文｜半導體產(chǎn)業(yè)縱橫
Flash存儲芯片已經(jīng)成為整個電子半導體產(chǎn)業(yè)鏈非常重要的一環(huán)，其中，NAND Flash的市場容量非常龐大。實際上，F(xiàn)lash不止有NAND，NOR Flash也是一個分支，但其市場容量相對較小。不過，隨著近些年各種新興應用的快速發(fā)展，NOR Flash的市場需求量和重要性日益突出，行業(yè)關注度不斷提升。
NOR Flash簡介
NOR Flash具有芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP）和高可靠性等特點，但壽命相對較短，其在1~16Mb的小容量應用方面具有很高的成本效益。
而與NAND相比，NOR的成本較高，容量小，且寫入速度慢，雖然NOR Flash的擦除和寫入速度相對較慢，但其讀取速度非?？?，這也是它能夠在應用中安身立命的核心價值所在。
傳統(tǒng)上，NOR Flash主要用于功能手機、電視、機頂盒、USB Key等小容量代碼存儲。在功能手機時代，憑借NOR+PSRAM架構稱霸一時，其中，NOR Flash用來存儲代碼和數(shù)據(jù)，PSRAM 作為MCU和DSP執(zhí)行運算時的數(shù)據(jù)緩存。
NOR Flash主要分為串行和并行兩種，串行NOR Flash的特點是接口簡單、輕薄、功耗和系統(tǒng)總體成本更低，雖然讀取速度低于并行的，但憑借高性價比，已成為市場和應用的首選。
制程方面，NOR Flash對先進節(jié)點的要求不高，一般采用55nm和65nm，最前沿的制程也就到45nm了，再進一步演進很困難。
市場格局
全球90%的NOR Flash市場被旺宏（Macronix）和華邦電子（Winbond）、Cypress（已經(jīng)被英飛凌收購）、美光和兆易創(chuàng)新這五大廠商占據(jù)。高容量NOR Flash市場主要由Cypress和美光把持著，這類產(chǎn)品主要針對汽車、工控和航天應用；旺宏和華邦則以生產(chǎn)中等容量的NOR Flash為主，兆易創(chuàng)新早期依靠低容量產(chǎn)品切入該市場，正在向高端領域前進。旺宏、華邦和兆易創(chuàng)新這三家更專注于消費類電子產(chǎn)品應用市場。
近些年，在物聯(lián)網(wǎng)和消費類電子產(chǎn)品需求，特別是各種新興應用的帶動下，NOR Flash迎來了谷底反轉的契機，不僅中高容量價格穩(wěn)定，低容量NOR Flash的價格跌幅也大幅收窄，特別是在TWS藍牙耳機大量出貨的帶動下，給NOR Flash帶來了巨大商機。這些給專注于消費類電子應用的廠商帶來了更多商機，特別是原本排名較為靠后的兆易創(chuàng)新，2019年就上升到了行業(yè)前三的位置。
來源：CINNO
2021年，兆易創(chuàng)新進一步鞏固了行業(yè)地位。
由于NOR Flash容量小、成本高，一度被大廠邊緣化，但隨著5G、AMOLED和自動駕駛汽車等新興市場的快速發(fā)展，NOR Flash重新喚起了市場的關注。
TWS藍牙耳機
從2018年開始，在消費類電子產(chǎn)品市場，TWS藍牙耳機開始火爆起來，有統(tǒng)計顯示，到2022年，全球TWS藍牙耳機市場規(guī)模有望超過2000億元。
TWS藍牙耳機必須配備NOR Flash，這是因為其功能較多，為了存儲更多固件和代碼程序，就需要外擴一顆串行NOR Flash。
隨著TWS藍牙耳機功能的進一步增加，需要更多的存儲容量。以安卓手機用TWS藍牙耳機為例，一般采用8Mb或16Mb的NOR Flash，隨著功能增多，需要用到32Mb、64Mb，甚至128Mb的。
有統(tǒng)計顯示，2020年，新款AirPods的NOR Flash容量提升至256Mb，安卓市場在2019~2021年平均NOR Flash容量分別為16Mb、32Mb和64Mb，而相應的市場規(guī)模分別為675萬、2062萬和5099萬美元。綜合AirPods的市場規(guī)模，TWS藍牙耳機用NOR Flash的市場規(guī)模在2021年突破了2億美元。
AMOLED
由于工藝原因，AMOLED顯示存在亮度均勻性和殘像兩大難題，需要進行補償，補償方法分為內(nèi)部補償和外部補償。內(nèi)部補償?shù)男Ч缓茫y以解決殘像問題；外部補償則具有像素結構簡單，驅動速度快和補償范圍大的優(yōu)點，是實際應用中的首選。
外部補償時，需要外掛一顆NOR Flash，以避免AMOLED面板的藍色光會隨時間消退的問題。在Full HD情況下，需要用8Mb的NOR Flash，而QHD則需要用到16Mb的NOR Flash。
AMOLED在智能手機當中的應用越來越普遍，這就帶動了中端NOR Flash需求的增長，其年復合增長率達到了24%。
TDDI
TDDI是觸控與顯示驅動集成的縮寫，它將原本分離的手機觸控IC和顯示IC整合成了SoC。而隨著技術的持續(xù)優(yōu)化，TDDI芯片的成本不斷下降。
由于TDDI觸控功能編碼所需容量較大，無法一并整合進TDDI芯片，需要外掛一個4~16Mb的NOR Flash進行存儲，并輔助TDDI進行參數(shù)調整。
5G
5G也是NOR Flash的一大發(fā)展動力，目前，5G基站使用的NOR Flash，大約是1~2G的產(chǎn)品，全球能生產(chǎn)該規(guī)格產(chǎn)品的廠商并不多，目前，全球生產(chǎn)5G基站的廠商，大約有八成以上向旺宏下訂單NOR Flash。
汽車電子
由于NOR Flash可靠性更好，使得中高容量的NOR Flash在汽車電子中被廣泛應用。從最初的車用廣播需要1Mb的低端NOR，發(fā)展到中控系統(tǒng)搭載128Mb~256Mb的。
據(jù)IHS統(tǒng)計，2022年全球汽車電子市場規(guī)模達到1602億美元，其中增速最高的是ADAS，2022年達到214.47億美元，年復合增長率達到20.27%。ADAS系統(tǒng)中的導航、行車記錄、影像處理、車道偏移警示等功能，都需要采用512Mb或更高容量的NOR Flash。汽車電子市場的規(guī)模及其快速增長態(tài)勢將帶動NOR Flash等存儲器需求量大幅提升。
市場動向
總體來看，2018 年之前，NOR Flash市場需求較為疲軟，而供貨商的產(chǎn)能卻在提升，導致2018年NOR Flash的價格進入下行周期。集邦咨詢的數(shù)據(jù)顯示，NOR Flash價格在2019年第三季度開始回升。從旺宏、華邦和兆易創(chuàng)新的營收增速也能看出這一趨勢，這三家的營收增速均從2019年第二季度開始好轉，第三季度的營收增速仍在提升，這表明NOR Flash市場進入上行周期。
預計未來中高端NOR Flash有望維持高價位，低端NOR Flash受cost-down系列低價產(chǎn)品上市，以及新產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)的影響，價格將下滑。
3D堆疊
近些年，3D芯片成為了業(yè)界應對晶體管密度提升與先進制程微縮高成本之間矛盾的首選方案，無論是芯片制造，還是封裝，無論是邏輯芯片，還是存儲器，在高端應用領域，都在向3D轉變。
特別是在存儲器方面，3D NAND Flash已經(jīng)被廣泛采用，各大存儲器廠商都在將主要精力和資源投入到這方面的研發(fā)和生產(chǎn)。在這樣的趨勢下，市場容量不如NAND Flash，但又憑借其獨有的特性，在市場上不可或缺的NOR Flash，也開始向3D方向發(fā)展，不過與3D NAND Flash相比，3D NOR Flash仍然處于起步階段，只有行業(yè)頭部廠商，如旺宏和華邦電子，在大力投入研發(fā)，其它廠商多處于觀望狀態(tài)。
旺宏董事長吳敏求表示，NOR Flash制程發(fā)展到45nm已經(jīng)很難再微縮下去，因為成本會大幅提升。但汽車電子和人工智能等新興應用需求將帶動NOR Flash市場持續(xù)增長，旺宏已投入3D NOR Flash研發(fā)，以應對制程節(jié)點難以進一步微縮的障礙。
據(jù)悉，旺宏在3D NOR Flash方面的創(chuàng)新包括投入垂直2T架構和低功耗制程技術研究，通過3D堆疊實現(xiàn)更高的存儲密度，采用micro heater技術提升產(chǎn)品耐久性。該公司計劃兩年內(nèi)推出3D NOR Flash，預計采用45nm制程工藝。
據(jù)悉，旺宏在2Gb及4Gb先進NOR Flash技術方面已搶得先機，已經(jīng)推出相關樣品，量產(chǎn)產(chǎn)品也會陸續(xù)問世。
工藝方面，旺宏推出了AND架構，這是一種早期的閃存電路技術，可提供位級訪問，類似技術已經(jīng)應用于環(huán)柵 (GAA) 3D NAND 結構的堆疊工藝。
與典型的3D NAND閃存一樣，這種3D NOR堆疊單元是通過在氧化物和氮化物層的多層夾層中打孔，然后填充深孔來形成的。不過，旺宏的實驗架構不是由多晶硅構成的均質圓柱體，而是由幾個不同的異質結形成的，其中兩個是 N+ 摻雜的，用作多個堆疊晶體管的源極和漏極，中間由氮化硅絕緣體柱隔開。
圖：3D AND Flash結構
在AND結構中，每個晶體管都具有成對的源極線和正交的漏極連接位線。源是單獨解碼的，而不是有一個公共源。多晶硅“插頭”連接每個堆棧中晶體管的源極和漏極。
最初，旺宏是在一個8層結構上開發(fā)的，已經(jīng)完成了34層堆棧的工作，這似乎是可行的。旺宏認為，在70層以上時，該公司提出的3D NOR Flash將挑戰(zhàn)20nm半間距的兩層交叉點相變存儲器。進一步的改進可能來自鐵電存儲器晶體管，它允許更低的電壓操作和更快的寫入速度。
華邦電子也在45nm制程NOR Flash方面投入了巨資，容量大概是32Mb - 2Gb。
華邦電子認為，對于NOR Flash而言，45nm很可能是最后一個技術節(jié)點了，與之相比，SLC NAND Flash還有制程微縮空間，在24nm之后，至少還可以進一步微縮一代制程。
相對于旺宏，華邦電子雖然也在先進NOR Flash方面進行投資，但力度似乎不如前者那么大，后者更側重于采用先進制程的NAND Flash的研發(fā)。因為自從2008年45nm制程NOR Flash出現(xiàn)后，就再也沒有更先進制程的產(chǎn)品出現(xiàn)，其制程進一步微縮的難度很大。
結語
相對于NAND Flash，“小而美”的NOR Flash優(yōu)勢作用越來越凸出，其市場需求量正在隨著各種應用的發(fā)展而增加。
市場關注度和需求的提升，使得各大NOR Flash廠商有了進一步加大研發(fā)投入力度的動力和積極性，相關產(chǎn)品和新技術演進更具活力。
市場需求帶動NOR Flash制程工藝技術繼續(xù)演進，龍頭企業(yè)開始探索類似于NAND Flash的3D堆疊架構技術，這對于市場容量相對較小的NOR Flash而言，具有更強的象征意義，隨著應用的進一步發(fā)展，NOR Flash的市場規(guī)模是否會有較大幅度的提升呢？拭目以待。