В прошлом году компания YMTC была готова наладить выпуск 232-слойной памяти типа 3D NAND, фактически приблизившись по своим технологическим возможностям к зарубежным конкурентам, но санкции США лишили её доступа к современному импортному оборудованию. Решить эту проблему компания готова в рамках импортозамещения при поддержке государственного фонда КНР.

Источник изображения: YMTC, Handout

Об этом сообщило в минувшие выходные китайское издание South China Morning Post со ссылкой на собственные источники. По их словам, YMTC значительно усилила активность по получению доступа к новейшему технологическому оборудованию китайского производства, с помощью которого рассчитывает наладить выпуск памяти типа 3D NAND, использующего технологию компоновки Xtacking 3.0. Инициатива получила кодовое обозначение Wudangshan в честь священной горы в провинции Хубэй.

YMTC разместила крупный заказ на оборудование пекинской компании Naura Technology Group, которая специализируется на производстве решений для травления кремниевых пластин. С этой точки зрения оборудование Naura является альтернативой изделиям американской Lam Research, которая вынуждена ограничить сотрудничество с YMTC из-за введения санкций США.

Как отмечают источники, YMTC попросила отечественных поставщиков удалить свои логотипы с поставляемого оборудования, чтобы снизить риск расширения санкций на данный вид продукции. Пока на пути успешной реализации этой инициативы YMTC сохраняется ряд препятствий в виде отсутствия альтернативы импортному оборудованию по ряду технологических направлений. Например, китайскими аналогами сложно заменить метрологическое оборудование американской KLA, либо литографические сканеры нидерландской ASML или японских Canon и Nikon. Где будет построена экспериментальная линия по производству памяти YMTC с использованием китайского оборудования, не уточняется.

По словам представителей одного из китайских инвесторов, выявляемые в рамках этой инициативы «узкие места» позволят шаг за шагом создавать китайское оборудование, которое заменит собой импортное. YMTC уже получила около $7 млрд государственной поддержки, поэтому остаётся лишь направить эти средства в нужное русло. По некоторым данным, новая производственная линия на основе отечественного оборудования будет запущена YMTC в следующем году. До введения санкций в октябре прошлого года компания могла претендовать на 6 % мирового рынка твердотельной памяти.

В октябре прошлого года санкции США ограничили YMTC в доступе к оборудованию, позволяющему выпускать память более чем с 128 слоями, а к концу года компания попала в «чёрный список» профильных ведомств США, который не позволяет компаниям по всему миру сотрудничать с YMTC без получения экспортной лицензии в США, если речь идёт о поставках оборудования, использующего американские технологии.

Примечательно, что 232-слойная память производства YMTC фактически уже встречается в серийных твердотельных накопителях китайского производства. Другими словами, компания может выпускать соответствующие чипы в ограниченных количествах, и доступ к профильному оборудованию нужен ей преимущественно для масштабирования производства.

Источник сообщает, что исследователи японской компании Kioxia успешно испытали память NAND с записью в каждую ячейку 7 бит данных. О записи в ячейку 6 бит данных компания рассказывала летом 2021 года. Пока это эксперименты, но всё идёт к тому, что запись 6, 7 и даже 8 бит в ячейку со временем будет реализована в коммерческом кремнии.

Источник изображения: Kioxia

Пока для достижения столь высокой плотности данных в ячейке требуются криогенные температуры. Контроллеру памяти необходимо записать и распознать 128 уровней заряда (порогового напряжения) в одной ячейке, чтобы работать с записанными в неё 7 битами информации. Это вдвое больше, чем при расшифровке 6-битовой ячейки, которую в своё время также пришлось охлаждать до температуры –196° C.

В ходе экспериментов выяснилось, что используемый для каналов транзисторов поликристаллический кремний сильно шумит и не позволяет однозначно определять множество состояний заряда в ячейках памяти. Выход был найден в переходе на использование монокристаллического кремния в каналах, и это дало эффект — 7-битовая ячейка заработала.

Однако возникла неожиданная трудность: не оказалось нужных букв для обозначения 7-битовой ячейки. Аббревиатура HLC (Hepta-Level Cell) была занята 6-битовой ячейкой (Hexa-Level Cell), а SLC (Septi-Level Cell) — однобитовой.

Компании Kioxia и Western Digital анонсировали микросхемы флеш-памяти 3D NAND с 218 слоями ёмкостью 1 Тбит. Чипы будут выпускаться как на трёхбитовых ячейках (TLC), так и на четырёхбитовых (QLC). По словам разработчиков, чипы имеют самую высокую в отрасли битовую плотность. Образцы новинок уже поступили ограниченному кругу клиентов компаний для изучения. Новая память попадёт в смартфоны, интернет-устройства и SSD.

Источник изображения: Kioxia

Новая память относится к восьмому поколению BiCS FLASH Kioxia и Western Digital. Девятое поколение откроют микросхемы с более чем 300 слоями. Партнёры используют «склейку» кристаллов для увеличения количества слоёв. Более того, в случае новинок, как можно сделать вывод из контекста пресс-релиза, массив ячеек и контроллер изготавливаются отдельно и тоже собираются в вертикальный стек в процессе «склейки».

Ранее Kioxia и Western Digital изготавливала контроллеры в составе массивов ячеек. Первой изготавливать управляющую микросхему отдельно начала китайская компания YMTC в виде технологии Xtacking. В случае 218-слойной памяти BiCS FLASH Kioxia и Western Digital речь идёт о «новаторской технологии» CBA (CMOS directly Bonded to Array), в которой контроллеры и массивы ячеек выпускаются на отдельных пластинах с оптимизацией каждого процесса, и совмещаются только после полной обработки (либо кристаллы контроллеров и массивов совмещаются уже после нарезки). В официальном документе этот момент не прояснён.

Массив ячеек по-прежнему используется «четырёхплановый» — из четырёх отдельных плоскостей массивов, что позволяет ускорить работу памяти за счёт параллелизма. Также при производстве 218-слойных сборок массивы были «ужаты» по вертикали и горизонтали. Именно это (точнее — боковая усадка ячеек) позволило увеличить плотность битов на 50 %. Дополнительно увеличена производительность работы памяти — на 60 % по сравнению с предыдущим поколением чипов. Это означает, что скорость работы по каждому контакту шины данных выросла до 3,2 Гбит/с.

Скорость записи также стала выше — на 20 % или около того. Также снизились задержки чтения, что тоже окажет положительное воздействие на производительность новых чипов 3D NAND Kioxia и Western Digital. В целом эта память станет новой ступенькой к более производительным устройствам и приложениям, ожидать которые можно к концу текущего года.

На конференции ISSCC 2023 представители компании SK hynix выступили с докладом, в котором сообщили о разработке флеш-памяти 3D NAND с более чем 300 слоями. Документ готовили 35 инженеров компании, что лишний раз подчёркивает сложность совершенствования техпроцесса производства многослойной флеш-памяти. Примечательно, что разработчики намерены не только увеличить плотность записи, но и значительно поднять пропускную способность чипов: со 164 Мбайт/с до 194 Мбайт/с.

Предыдущий рекордсмен — 238-слойная 3D NAND SK hynix. Источник изображения: SK hynix

Нетрудно понять, что инженеры SK hynix работают по двум основным и важнейшим направлениям: они намерены повысить плотность записи (снизить стоимость хранения каждого бита данных) и повысить производительность. С появлением «многоэтажной» 3D NAND повышать плотности записи стало довольно просто в идее, но сложно в исполнении — это увеличение числа слоёв с одновременным сокращением шага между слоями. И то и другое ведёт к росту сопротивления линии wordline (WL), соединяющей ячейки в строке матрицы. Этот рост приходится тем или иным образом компенсировать, иначе пострадают быстродействие и энергоэффективность.

Сравнение 238- и 300-слойной 3D NAND

SK hynix рассказала о гипотетическом чипе памяти NAND с более чем 300 слоями, который состоит из трёхбитовых (TLC) ячеек и может похвастаться ёмкостью 1 Тбит. За счёт увеличения числа слоёв плотность размещения ячеек вырастет с 11,55 Гбит/мм² у актуальной 238-слойной памяти до более чем 20 Гбит/мм². Общую производительность памяти предложено поднимать пятью отдельными способами, в целом направленными на ускорение процессов записи, стирания и чтения. Для этого придётся внести изменения в последовательности и тайминги команд.

В частности, предложено реализовать метод тройной проверки программирования (TPGM) вместо ранее двойной проверки DPGM. В новой версии ячейки будут делиться на четыре группы, а не на три. Технология TPGM уменьшает параметр tPROG и это вместе с увеличенной разбивкой примерно на 10 % сократит время программирования ячеек.

Также параметр tPROG уменьшит новая технология адаптивного предварительного заряда невыбранной строки (AUSP). Это ускорит работу с ячейками ещё примерно на 2 %. Ещё немного ускорения получится за счёт снижения ёмкостной нагрузки на линию WL, что обеспечит метод программируемой фиктивной строки (PDS). Метод всепроходного нарастания (APR) даст уменьшение времени считывания (tR), что выразится в сокращении времени реакции линии WL на новый уровень напряжения и улучшит время чтения на 2 %. Наконец, для улучшения качества обслуживания во время стирания применят метод повторного чтения на уровне плоскости (PLRR).

Компиляция по данным о поколениях 3D NAND разных производителей. Источник изображения: blocksandfiles.com

Всё вместе, как сказано выше, позволит поднять скорость работы 1-Тбит 3D NAND TLC компании SK hynix за поколение с 164 Мбайт/с до 194 Мбайт/с с одновременным увеличением плотности записи. Уточним, представители компании не стали и вряд ли могли раскрыть производственный график по выпуску памяти NAND 300+. Можно ожидать, что первые прототипы начнут появляться к концу года или даже не раньше начала 2024 года. Пока же и в течение текущего года в производстве будет находиться память с 230+ слоями, выпуск которой в той или иной степени наладили все главные игроки рынка NAND-памяти.

Intel является не единственной компанией полупроводникового сектора, переживающей непростые времена с точки зрения финансовых ресурсов. Рынок памяти пострадал от перепроизводства наиболее сильно, и Micron Technology ради экономии средств также придётся урезать компенсационные пакеты руководителей разного уровня, включая генерального директора Санджея Мехротру (Sanjay Mehrotra).

Источник изображения: Micron Technology

Он, как сообщает Bloomberg, в новом фискальном году потеряет в базовой зарплате сразу 20 %. В прошлом фискальном году он получил $1,41 млн выплат в денежной форме, поэтому легко представить, насколько сократится его гарантированное вознаграждение по итогам текущего фискального года. Впрочем, с учётом выплат разного рода бонусов в форме акций компании генеральный директор в прошедшем фискальном году совокупно заработал $28,8 млрд, и эта сумма в новом году не уменьшится именно на 20 %.

По данным источника, доходы руководства Micron в денежной форме сократятся на величину от 53 до 75 %, поскольку одновременно будут отменены и премии. На 20 % будут урезаны и вознаграждения внешних членов совета директоров Micron Technology. Исполнительные вице-президенты компании потеряют в базовом доходе по 15 %, а старшие вице-президенты — по 10 %. Кризис на рынке памяти подтолкнул Micron к сокращению численности персонала на 10 %, поэтому пострадают и некоторые рядовые сотрудники.

Интересно, что на этом преимущественно негативном новостном фоне аналитики Mizuho Securities решились улучшить прогноз по динамике курса акций Micron Technology. По их мнению, складские запасы микросхем памяти достигнут максимума в текущем квартале, и затем выручка производителей памяти начнёт постепенно расти. С начала текущего года акции Micron выросли в цене на 19 % до $60, во втором полугодии у них есть шанс укрепиться до $72, как считают эксперты.

Реструктуризация Western Digital Corporation, подразумевающая обособление бизнеса по выпуску флеш-памяти, давно обсуждается на уровне слухов. По информации источников Bloomberg, сделка с Kioxia может состояться в ближайшие месяцы и породить объединённую компанию, чьи акции будут размещены как в США, и так и в Японии. Руководить бизнесом будут представители Western Digital.

Источник изображения: Kioxia

Переговоры между участниками потенциальной сделки, по словам первоисточника, продвигаются, хотя об окончательной её структуре пока говорить рано. На данном этапе предполагается, что бизнес WDC по производству твердотельной памяти структурно отделится от американской корпорации и будет объединён с активами Kioxia. Акции объединённой компании выйдут на фондовый рынок как США, так и Японии, но с некоторой задержкой во времени.

Альянс WDC и Kioxia уже обсуждался в 2021 году, но тогда конкретных договорённостей достичь не удалось. Сейчас бизнес по выпуску твердотельной памяти переживает не самые лучшие времена: цены и спрос упали, но это может способствовать слиянию компаний на более выгодных условиях. Объединение активов этих компаний создаст второго по величине производителя твердотельной памяти в мире после Samsung. Сейчас у Kioxia и Western Digital уже есть совместное предприятие в Японии, занимающееся выпуском флеш-памяти, поэтому компаниям так или иначе приходится взаимодействовать на протяжении многих лет.

Снижение капитальных затрат — это лишь одно из неприятных последствий кризиса перепроизводства на рынке памяти, о которых руководство Micron Technology говорило инвесторам на квартальном отчётном мероприятии. В сложившихся условиях компания собирается отложить переход на новые ступени литографии и задержать миграцию памяти 3D NAND на компоновку с количеством слоёв более 232 штук.

Источник изображения: Micron Technology

При этом о своих успехах в освоении массового выпуска 232-слойной памяти типа 3D NAND представители Micron говорили без ложной скромности. Формальный анонс твердотельных накопителей серии 2550, которые её используют, напомним, состоялся в начале текущего месяца. Не учитывая всерьёз способность китайской компании YMTC выпускать 232-слойную память 3D NAND, американский конкурент со всей ответственностью называет себя лидером рынка. По словам главы Micron Санджея Мехротры (Sanjay Mehrotra), перевод производства оперативной памяти на техпроцесс класса 1β и твердотельной памяти на 232-слойную компоновку обеспечивают снижение затрат на выпуск продукции, но компания вынуждена сдерживать темпы миграции, чтобы сохранять более выгодный баланс спроса и предложения.

При этом уровень брака на этих направлениях полностью соответствует ожиданиям производителя, и новые технологии будут постепенно внедряться по всему ассортименту продукции. Тот же техпроцесс 1β, например, со временем будет использоваться для выпуска микросхем типов DDR5, LPDDR5, HBM и GDDR. Он был представлен в минувшем фискальном квартале, переход на эту ступень литографии обеспечивает повышение энергетической эффективности на 15 % по сравнению с предшествующей и увеличение плотности размещения транзисторов более чем на 35 %.

В минувшем квартале Micron начала сертификацию 24-гигабитных микросхем DDR5, выпущенных по техпроцессу класса 1α, а также объявила о доступности микросхем памяти DDR5, сертифицированных на совместимость с процессорами AMD EPYC семейства 9004. Клиенты компании в серверном сегменте также получили первые образцы памяти с поддержкой интерфейса CXL. В прошлом квартале удвоилось количество клиентов, использующих серверные накопители на основе 176-слойной памяти типа 3D NAND. Один из корпоративных клиентов Micron скоро завершит сертификацию накопителей на базе 176-слойной памяти типа QLC. В целом, в прошлом квартале доля микросхем типа QLC в структуре поставок памяти для твердотельных накопителей достигла нового рекорда.

Micron теперь рассчитывает перевести оперативную память на техпроцесс класса 1γ не ранее 2025 года, поскольку в существующих рыночных условиях делать это раньше не имеет экономического смысла. С увеличением количества слоёв флеш-памяти 3D NAND за пределы 232 штук тоже придётся повременить, как даёт понять руководство компании. Подобные тенденции будут характерны для отрасли в целом и не являются специфической проблемой Micron. В любом случае, компания в своём технологическом лидерстве не сомневается и с уверенностью смотрит в будущее.

Компания Samsung в первой половине декабря увеличила цены на свою флеш-память 3D NAND на 10 % вслед за новостями о том, что китайский производитель флеш-памяти YMTC попал в «чёрный список» экспортного контроля Министерства торговли США, сообщает Tom’s Hardware со ссылкой на отчёт DigiTimes. Поскольку некоторые поставщики электроники приостановили своё сотрудничество с YMTC, другие производители памяти 3D NAND отметили резкий скачок спроса на свою продукцию.

Источник изображения: Samsung

Ранее власти США открыто назвали YMTC угрозой национальной безопасности. В результате от сотрудничества с крупнейшим в Поднебесной производителем чипов памяти отказались многие компании, в том числе и Apple, прекратившая закупки микросхем 3D NAND даже для своих смартфонов iPhone, которые должны продаваться в Китае.

Судя по всему, другие производители электроники последовали примеру «яблочного» гиганта и приостановили работу с китайским поставщиком флеш-памяти. Они либо боятся мер американских властей, либо беспокоятся о том, что не смогут вовремя получить свои заказы от китайского поставщика, ведь YMTC не сможет закупать оборудование для производства чипов с американскими технологиями без соответствующего разрешения со стороны правительства США.

В конечном итоге спрос на флеш-память 3D NAND от других производителей, включая Micron, Samsung и SK hynix резко возрос. Samsung решила воспользоваться ситуацией и увеличить контрактные цены на свою память 3D NAND, говорится в отчёте DigiTimes.

Пока непонятно, как решение Samsung об увеличении цен на флеш-память в первой половине декабря повлияет на общую картину ценообразования на рынке данного типа памяти, а также на цены продуктов, которые используют эту память. В течение последних месяцев цены на память 3D NAND постоянной падали, поэтому действия Samsung могут стимулировать и других производителей флеш-памяти поднять стоимость своей продукции для повышения прибыли.

Новый этап экспортных ограничений США отрезал китайскую компанию YMTC от доступа к оборудованию американского происхождения, которое позволяет выпускать микросхемы флеш-памяти с количеством слоёв более 128 штук. При этом YMTC уже начала массово выпускать память 3D NAND с 232 слоями, опередив некоторых конкурентов. Эксперты TrendForce считают, что в 2024 году YMTC может покинуть рынок 3D NAND и будет вынуждена вернуться к выпуску более зрелой в технологическом плане памяти.

Источник изображения: YMTC

Первоначально аналитики прогнозировали, что объёмы выпуска памяти компанией YMTC в следующем году вырастут на 60 %, но теперь прогноз говорит, что объёмы должны сократиться на 7 % по сравнению с текущим годом. Уже очевидно, что от YMTC начинают отворачиваться зарубежные клиенты, которые ещё недавно рассчитывали начать закупку её продукции. По крайней мере, неофициальные источники приписывают такие стремления компании Apple, которая планировала оснащать памятью китайского производства свои смартфоны, собираемые в КНР на предприятиях подрядчиков. Теперь стороны вынуждены отказаться от сотрудничества, и источники приписывают аналогичные намерения прочим западным производителям электроники. Скорее всего, уже в недалёком будущем YMTC вынуждена будет ограничиваться реализацией своей продукции на внутреннем рынке Китая.

Казалось бы, в этом нет ничего плохого, но потеря доступа к передовому оборудованию и программному обеспечению американского происхождения, а также технической поддержке западных партнёров, ни к чему хорошему YMTC не приведёт. К 2024 году, как ожидают специалисты TrendForce, прочие производители памяти уже освоят выпуск микросхем типа 3D NAND с количеством слоёв от 200 до 300 штук. YMTC не сможет продвинуться в технологическом плане и вряд ли серьёзно нарастит свои производственные мощности. Выходом для компании мог бы стать переход к планарной структуре микросхем памяти и выпуску продукции с использованием более простого оборудования.

Если объёмы выпуска твердотельной памяти YMTC в следующем году сократятся на 7 %, то объёмы поставок микросхем типа 3D NAND на мировом рынке в целом вырастут всего на 20,2 %, как считают представители TrendForce. Спрос начнёт расти во второй половине следующего года, в результате чего в третьем квартале вырастет средняя цена реализации памяти типа NAND. Объёмы закупок памяти клиентами увеличатся уже во втором квартале следующего года.

Китайская компания YMTC выполнила ранее намеченные планы и запустила массовое производство 232-слойных чипов флеш-памяти 3D NAND, тем самым обогнав в этом деле куда более именитых игроков рынка в лице Kioxia и SK hynix. Заметим, что Samsung и Micron объявили о запуске массового производства флеш-памяти с более чем 230 слоями ранее в этом году.

Источник изображений: Tech Insights

Китайский производитель анонсировал 232-слойную память YMTC X3-9070 в августе этого года, одновременно с этим представив фирменную инновационную архитектуру памяти Xtacking 3.0. Она предполагает составление чипа NAND из двух кристаллов: на одном размещается массив ячеек памяти 3D NAND, а на другом — цепи питания и управления. Массивы и контроллеры можно выпускать с использованием разных техпроцессов, поскольку первые и вторые изготавливаются на разных кремниевых пластинах. Впоследствии управляющая микросхема совмещается с массивами ячеек памяти, и на выходе появляется полнофункциональный чип памяти 3D NAND. Раздельное производство ячеек и контроллеров позволяет сэкономить место на плоскости кристаллов памяти (выпустить с каждой пластины больше ячеек), а также модернизировать ячейки или контроллеры без привязки к производству одних и других.

Для китайской YMTC, да и в целом для всей индустрии выход на массовое производство 232-слойной памяти очень знаковое событие. Ещё сильнее оно впечатляет, если вспомнить, что YMTC занялась бизнесом по производству памяти относительно недавно, в 2016 году, когда более именитые игроки рынка занимаются этими технологиями более двух десятков лет.

Первая версия архитектуры Xtacking, дебютировавшая в 2016 году и позволявшая производить 64-слойные чипы флеш-памяти, предполагала недорогой способ спайки кремниевых пластин. Уже в 2020 году YMTC вышла на массовое производство 128-слойной флеш-памяти 3D NAND. Она была основана на архитектуре Xtacking 2.0, представленной годом ранее, в которой предполагалось использование в структуре кристаллов памяти силицида никеля (NiSi) вместо силицида вольфрама (WSi) для повышения производительности самих чипов и их скорости операций ввода-вывода. Столь стремительная эволюция недорогой флеш-памяти настолько впечатлила компанию Apple, что та подписала контракт на поставку компонентов с китайским производителем. Однако из-за санкций Apple была вынуждена расторгнуть это партнёрство в октябре 2022 года.

Представленная в этом году архитектура Xtacking 3.0 ещё сильнее упрощает производственный процесс, снижает стоимость и одновременно позволят производить более многослойные микросхемы флеш-памяти. На недорогую 232-слойную флеш-память YMTC определённо найдётся огромное количество покупателей среди производителей бытовой электроники, смартфонов, телевизоров и прочей техники. Использование многослойной памяти напрямую влияет на размеры электронных устройств. Чем больше слоёв у чипов памяти, тем меньше микросхем требуется для того или иного устройства, что сокращает затраты на его производство или позволяет увеличить объёмы выпуска.