​Nor Flash,前景几何?

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2021-10-15 09:11

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由于新冠疫情的蔓延,我们的生活和工作发生了巨大的变化。由于日本政府发布了“紧急事态宣言”等因素,网上购物迅速扩大、远程办公和在线学习也得以普及。此外,由于人们不得不“宅在家中”,因此为了愉快、舒适地度过居家生活,各类电器产品、游戏机产品开始出现畅销。总之,新的生活方式(New Normal,新常态)已经在全球范围内普及。

后来,由于全球范围内推进新冠疫苗的接种,才不再出现聚集性、爆发性的感染。虽然在2021年年末之前还有可能出现第六波爆发,但管控应该会不及之前严格。

然而,半导体供给不足问题仍未得到解决。受到东南亚各国“封城(Lock Down)”的影响,无法采购半导体以及其他零部件,最终导致无法生产各类电器产品和汽车,情况不容乐观。

此外,即使欧美国家解除“封城”、日本解除紧急事态,人们的生活也无法回到疫情之前,在某种程度上,似乎新的生活方式(New Normal)已经固定。也就是说,用于各类电器产品、游戏机的半导体的市场依然会继续扩大。

本文,首先,论述用于特定方向的逻辑半导体(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)的发展动向,然后论述用于电器产品、游戏机的ASIC未来将继续呈现增长趋势。其次,再论述由于用于电器产品、游戏机的NOR型闪存(以下简称为“NOR”)的价格高涨,未来出货金额、出货数量将继续增长。最后,与闪存NAND进行比较,推导出未来NOR的供给将继续不足的结论。

ASIC的出货动向

用于消费类电子、通信设备、计算机、汽车的ASIC的出货数量趋势如下图1所示。此处,由于车载ASIC的出货数量很少,所以记录在了右边。

图1:特定用途方向的逻辑半导体(ASIC)的出货数量(一一2021年8月),笔者根据WSTS的数据制作了此图。(图片出自:jbpress)


由上图可以看出,尤其引人注目的是自2020年下半年以来,用于电器产品、游戏机等消费电子产品的ASIC的出货数量迅速增长。此外,用于计算机的ASIC的出货数量也稳步上升。此外,以上增长趋势在九月份以后依旧存在。

另一方面,用于智能手机等通信设备方向的ASIC的出货数量的走势十分不稳定!这也许和淡旺季有关系。此外,用于汽车的ASIC在2020年六、七月份陷入低潮,后来,虽然出现了增长,在2021年3月以后几乎没有变化。

此处,车载ASIC出货数量在2020年六、七月份陷入低潮的原因如下,汽车厂家遵循“准时制生产方式(Just In Time,简称JIT)”,取消了车载半导体的订单。另外,进入2021年,之所以出货数量增长,是由于将汽车视为国家主要工业的日本、美国、德国政府分别经由台湾当局向TSMC索要产能,TSMC通过紧急措施提供了产能。

但是,2021年2月美国得克萨斯州受到寒流袭击,作为车载半导体厂家的德国英飞凌、荷兰NXP(恩智浦)被迫停工,3月份瑞萨那珂工厂因火灾而停工。受到以上影响,2021年3月以后,车载ASIC的出货数量基本保持不变。因此,车载半导体的供给不足问题在未来还会持续存在。

NOR的价格高涨、出货趋势


据日本经济新闻(2021年9月30日)报道,在2020年下半年之前,256MB的NOR的大宗交易价格为1.1美元(约人民币7.15元),在2021年7月一一9月价格上升至2倍,为2.2美元(约人民币14.3元)。

闪存半导体主要分为NOR 和NAND两类。两种产品都是由原东芝的舛冈富士雄先生发明的非挥发性存储半导体(存储的信息在电源关掉之后依然能长时间存在,不易丢失)。这两类产品的特征如下图所示。

图2:NOR型和NAND型的特征比较。
(图片出自:jbpress)

与当下主流的闪存半导体NAND相比,NOR的数据写入速度较慢、擦除速度也慢,但具有读取速度较快的特点。由于这一特点,NOR被应用于存储电气产品、游戏机的程序(Program)。NOR的存储可靠性较高的特点,对于存储程序而言也是优势。

NOR的出货金额和出货数量的趋势如下图3所示。可以看出,进入2021年以来,出货金额、出货数量都急剧增长。出货金额在2021年8月达到月份的最高值,为2.94亿美元(约人民币19.11亿元)。出货数量在2021年3月份达到历史最高值,为6.25亿个,后来虽然出现了下滑,但六月份以后又出现大幅度增长,在连创三个月的新高之后,在八月份达到了5.66亿个。

图3:NOR型闪存的出货金额、出货数量。笔者根据WSTS的数据制作了此图。(图片出自:jbpress)

据近日日本经济新闻报道,韩国三星将撤退NOR业务、美国的镁光科技也在减少供给量。虽然目前还不了解韩国SK hynix、日本铠侠的动向,但肯定不会像NAND一样汇集所有资源进行研发、生产。因此,“NOR供给不足”、“NOR价格高涨”的问题在当下、未来都会继续存在。

如上所述,由于用于消费类电子的ASIC的出货数量持续增长、用于存储程序的NOR(电气产品和游戏机方向)的市场持续扩大,因此如上文所述,新的生活方式正在普及。

NOR和NAND结构的不同


东芝的舛冈富士雄先生在1984年发明了NOR, 1986发明了NAND。但是,由于目前主流的闪存是NAND,所以笔者并未十分关注NOR。下面我们在确认NOR和NAND工作差异的同时,再比较二者的市场规模。

NOR 和NAND存储器的区别如下图4所示。下图4使用的术语解说如下所示:

  • Cell(存储单元):通过存储、释放电子,使存储器工作。

  • Word Line(字线):用于选择存储单元的信号线。

  • Source Line(源线):用于释放位线(Bit Line)电压的排线。


图4:黄色部分为“存储单元”。NOR 和NAND的区别。
(图片出自:jbpress)

由于NOR型的位线和源线都与各自的存储单元相连,因此可以读取一比特(Bit)单位的数据。此外,虽然可以随机进行高速读取,但写入速度较慢。同时,由于各存储单元都需要源线,因此难以实现较高的集成度。

另一方面,就NAND而言,位线和源线与多个存储单元相连接,所以多个存储单元可以同时写入、擦除数据,且速度较快!但是,无法进行一比特单位的读取。此外,由于NOR不需要存储单元的源线,因此易于实现高集成化。

由于NOR 和NAND具有如上所述的优势和劣势,因此如上图2所示,NOR用于存储程序、NAND用于存储大容量的数据。

下面我们来看看NOR 和NAND的市场动向。

NOR和NAND的市场动向


下图5是NOR和NAND的出货金额推移表。英特尔得到了东芝的授权于1988年开始出货NOR,因此进入市场的时间早于NAND。NAND于2000年前后进入市场,远远晚于NOR。

图5:NOR 和NAND的出货金额的推移。笔者根据WSTS的数据制作了此图。(图片出自:jbpress)

但是,NAND被广泛应用于数码相机、苹果的音乐播放器iPod、手机等诸多方向,且规模在不断扩大。而且,NAND在2004年超过了NOR。此外,在2004年美国苹果发售iPhone之后,NAND被各家公司广泛采用。另外,SSD(以NAND为主要产品)也逐步取代PC、服务器等计算机的存储器一一HDD。

结果,在存储半导体泡沫的2018年,NAND的市场规模一度达到542亿美元(约人民币3,523亿元)。相反,NOR的市场规模仅为NAND的1/20,为21.7亿美元(约人民币141.05亿元)。

NOR的出货数量不足NAND的40%


下图6是NOR和NAND的出货数量的推移。NAND的出货数量超过NOR是在2008年(“雷曼冲击”)。在2000年以后,NAND的出货数量稳步增长,2016年以后,在110亿个上下徘徊。主要原因是自2016年以后,原本2D结构的NAND开始实现3D化。

图6:NOR 和NAND出货数量的推移。笔者根据WSTS的数据制作了此图。(图片出自:jbpress)

另一方面,NOR的出货数量在2017年达到了顶峰,约57亿个,而2008年以后的出货数量基本保持在40亿个左右。虽然NOR的出货金额仅为NAND的1/20,但出货数量却为NAND的40%左右。笔者对于NOR如此之大的出货数量十分震惊!

NOR单价低廉、因此出货金额相对较低,但是,对于各类电器产品、游戏机而言,NOR是极其重要的存储半导体。

如今NOR价格高涨,出货金额、出货数量都在扩大!但是,由于三星电子等尖端的存储半导体厂家却在撤销NOR业务,因此NOR供给不足问题很可能会更严重。这是最近新出现的一项“半导体供给不足问题”之一。新冠疫情带来的新生活方式也许可以使NOR市场更加活跃!


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