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1. 存儲(chǔ)類芯片介紹

 

存儲(chǔ)芯片，也叫存儲(chǔ)器，是用來存儲(chǔ)程序和各種數(shù)據(jù)信息的記憶部件。根據(jù)斷電后數(shù)據(jù)是否被保存，可分為 ROM（非易失性存儲(chǔ)芯片）和RAM（易失性存儲(chǔ)芯片），即閃存和內(nèi)存，其中閃存包括NAND Flash和NOR Flash，內(nèi)存主要為DRAM。

 

存儲(chǔ)芯片分類示意圖

根據(jù)存儲(chǔ)形式不同，存儲(chǔ)器可分為三大類：光學(xué)存儲(chǔ)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)，其中光學(xué)存儲(chǔ)是指根據(jù)激光等特性進(jìn)行存儲(chǔ)，常見的有DVD/VCD等；半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是指采用電能存儲(chǔ)，是目前應(yīng)用最多的存儲(chǔ)器；磁性存儲(chǔ)，常見的有磁盤、軟盤等。

 

從產(chǎn)品形態(tài)來看，存儲(chǔ)器主要包括NAND Flash、DRAM和NOR Flash等，其中NAND Flash ，屬于非易失性存儲(chǔ)器，DRAM即動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，屬于易失性存儲(chǔ)器。2024年全球存儲(chǔ)器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了753.3億美元，同比增長97.7%。其中，NAND Flash和DRAM的市場(chǎng)規(guī)模分別環(huán)比增長18.6%和24.9%，總體環(huán)比增長22.1%至414.2億美元‌。此外，2024年全球存儲(chǔ)芯片行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到1671億美元，其中DRAM占比達(dá)56.8%‌。

NOR Flash屬于非易失性存儲(chǔ)，NOR Flash廣泛應(yīng)用于需要存儲(chǔ)系統(tǒng)程序代碼的電子設(shè)備。NOR Flash是除DRAM和NAND Flash之外市場(chǎng)規(guī)模最大的存儲(chǔ)芯片。近年來隨著智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、TWS耳機(jī)、5G及汽車電子等下游應(yīng)用需求的增長，NOR Flash市場(chǎng)規(guī)模逐步增長。根據(jù)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，NOR Flash總體市場(chǎng)規(guī)模將在未來5年持續(xù)增長，2024年，全球NOR Flash市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到26.99億美元，同比增長19.74%，2023-2028年的年均復(fù)合增長率為9.17%。其他存儲(chǔ)器類型還包括SRAM（易失性存儲(chǔ)）和幾種ROM（非易失性存儲(chǔ)），但市場(chǎng)普及度都比較低。

 

汽車電子包括車體電子控制裝置和車載電子控制裝置，前者需要和汽車機(jī)械系統(tǒng)配合；后者能夠獨(dú)立使用。隨著汽車電動(dòng)化與智能化，電動(dòng)汽車和無人駕駛發(fā)展迅猛，相應(yīng)的輔助駕駛系統(tǒng)ADAS、電池管理系統(tǒng)BMS等被廣泛應(yīng)用，汽車中配置的電子零組件占比越來越高。汽 車電子的快速增長也將帶動(dòng)車用存儲(chǔ)器需求，疊加配套器件如行車記錄儀等帶動(dòng)的需求，預(yù)計(jì)該領(lǐng)域?qū)?dòng)NOR/SLC NAND保持10%以上的復(fù)合增長。

 

未來出行是電動(dòng)化，自動(dòng)化和互聯(lián)化，但是對(duì)于汽車開發(fā)來講要交付這種趨勢(shì)其中一項(xiàng)最大的挑戰(zhàn)是來自于整車的電子電氣架構(gòu)，電子電氣架構(gòu)從傳統(tǒng)的分布式到域控制器式最終到中央處理器逐漸發(fā)展。從各個(gè)模塊相互獨(dú)立，到功能集成，再到域控制，再到域控制融合，到整車融合中央處理，最終到達(dá)云計(jì)算。

 

根據(jù)博世的經(jīng)典五域來看，主要的域控制器包括自動(dòng)駕駛域、底盤域、信息娛樂域、車身域、動(dòng)力總成域等。但不同的車企對(duì)域控制的定義并不相同，而且目前域控制器+中央控制器的混合架構(gòu)可能成為一個(gè)較為理想的解決方案。目前自動(dòng)駕駛域和信息娛樂域不管是從軟硬件要求還是從實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能需求來說都比較明確作為單獨(dú)的域控制來看。動(dòng)力域、車身域和底盤域等在執(zhí)行端依然會(huì)保留基礎(chǔ)控制器復(fù)雜終端執(zhí)行功能，控制算法上由中央控制器統(tǒng)一控制。

 

存儲(chǔ)器在新的電子電氣結(jié)構(gòu)中各個(gè)系統(tǒng)的中的分布圖如下：

 

（1）智能駕駛系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器

 

智能駕駛系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器

 

（2）智能座艙系統(tǒng)中的Memory

 

智能座艙系統(tǒng)中的存儲(chǔ)

 

（3）智能中央網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中的Memory

 

智能中央網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中的Memory

 

（4）智能域控制系統(tǒng)中的Memory

 

智能域控制系統(tǒng)中的Memory

 

（5）新能源混合發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的Memory

 

新能源混合發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的Memory

 

具體而言，智能座艙、車聯(lián)網(wǎng)、智能駕駛等功能的實(shí)現(xiàn)均需要一定的存儲(chǔ)空間來支持其正常運(yùn)行。以智能駕駛為例，根據(jù)鎂光科技及中國閃存市場(chǎng)預(yù)計(jì)，L2、L3級(jí)的自動(dòng)駕駛汽車對(duì)內(nèi)存帶寬要求大致為100GB/s，對(duì)NAND Flash的平均容量需求約為32GB，而未來L4、L5級(jí)的全自動(dòng)駕駛汽車則需要300GB/s-1TB/s的內(nèi)存帶寬，對(duì)NAND Flash的平均容量需求約為256GB。

 

存儲(chǔ)芯片在汽車上的應(yīng)用

 

2. 閃存類芯片

 

閃存作為一種存儲(chǔ)介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于固態(tài)硬盤，UFS，eMMC，SD卡，U盤等存儲(chǔ)產(chǎn)品中；閃存是一種非易失性存儲(chǔ)器，即斷電數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。

 

閃存應(yīng)用

 

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

 

閃存芯片內(nèi)部分為LUN（邏輯單元）, PLANE（平面）, BLOCK（區(qū)塊）, PAGE（頁）；一個(gè)封裝好的閃存芯片可能包含若干個(gè)LUN（邏輯單元）；一個(gè)PLANE（平面）就是一個(gè)存儲(chǔ)矩陣，包含若干個(gè)BLOCK（區(qū)塊）；BLOCK（區(qū)塊）是閃存的最小擦除單位，一個(gè)BLOCK（區(qū)塊）包含了若干個(gè)PAGE（頁）；PAGE（頁）是閃存的最小讀寫單位，一個(gè)PAGE（頁）包含若干個(gè)BYTE（字節(jié)）。

閃存陣列結(jié)構(gòu)

 

（1）基本要求

基本要求

（2）功耗要求

 

目的：閃存功耗過大會(huì)導(dǎo)致芯片過熱，影響能量消耗和用戶體驗(yàn)。

 

描述：閃存需要保證在以下不同的工作模式以及待機(jī)模式下，功耗滿足產(chǎn)品手冊(cè)的要求，參數(shù)如下：

 

ICC1/ICCQ1：閃存進(jìn)行讀操作過程中的電流

 

ICC2/ICCQ2：閃存進(jìn)行寫操作過程中的電流

 

ICC3/ICCQ3：閃存進(jìn)行擦操作過程中的電流

ICC4R/ICC4RQ/ICC4W/ICC4WQ：閃存進(jìn)行讀寫送數(shù)據(jù)的過程中的電流

ICC5/ICC5Q：閃存處于IDLE（閑置）狀態(tài)的電流

ISB/ISBQ：閃存處于STANDBY（待命）狀態(tài)的電流

 

（3）性能要求

目的：閃存產(chǎn)品的性能會(huì)直接影響用戶體驗(yàn)，性能太差會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)長時(shí)間沒有反應(yīng)。

描述：閃存產(chǎn)品需要保證以下性能指標(biāo)滿足產(chǎn)品手冊(cè)要求。

 

① tProg：以PAGE（頁）為單位進(jìn)行PROGRAM（寫入）操作一次需要的時(shí)間。

 

② tR：以PAGE（頁）為單位進(jìn)行READ（讀）操作一次需要的時(shí)間。

 

③ tBERS：以BLOCK（分區(qū)）為單位進(jìn)行ERASE（擦除）操作一次需要的時(shí)間。

 

④ IO Speed:數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/span>

 

（4）可靠性要求

 

目的：閃存在實(shí)際使用中需要保證在生命周期內(nèi)各種環(huán)境條件下功能的完整性及數(shù)據(jù)的有效性。

 

描述：閃存可靠性主要體現(xiàn)在以下方面，具體要求見相應(yīng)的產(chǎn)品手冊(cè)。

 

①壽命：閃存有壽命限制，當(dāng)一個(gè)閃存塊接近或超出其最大擦寫次數(shù)時(shí)，可能導(dǎo)致存儲(chǔ)單元永久性損傷，不能再使用。

 

②讀干擾：當(dāng)讀取閃存塊中的一個(gè)PAGE（頁）時(shí)，閃存塊當(dāng)中未被選中的PAGE（頁）都會(huì)被相對(duì)較弱的進(jìn)行PROGRAM（寫入），隨著讀取次數(shù)的增加，從而最終導(dǎo)致這些PAGE（頁）中的數(shù)據(jù)變化，造成讀干擾。讀干擾不是永久性損傷，重新擦除后閃存還可以正常使用。

 

③電荷泄露：閃存中保存的數(shù)據(jù)，如果長期不使用，會(huì)發(fā)生電荷泄露，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。這同樣會(huì)導(dǎo)致非永久性損傷，擦出后后閃存還能正常使用。

 

汽車Nand存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

 

資料來源：鎧俠、信達(dá)證券

 

從車載存儲(chǔ)技術(shù)來看，以往車載NAND Flash存儲(chǔ)器多為eMMC，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用量提升后，性能更好的UFS存儲(chǔ)有望逐漸滲透。

 

國內(nèi)企業(yè)也有相關(guān)布局，以江波龍為例，在2021年就開始投入研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，預(yù)計(jì)在2022年下半年推出滿足AEC-Q100 Grade 2級(jí)別的FORESEE UFS 2.2產(chǎn)品，首次推出的產(chǎn)品容量為64GB-128GB（Operation Temp：-40~105度，Reliability：10ppm以下，Longevity：3年），支持LDPC算法、Write Booster、HPB、緊急斷電保護(hù)、FFU升級(jí)、FBA數(shù)據(jù)加速等功能。未來，F(xiàn)ORESEE 車規(guī)級(jí)UFS將重點(diǎn)在車載駕駛域和駕艙域進(jìn)行產(chǎn)品推廣，以滿足客戶對(duì)大容量和高數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。

 

3. DRAM芯片

 

動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）作為存儲(chǔ)單元，由一個(gè)MOSFET和一個(gè)電容組成，DRAM存儲(chǔ)芯片上布滿存儲(chǔ)電路，存儲(chǔ)電路主要由一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單元組成存儲(chǔ)陣列，陣列密度決定存儲(chǔ)密度，DDR是由固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)（ JEDEC ）制定的DRAM內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)，目前主流使用的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)主要是 DDR4 和 DDR5，其中 DDR5 現(xiàn)在的市場(chǎng)份額正在快速提升中，不過價(jià)格方面雖然有降價(jià)但還是與 DDR4 有著較高的差價(jià)。由于每一代DDR都需要平臺(tái)支持，短期難以替換之前的DDR產(chǎn)品。市場(chǎng)格局上，主要為國外及中國臺(tái)灣企業(yè)，國產(chǎn)企業(yè)占比相對(duì)較低。

DRAM芯片市場(chǎng)格局主要由三星、海力士和美光三大廠商主導(dǎo)，市場(chǎng)份額超過90%。‌作為全球最大的DRAM芯片制造商，三星在DRAM市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，市場(chǎng)份額約為40%左右‌；海力士（SK hynix）緊隨其后，市場(chǎng)份額約為30%左右‌；美光科技（Micron Technology）市場(chǎng)份額約為20%左右‌。

 

4. 市場(chǎng)格局

 

存儲(chǔ)器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局較為集中，三星、美光、海力士、鎧俠長期處于行業(yè)主導(dǎo)地位，而在車載領(lǐng)域，存儲(chǔ)產(chǎn)品不具生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，而且對(duì)成本敏感性較低，因此競(jìng)爭(zhēng)格局有所不同，幾大行業(yè)龍頭中僅鎂光有所投入，根據(jù)開源證券的研報(bào)數(shù)據(jù)，美光近年來在車載易失性存儲(chǔ)領(lǐng)域第一名，市場(chǎng)份額超過40%，北京矽成（北京君正）位居行業(yè)第二名，市場(chǎng)份額約為15%，南亞科技、三星電子、SK海力士、賽普拉斯等位居其后，但由于車載市場(chǎng)的快速發(fā)展，傳感器復(fù)雜度的不斷提升，車載存儲(chǔ)器這一領(lǐng)域正在成為各大巨頭們的新增長關(guān)注點(diǎn)，也是國產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)攻克應(yīng)用領(lǐng)域之一。

 

5. 國產(chǎn)存儲(chǔ)類芯片發(fā)展情況

 

存儲(chǔ)類芯片在汽車的前裝市場(chǎng)、后裝市場(chǎng)都有應(yīng)用，主要應(yīng)用產(chǎn)品包括車載中控、車載后視鏡、車載導(dǎo)航儀、行車記錄儀等，國際主流品牌有美光、海力士、三星、東芝等廠商，國內(nèi)的供應(yīng)商主要有北京君正、兆易創(chuàng)新、長江存儲(chǔ)、紫光等。

 

6. 車規(guī)級(jí)存儲(chǔ)芯片“上車”流程

 

一般來講，車規(guī)芯片從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)上車約需 3.5-5.5 年的時(shí)間，上車后預(yù)計(jì)持續(xù)批量供應(yīng) 5-10 年。

 

綜合考慮整車項(xiàng)目開發(fā)流程與芯片設(shè)計(jì)開發(fā)流程，芯片從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)上車需要3.5年到5.5年時(shí)間，芯片上車后需盡量滿足汽車產(chǎn)品5到10年生命周期內(nèi)的 OTA(汽車遠(yuǎn)程升級(jí)技術(shù))迭代需求

 

進(jìn)入 Tier1或主機(jī)廠認(rèn)證工作主要包括:1)認(rèn)證 AEC-Q100；2)符合零失效的供應(yīng)鏈品質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)IATF16949

 

7. 車規(guī)級(jí)存儲(chǔ)芯片的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

 

AEC－Q系列認(rèn)證是公認(rèn)的車規(guī)元器件的通用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。存儲(chǔ)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)想要進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域，進(jìn)入汽車電子零部件供應(yīng)鏈，AEC－Q100是必須獲得的認(rèn)證之一。

 

① AEC-Q認(rèn)證是國際汽車電子領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻

 

AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車電子委員會(huì)的簡稱。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車發(fā)起并創(chuàng)立于1994年，目前會(huì)員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導(dǎo)體廠商，符合AEC規(guī)范的零部件均可被上述三家車廠同時(shí)采用，促進(jìn)了零部件制造商交換其產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)的意愿，并推動(dòng)了汽車零件通用性的實(shí)施，為汽車零部件市場(chǎng)的快速成長打下基礎(chǔ)。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，是零件廠商進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域，打入一級(jí)車廠供應(yīng)鏈的重要門票。

 

AEC-Q100是AEC的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對(duì)車載應(yīng)用的集成電路產(chǎn)品所設(shè)計(jì)出的一套應(yīng)力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，此規(guī)范對(duì)于提升產(chǎn)品信賴性品質(zhì)保證相當(dāng)重要。AEC-Q100是預(yù)防可能發(fā)生各種狀況或潛在的故障狀態(tài)，對(duì)每一個(gè)芯片進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量與可靠度確認(rèn)，特別對(duì)產(chǎn)品功能與性能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范測(cè)試。

 

② 要求通過AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的車用集成電路IC

 

單顆IC：控制類芯片、驅(qū)動(dòng)類芯片、計(jì)算類芯片、存儲(chǔ)類芯片、傳感類芯片、通信類芯片、功率類芯片、電源類芯片、安全類芯片、模擬芯片等。

 

③ AEC-Q100：集成電路試驗(yàn)方法零件工作溫度等級(jí)定義

 

?等級(jí)0：環(huán)境工作溫度范圍-40℃~150℃；

 

?等級(jí)1：環(huán)境工作溫度范圍-40℃~125℃；

 

?等級(jí)2：環(huán)境工作溫度范圍-40℃~105℃；

 

?等級(jí)3：環(huán)境工作溫度范圍-40℃~85℃。 

 

④AEC-Q100車用IC產(chǎn)品驗(yàn)證流程

⑤ AEC-Q100測(cè)試項(xiàng)目分組

 

群組A--加速環(huán)境應(yīng)力測(cè)試(PC、THB/HAST、AC or UHAST  or TH、TC、PTC、HTSL)共6項(xiàng)測(cè)試

 

群組B--加速生命周期模擬測(cè)試(HTOL、ELFR、EDR)--共3項(xiàng)測(cè)試

 

群組C--封裝組裝完整性測(cè)試(WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI、BST)--共7項(xiàng)測(cè)試

 

群組D--芯片制造可靠性測(cè)試(EM、TDDB、HCI、BTI、SM)--共5項(xiàng)測(cè)試

 

群組E--電性驗(yàn)證測(cè)試(TEST、HBM、CDM、LU、ED、FG、CHAR、EMC、SC、SER、LF)--共11項(xiàng)測(cè)試

 

群組F--缺陷篩選測(cè)試(PAT、SBA)--共2項(xiàng)測(cè)試

 

群組G--腔體封裝完整性測(cè)試(MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV)--共8項(xiàng)測(cè)試