前不久，三星和SK海力士被拜登列入到最終驗證名單當(dāng)中，獲得了所謂的永久豁免權(quán)。其在中國大陸的工廠將可以從美設(shè)備廠商處獲得設(shè)備，并且芯片出貨的限制在一定程度上也被放開。這件事不僅讓人們意識到三星和SK海力士本就是一根繩上的螞蚱，更是應(yīng)該齊心協(xié)力擺脫外部障礙的最佳搭檔。
為了促進存儲回暖，三星電子和SK海力士宣布對DRAM和NAND閃存芯片漲價10%-20%。供應(yīng)商為了緩解虧損，開始降低產(chǎn)能和投資，減少供應(yīng)量。這樣一來，供需關(guān)系逐步改善，存儲芯片的價格也出現(xiàn)了止跌回升的跡象。