[原创] 国内发展Nor Flash正当时
2020-04-15
14:00:07
来源: 半导体行业观察
曾经NOR Flash由于容量小、成本高等缺点，一度被存储大厂边缘化，但是由于5G、IOT、AMOLED和智能汽车等下游市场的快速发展，再次受到厂商的重视。提到NOR Flash大家首先想到的国内排名第一的兆易创新，但除了兆易创新之外，还有许多中小厂商在这个领域“摸爬滚打”，瓜分剩余10%的NOR Flash市场份额。NOR Flash属于利基存储，市场竞争和技术门槛较低，是新入者切入存储领域的最佳选择。
NOR Flash即代码型闪存芯片，主要用来存储代码及少量数据。与主流的 NAND Flash相比， NOR Flash容量密度小、写入速度慢、擦除速度慢、价格高，但是NOR Flash由于其地址线和数据线分开的特性，不必再把代码读到系统RAM中，应用程序可以直接在NOR上运行（XIP, eXecute In Place），且NOR Flash 还具备更快的读取速度、更强的可靠性和更长的使用寿命， 这些因素的存在也注定了NOR Flash不容易被市场淘汰，甚至正在重登历史舞台。
根据Morgan Stanley研究报告评估，预计2020年NOR Flash全球营收较2019年相比将迎来3%的增长，NOR Flash产品将有望迎来更多增量需求。
增量需求一：智能手机屏幕。
如今智能手机采用 AMOLED屏幕和全面屏设计已是大势所趋，随着国内的AMOLED屏幕量产已提速，AMOLED 在手机上的渗透率会逐年提升。而我们知道，AMOLED需要外挂一颗 8Mb（Full HD）或32Mb（QHD）的NOR Flash进行光学补偿；全面屏手机倾向于采用TDDI方案，需外挂一颗NOR Flash作为储存触控功能所需的分位编码。
增量需求二：可穿戴设备&IoT模块。
在IoT日益爆发的今天，每一个IoT设备中都至少需要外挂一颗Flash来存储程序以达到更智能的效果，而NOR Flash的高可靠性、快速读取使其比NAND Flash更适合成为IoT设备代码存储的方案。据产业链调研，在可穿戴设备中仅应用于TWS耳机的NOR Flash市场增量有望在2021年突破2亿美元；另外IoT模块主要包括蜂窝版和WIFI版，应用于该市场的NOR Flash市场规模有望在2021年接近2亿美元。这一需求也成为NOR Flash增长的主要驱动力。
增量需求三：智能汽车&5G基站。
随着FPGA和SoC在5G基站中被广泛使用，而在存储 FPGA 配置图像和SoC启动代码方面，NOR Flash存储器可在初始响应和启动时提供高可靠性，并具有低时延，同时能在市场上存活10年或更长时间，比NAND和SD卡更受欢迎。而且单个基站就要使用6颗以上NOR Flash，用量超过5Gb。所以应用于5G基站的NOR Flash市场规模也将迅速增长。
智能汽车的需求也越来越大，从汽车各配件来看，小到汽车摄像头，大到高级驾驶辅助系统(ADAS)都会对NOR Flash产生一定量的需求，从普通汽车、半自动驾驶到全自动驾驶汽车，车载摄像头的个数从4个提升到6个，NOR Flash的使用量也成倍增长。
自2010年开始，NOR Flash市场经历数次洗牌。2017年随着Cypress和美光均宣布退出低端 NOR Flash市场，之后便形成了持续至今的五强竞争格局。在NOR Flash领域，全球前五大供应商占据90%以上产能，而兆易创新作为国内的最大的NOR Flash厂商正在不断改写五强的排名格局。
据CINNO Research 对2019第二季度存储产业研究报告显示，兆易创新在NOR Flash领域超越美光，以13.9%的市场份额首度站上全球第四名的位置；到2019年第三季度兆易创新Nor Flash市场份额更上一层，提升到18.3%，超越赛普拉斯排名全球第三，前二名分别为华邦电子和旺宏电子。
西部证券深度研究指出，出现这种情况的原因主要有两个，一个是车用电子和工业市场的 NOR Flash需求比较一般，美光和Cypress的NOR Flash产品主要应用于这两个市场，而消费电子市场需求提升明显；第二个原因是旺宏、华邦电和兆易也在不断向车载、工控等市场渗透，美系厂商在市场竞争压力下已有彻底退出NOR Flash市场的想法，产能规模有不增反降的趋势。
而兆易创新在国内晶圆厂的支持下，在国内TWS耳机等多个下游市场爆发的拉动下，产能和需求均有保障，2019年度，兆易创新的NOR Flash产品累计出货量已经超过100亿颗。兆易创新的产品成功打入苹果供应链，使其吃到了NOR Flash在TWS耳机行业的最大蛋糕，去年TWS耳机的需求高涨为兆易创新的NOR Flash业务贡献超过10%的收入。据了解，兆易创新提供了从512Kb至512Mb的系列产品，涵盖了NOR Flash市场的大部分容量类型，电压涵盖1.8V、2.5V、3.3V以及宽电压产品。
目前兆易创新的NOR Flash产品工艺处于行业内主流技术水平，工艺节点主要为65nm，同时有少量55nm工艺节点产品。2020年公司将实现55nm工艺产品全面量产，保持中低端市场持续竞争力，加大研发力度推进大容量、高性能、高可靠性产品，提高高端产品市场占有率，持续提高公司在NOR Flash市场竞争优势。
作为电子系统的粮仓，存储芯片的重要性可以用一句话形容“以行军打仗作比喻，发展存储芯片可谓是兵马未动粮草先行”。因此，由于存储芯片的重要性和广阔的市场空间吸引了一大波国内中小厂商的聚集，在NOR Flash领域，除了兆易创新之外，还有很多国内中小厂商也在暗暗发力，瓜分NOR Flash剩余的10%份额。
武汉新芯集成电路制造有限公司（“XMC”），成立于2006年，紫光集团旗下核心企业，专注于NOR Flash与晶圆级XtackingTM技术。XtackingTM技术是武汉新芯自主研发、国际先进的晶圆级三维集成技术平台。公司从2012年开始研发三维集成技术，是国内首家采用硅通孔技术（TSV）来生产图像传感器的制造商。
在Nor Flash领域，武汉新芯有深耕多年的代工业务，自2008年开始向客户提供专业的300MM晶圆代工服务。他们近年来还着力打造自有品牌的Nor Flash，2017年，武汉新芯正式宣布进军自有品牌Nor Flash，致力于开发高性价比的SPI NOR Flash产品。武汉新芯在此前还推出了业内领先的、使用50nm Floating Gate工艺打造的SPI NOR Flash宽电压产品系列XM25QWxxC。
普冉半导体（上海）有限公司（以下简称“普冉半导体”），成立于2012年，是一家非易失性存储器、高安全存储器以及高性能磁传感芯片的供应商。普冉半导体定位是利基市场存储器，目前主要覆盖三方面产品，包括超低功耗SPI Flash，串行EEPROM以及面向金融高安全Flash。
联合国内晶圆厂，普冉半导体致力于研发28-55nm超低功耗、高可靠性的NOR Flash存储器产品，可用于传统的消费类和工业市场以及新兴的应用市场。普冉的NOR Flash产品具有极具竞争力的裸芯片尺寸和超高性能优势，为MCP和MCU方案上提供了很好的选择。
自2015年，普冉第一颗高安全性4Mb SPI NOR Flash 产品研发成果，截止2018年，普冉12寸Flash晶圆累计出货量达10000片（6.5亿颗）。
珠海博雅科技有限公司成立于2014年12月，由资深存储器研发团队创建而成。公司主营自主设计研发基于65-90nm/12英寸的核心高端通用闪型存储器集成电路产品，研发团队掌握存储器芯片设计研发的核心技术,具有国际前沿产业动态把握和产品创新的研发能力,有成功开发及量产闪型存储器芯片的经验。
目前，正在研发的3.0V及1.8V，512 Kbit～256 Mbit高端通用芯片系列产品属国家重点鼓励发展的核心芯片，代表性产品SPI串行闪存已经完成研发设计，性能参数指标已全面通过客户的验证，进入大规模量产阶段。
芯天下成立于2014年，是一家专注于存储芯片的半导体高新技术公司。芯天下扎根中国，专注耕耘自有品牌（XTX 芯天下）。公司产品规划不仅覆盖了成熟的存储技术路线，而且也已完成未来新型存储器多点布局。目前量产的产品包括SPI NOR Flash, NOR MCP, SPI NAND Flash, SD NAND Flash, NAND MCP等，主要应用于物联网，显示与触控，通信，消费电子，工业等领域。
芯天下管理和研发团队均拥有国际存储器知名半导体厂商经验，如飞索半导体、意法半导体、三星半导体、飞思卡尔等。研发人员占据60%。团队除了在存储芯片上的垂直深耕，同时也在有序推进标准芯片大方向上的横向扩张，即将在2020年推出通用MCU产品线。
近日，芯天下华虹集团旗下上海华力微电子有限公司签订战略合作协议。在此之前，芯天下已与国内领先的半导体集成电路封装测试厂商签订了战略合作协议，就芯天下自主研发的多条存储芯片产品线全面展开深度合作。
合肥恒烁半导体科技公司于2015年2月在合肥市注册，致力于设计，开发和生产销售先进半导体闪存芯片以及嵌入式闪存器。公司已和多家晶圆生产和封装厂建立了战略合作伙伴关系，共同开发NAND 、NOR闪存、EEPROM和其它新型存储器产品;；同时合肥恒烁正与中科大合作联合研发基于NOR 架构的人工智能(AI)芯片。
2019年7月16日，合肥恒烁半导体科技公司与中国科大团队历时两年共同研发的基于NOR闪存架构的存算一体（Computing In Memory）AI芯片系统演示顺利完成。这标志着，具有我国自主知识产权，国内首创、国际领先的超低功耗存算一体的人工智能芯片在肥问世。
四川省豆萁科技股份有限公司是一家专门从事高端闪型存储器芯片设计及方案提供的高科技公司，总部位于"西部硅谷"绵阳市。公司提供NOR Flash、NAND Flash、Controller等产品及解决方案，与中科院微电子研究所是全面战略合作伙伴，联合研发抗辐照系列产品，为我国航空航天等高可靠应用领域提供具有自主知识产权的高性能存储芯片。
自2006年开始启动研发工作以来，中天弘宇历经10多年的努力，突破了多年来困扰半导体NOR闪存科技领域的技术瓶颈，最终完成了“4F² NOR闪存技术”——中国闪存的研发，成为一家全面完整拥有4F² NOR闪存核心技术和知识产权的企业。同时在半导体领域将NOR闪存技术提升到了一个全新的高度，此项技术填补了我国在该技术领域里的空白。公司将这个拥有完整知识产权的4F² NOR Flash 命名为：中国闪存。
中天弘宇注于集成电路存储芯片领域，目标是让中国的存储芯片从无到有；让存储芯片拥有完整知识产权；进一步完成NOR闪存向1X进军，向3D NOR方向发展；依托自主研发的4F2NOR闪存核心技术，为用户提供Flash闪存、SOC芯片等产品，广泛应用于物联网、智慧城市、智能家居、汽车电子等领域。
复旦微电子是领先的存储器产品供应商，现拥有完整的NVM产品线。与优质的流片合作伙伴协作，向全球众多客户提供高可靠的NVM产品，现主推四大产品线：EEPROM （容量1kbit-1024kbit）、SPI NOR Flash （容量0.5Mbit-256Mbit）、NAND Flash （容量0.5Gbit-8Gbit）
和ASNVM （VCM Driver EEPROM / NNVM）。
深圳市易储科技有限公司(简称易储)成立于2017年，是一家专注于存储芯片的半导体高新技术公司。易储专注耕耘自有品牌（YC易储），致力成为中国自主存储芯片方案提供商。产品包括NAND MCP, SPI NAND,EEPROM,SPI NOR Flash、SDRAM、SSD固态硬盘主控等，主要应用于手机、平板电脑、车载设备、监控、POS机、家电、M2M、数据卡和机顶盒等终端产品上。
易储科技的管理层、股东、核心技术骨干均曾服务于国际存储器知名半导体厂商，如飞索半导体、意法半导体、三星半导体、奇梦达、飞思卡尔等、东芝、博雅等 ，对存储器行业的生存法则有着深刻的认知，洞悉行业趋势及中国市场需求。
每种半导体技术都将有一天到达终点。而NOR Flash正面临性能扩展的瓶颈，并逐渐被更多的SLC NAND和新兴存储应用所取代。不过，业界专家认为，NOR Flash并不会完全消失，但必须转而寻求其它应用需求…嵌入式NOR仍然可行，但是在扩展技术方面存在挑战。
UMC业务管理副总裁Walter Ng表示，嵌入式NOR闪存的主流市场为40nm及以上，尽管该行业已开始朝着更小的几何尺寸迁移。Ng说：“开发方面的重点是28nm。”
在嵌入式NOR继续获得收益的同时，业界正在开发几种下一代存储器类型，许多新的存储器目标是取代传统的嵌入式NOR。“诸如MRAM之类的新兴存储器很有希望，它们可以启用新的应用程序；然而，与传统的嵌入式闪存相比，新兴存储器可以大大降低总体成本，还有很长的路要走。” Microchip的Tiwari说。“掩模数量不是比较非易失性存储器成本的有效方法。”
但是，嵌入式MRAM越来越受欢迎。例如，GlobalFoundries和Everspin正在为GlobalFoundries的22nm FD-SOI平台开发嵌入式MRAM技术。GlobalFoundries计划将MRAM替换为嵌入式NOR，以实现紧密的流程-包括finFET在内的所有流程。
此外，三星还在其28nm工艺中制造了嵌入式8Mbit STT-MRAM。该设备证明了用于物联网应用的eMRAM商业化的可行性。
另一种技术ReRAM也开始涌现，甚至准备即将离开实验室研发阶段。ReRAM在嵌入式领域具有显着优势，例如在速度和低功耗方面。松下是第一个将ReRAM技术商业化的公司。2013年7月，松下推出了8位MCU。该MCU集成了0.18微米ReRAM技术。
此外，松下和联电在2018年5月举行的国际存储器研讨会（IMW）上共同宣布了ReRAM（嵌入式ReRAM）的开发状态。并展示了具有8 Mbit（1 MB）存储容量的嵌入式ReRAM宏的原型。他还表示，该产品正在开发中，将于2019年实现商业化。但如今松下已将其半导体业务部门剥离，具体进展尚不清楚。不过早在2017年，中芯国际已正式出样40nm工艺的ReRAM芯片。
综上，新兴存储技术的发展尚需时日，如今NOR Flash仍然是嵌入式领域的“香饽饽”。
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