内存萧条又要来了？

强驴

2022-03-20 12:49·半导体行业观察

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自eetimes，作者：汤之上隆，谢谢。

看到去年2021年各半导体厂商疯狂的设备投资额，以及各国、各地区超乎寻常的补助金投入动向，笔者感到一种毛骨悚然的恐惧。仅去年，至少投资了12兆日元，动工建设了29家工厂。

笔者不禁认为，如果建这么多半导体工厂，总有一天会出现供过于求的情况，最终导致价格暴跌和半导体行业不景气。尽管上述29家工厂还没有投产，但各种半导体的出货量，除了Mos Memory以外，都创下了历史最高纪录。

值得注意的是，所有种类的半导体在2020年以后(也就是进入了疫情时代)，出货量都以不同以往的趋势增长。如果再加上2021年开工建设的29家工厂的半导体，会变成什么样呢?

笔者特别在意Mos Memory的举动。这是因为，其中包含的DRAM的供需平衡很容易被打破，过去曾出现过价格暴跌，其影响波及到自身的情况。

例如，1995年由于期待Windows95的销售DRAM价格暴涨，第二年1996年暴跌。当时我还在日立制作所工作，受此影响，从中央研究所被推到了DRAM工厂。另外，2000年IT的泡沫经济达到顶峰，2001年破灭。日立制造所劝告所有40岁及科长以上的员工提前退休，曾被借调到尔必达（ELPIDA）存储器和Selete(半导体尖端技术公司)工作的笔者被迫退休。而且2008年我在创业晶圆回收公司时，发生了雷曼事件，出资的公司破产了，创业受挫，我陷入了无业无薪的境地，只能去职业指导所工作。

2018年内存泡沫破灭时，笔者奇迹般地安然无恙。但是，存储器行业的不景气在2019年触底，之后以与2016 ~ 2018年存储器泡沫时期相同或更大的趋势再次增加了出货量。今后，会不会再次出现出货量高峰结束、存储器市场不景气的情况呢? 这么一想，就会感到一种无法用言语表达的不安。

但是光害怕也没有用。笔者对世界半导体市场统计(WSTS)的数据进行了彻底的分析。结果得出了“存储器行业不景气暂时不会到来”的结论。因此，本文将对其分析结果进行说明。不过，这个结论也有一些令人担忧的因素。一个是Intel euv光刻(极端紫外线)适用的过程是否能够成立,另一个是处理器是否能确保用基板，然后另一个是俄罗斯对乌克兰的军事侵略的影响在哪里如何出来,。特别是最后的悬念，希望战争能尽早结束。

DRAM的出货量和出货量数量的分析

正如开头所述，Mos Memory中DRAM的供需平衡很容易被打破，过去曾多次引发价格暴跌。因此，甚至出现了“硅循环”一词。

我们来看一下1991年~ 2021年DRAM的出货量和出货量数量的变化(图3)。出货金额受价格影响，上下波动很大。因为出货量的变动，笔者的人生发生了巨大的变化。

从出货数量来看，大致可以分为四个时期。

1) 1991年~ 2003年:出货量缓慢增长的时期

这主要是由日美欧发达国家对PC和电器产品的需求拉动的。

2) 2003年~ 2011年:出货量急剧增加的时期

进入21世纪，以中国为首的金砖四国(巴西、俄罗斯、印度、中国)等发展中国家实现了经济快速发展。因为新兴国家的人们购买了手机、PC和各种电器产品，所以对这些产品所搭载的DRAM的绝对数量的需求也随之增加。

3) 2011年~ 2018年:出货量基本保持在每年150亿颗左右的时期

DRAM制造商逐渐被淘汰。特别是2012年尔必达破产，被Micron Technology收购后，DRAM制造商实质上就变成了三星电子、SK hynix、Micron三家。这三家公司垄断了DRAM市场，为了防止供过于求导致的价格暴跌，进行了默契的磋商，各公司进行了生产调整。其结果，推测出货个数持平了。

4) 2018年以后RAM出货数量再次开始急剧增加的时期

笔者认为其原因如下。DRAM的主战场从PC转移到移动端，并逐渐转移到数据中心的服务器端(图4)。结果，三家DRAM制造商为了争夺Server用DRAM的霸主地位再次展开了竞争。而且，由于数据中心投资活跃，催生了增加DRAM绝对数量的需求。推测是由于这些因素导致出货数量急剧增加。

内存需求的不断扩大

除此之外，现在在世的人还流行一个词，那就是“混搭”。一开始我还不太明白这是什么意思，不过好像是指建立在网上的3d虚拟空间。虽然我还不懂它的结构，但我明白数据中心比以往任何时候都重要。因此，数据中心需要大量的Server，可以想象，用于该Server的DRAM需求会急剧扩大。

而且，这种需求的扩大不仅限于DRAM，还包括NAND型闪存和处理器(MPU)。下面将对其进行定量分析。

NAND的出货量和出货量

图5显示了NAND的出货额和出货个数的变化。如果和DRAM一样关注出货个数的话，可以将其分为三个时期。

1) 2000年~ 2016年:出货量直线增长的时期

随着NAND市场扩大到音乐播放器“iPod”、数码相机、手机等，NAND的需求增大，出货量也随之增加。

2) 2016年~ 2018年:出货量达到每年约110亿颗的固定时期

以2016年为界，NAND的结构从二维变成了三维。为了增加存储容量，三维NAND采用了纵向堆叠存储单元的方法。在二维技术中，由于存储单元变得更细，芯片尺寸变小，每片晶圆所能获取的芯片数量也随之增加，导致出货量也随之增加。但是，在三维空间中，芯片尺寸基本不变。因此，虽然出货位增加了，但出货个数却没有增加。

3) 2018年以后:NAND出货量再次开始增加的时期

这与DRAM的出货量在同一时期不断增加的原因是相同的。也就是说，由于数据中心需求的扩大，其所使用的Server需求也剧增，因此Server所搭载的SSD需求也增大，其结果就是SSD的核心部件三维NAND的出货个数开始增加。

综上所述，DRAM和NAND的出货量在2018年以后急剧增加。这可以推测是因为数据中心对Server的需求在扩大。那么，Server的大脑MPU的出货动向是怎样的呢?

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MPU的出货量和出货量

图6示出了MPU的发货金额和发货个数。从出货数量来看，不太清楚2011年为什么会出现高峰。但是，2016年的峰值下降是由于Intel在从14nm向10nm推进微缩工艺上的失败。

从2016年到2018年，我们迎来了真正的大数据时代，亚马逊、微软、谷歌等云制造商纷纷开始建设数据中心。在那个数据中心里，有必要将最先进的Server一字排开。

然而，如前所述，Intel未能批量生产10nm的MPU。10nm技术停滞不前的状态持续了5年之久，Intel被逼到绝境，第七任CEO Bob Swan甚至提到2020年“Intel可能会实现Fabless”。

不久前,ibm出身的Lisa su就任amd的ceo了。mpu的生产委托从GlobalFoundries改为TSMC，最尖端的微小化过程中开始发行了高性能mpu(拙著报道《处理器市场的导演吗?Intel追赶使amd跃进的两名主角》/ 2020年5月15日)。

不得不与之抗衡的Intel为了提高MPU的性能，采用了在延长14nm工艺的同时增加MPU内核数量的方法。但是，核数的增加，导致1枚晶圆所能获得的芯片数减少，从而恶化了生产速度。

由于Intel业绩不佳，2016年MPU的出货量为5.18亿颗，到2019年下降到3.83亿颗，比2016年减少了1.35亿颗，导致全球MPU短缺。结果，用于数据中心Server的批量生产的DRAM和NAND充斥市场，导致价格暴跌。实际上，代表性DRAM DDR4的8gbit产品从8.2美元下跌到了2.8美元。另外，代表性NAND MLC的128gbit产品从5.6美元下跌到3.9美元(图7)。

也就是说，2019年的存储器萧条，究其根源，可以说是Intel未能量产10nm MPU所致(拙著文章《Intel10nm工艺延迟引发的存储器萧条》/ 2018年12月7日)。今后是否会出现类似的存储器不景气呢?

存储器行业暂时不会不景气?

图8示出了MPU、DRAM、NAND的出货个数变化。MPU的出货量在2019年下降到3.83亿只，之后开始逐渐恢复。到2021年距离2016年的峰值仅差1900万个，出货量达到4.99亿只。

MPU出货数量增加的原因有两方面，一是Intel的10nm工艺勉强起步，二是委托台积电生产的AMD MPU出货数量增加。而且，如果今后MPU继续增长的话，存储器市场就不会不景气(我们迫切希望出现这种情况)。

但是，也有令人担忧的因素。正如开头所述，一个是Intel成立EUV，一个是封装基板不足，另一个是战争。

Intel能熟练使用EUV吗?

Intel第八任CEO Pat Gelsinger于2021年1月公布了新的发展蓝图(相关报道:《Intel将改变工艺名称，摆脱“nm”工艺》/ 2021年08月03日)。我们将量产开始的年份与台积电技术节点的对比写进了这张路线图(图9)。

Intel将于2021年批量生产“Intel7”，今年至2022年供货。这与2016年量产失败的10nm是同一世代(虽然结构、材料、工艺有所改变)，与台积电的N7 (ArF液体浸版)是相同的。而且，随着批量生产的开始，世界MPU的供货数量也会增加。但是，前面的难题堆积如山。

首先，对比Intel和台积电，“Intel4”相当于台积电的5nm，“Intel3”相当于台积电的3nm，“Intel20a”相当于台积电的2nm。假设这个对比是正确的，Intel必须在2022年下半年量产EUV约15层的“Intel4”。

但是，Intel只有3台左右的EUV，而且推测不是量产机NXE3400，而是研发机NEX3300。在这种情况下，2022年下半年，台积电的5nm“Intel4”很难崛起。如此一来，2023年下半年的“Intel3”和2024年的“Intel20a”的立足似乎令人绝望。

如果Intel不能熟练使用EUV，“Intel4”和“Intel3”不能批量生产的话，可能又会引起MPU不足。为了避免MPU不足，Intel将“Intel4”和“Intel3”全面委托给台积电生产，AMD则希望台积电生产足以填补Intel空缺的MPU。

Intel到底会怎么做呢(能不能不要固执地依赖台积电?) 。

Server用封装基板不足

另一个令人担忧的材料是，即使Intel和AMD能够通过委托台积电生产等方式生产MPU，配备MPU的FCBGA (Flip Chip-Ball Grid Array)基板也不足。

该FCBGA基板由日本的IBIDEN和新光电气独占。(合著文章《半导体制造设备和材料，日本的市场占有率为何如此高? ~“日本人特有的气质”所产生的竞争力》，2021年12月14日)。但是，由于全球性的Server需求高涨，FCBGA基板不足的问题变得显著(图10)。

据前述报道的共同作者、原Intel的龟和田忠司先生称，预计FCBGA基板不足的情况将持续到2024年。 如果基板不足的状态持续的话，它有可能成为瓶颈引起Server用MPU不足。 这是Intel和AMD无法解决的问题，只能依靠IBIDEN和新光电气的努力来解决。

希望战争早日结束

IntelEUV的问题和FCBGA基板不足的问题，是平时(因疫情影响是否可以称为“平时”表示存疑)的技术和生产容量的问题。

但是，俄罗斯对乌克兰的军事进攻显然是“非常时期”。2022年3月10日，日本内阁总理大臣岸田发言说:“随着事态的发展，世界和日本将陷入战后最大的危机。”(《日经新闻》3月10日)。但是，这个发言是在“(日本的)能源价格高涨的情况下”的语境中使用的。笔者不禁想:“这还用说吗?”

仅以半导体产业为例，在这种“非常时期”，很难预测在什么地方，什么供应链会断裂，什么领域会出现什么样的影响。半导体制造中,一级供应商、二级供应商,三级供应商等,非常复杂的供应网在世界上形成,因此任何一个原材料等拖欠,可能会导致完全无法制造半导体芯片的事情发生。也就是说，这场战争很有可能导致半导体产业的大萧条。注)

注)根据《俄罗斯入侵乌克兰对半导体市场的影响》，乌克兰是氖、氩、氪、氙等稀有气体，以及C4F6等半导体原料气体的主要供应国。首先，稀有气体的供给停滞，会影响KrF和ArF的曝光装置的生产和光源的维护。此外，氩、氙、C4F6是用于绝缘膜蚀刻的重要气体，如果它们的供给停滞，所有半导体都无法制造。如果战争长期化，或者即使战争结束，天然气工厂也无法运转，将对世界半导体产业造成巨大影响。希望不要变成那样。

最后以笔者的愿望作为结束。

1、 希望战争早日结束

2 、希望不会出现因MPU不足(或战争)而导致的内存萧条