出品：科创板日报
作者：吴凡
从1920年末IBM发明出一种 “高密度存储设备”的80列打孔卡，到1980年闪存存储器的问世，短短60年的时间，存储器就已经历经了多种形式的迭代。
伴随近年智能手机、云服务等市场对存储器的强劲需求，存储器市场在2017年迎来爆发，成为IC最大细分领域，目前已形成了一个主要由DRAM与NAND Flash以及NOR Flash组成的超过1600亿美元的市场。
但现阶段存储器在发展过程中，也逐渐面临一些无法逾越的技术鸿沟，比如传统存储介质与内存介质在速度、功耗和密度的巨大差距；另外其共性问题还在于都面临着制程持续微缩的物理极限。能够突破性能与技术瓶颈的第四代存储器（又称“新型存储器”）逐渐受到市场的关注。
在此背景下，一家专注于ReRAM领域的新型半导体存储技术公司昕原半导体（上海）有限公司（下称“盺原半导体”），在上海成立，并发展迅速。这是一家集核心技术、工艺制程、芯片设计、IP授权和生产服务于一体的新型IDM公司。公司由张可博士和张翔先生联合创立。在公司成立的第二年，即获得由上海联和投资、联新资本、联升创投、昆桥资本组成的战略融资。公司历史股东还包括KPCB、北极光创投、赛富亚洲、宽带资本、元禾谷风等知名基金。
昕原半导体联合创始人兼CEO张翔向《科创板日报》记者透露，公司去年研发的一颗基于ReRAM存储技术的芯片目前已在回片阶段，今年下半年将可以出货，该款芯片主要是利用了公司新型存储ReRAM的安全特性和存储特性，主要应用于防伪认证，也应用于移动设备的各种配件、家电、电子烟等AIoT的广大市场，目前已与行业内头部厂商达成合作意向。
第4代存储器已经经过10年的发展，张翔认为，未来5年将会进入爆发期，存储器的市场格局将发生改变。
特点鲜明的新型存储器
存储芯片根据断电后存储的信息是否留存分为易失性存储芯片：DRAM/SRAM与非易失性存储芯片：NAND Flash/ NOR Flash。其中DRAM和NAND Flash两类占存储市场的95%以上。
DRAM的技术发展路径主要以提升制程来提高存储密度，虽然微处理器的工艺已经到了5nm节点，但DRAM仍然停留在20nm和10nm节点之间，目前不论是美光、海力士还是三星电子，其DRAM产品的最高制程为1znm（约12-14nm），而理论上，10nm是DRAM的极限。
与之相比，NAND Flash广泛应用于SSD存储单元，销售额占存储芯片比重约42%，仅次于DRAM，其特点是具有较高的密度，但是读写速度不及DRAM。而对于近年因5G、电动车、TWS等应用而拉动需求增长的NOR Flash而言，其不仅写性能较慢，且无法做到较高的密度。
由于DRAM和NAND Flash以及NOR Flash本身物理特性的限制，单纯依靠改良现有的存储器很难突破性能与密度的瓶颈，而新型存储器提供了解决路径。
“大体而言，新型存储器具有两大特点，以应用场景数据中心为例，首先，新型存储器在数据中心的应用，其读写速度与DRAM一样快同时提供更高的存储密度，第二，所有的新型存储器都是掉电后数据还保存（非易失性），新型存储器应用后，一个数据中心性能会大幅提升，而能耗上会降低30%左右”，张翔向《科创板日报》记者描述。
基于新型存储器的性能优势，张翔认为，从自身的性能、耗电量等角度考虑，未来只要做数据中心，肯定会选择这条（新型存储器）发展道路做为现行存储配置的补充，“目前已经有很多公司找到我们表达出对新型存储器的需求”。
未来行业格局或将改写
除了在数据中心应用外，新型存储器在云端、在IOT侧、车规、AI领域等方向亦有很多的应用。
其中在AI领域，传统冯·诺伊曼体系结构中，数据从处理单元外的存储器提取，处理完之后在写回存储器。而现有AI芯片由于运算部件和存储部件存在速度差异，当运算能力达到一定程度，由于访问存储器的速度无法跟上运算部件消耗数据的速度，再增加运算部件也无法得到充分利用，即形成所谓的冯·诺伊曼“瓶颈”，即“内存墙”问题。
而存内计算则可以解决上述问题，其把计算嵌入到内存里面去，这样内存就不仅仅是一个存储器，同时还完成了计算任务。存算一体大大减少了计算过程中的数据存取的耗费，“实际上存内计算要解决的最重要的事情就是性能和耗电，也就是能耗比”，张翔讲到。
对于存内计算而言，存储器的特性往往决定了存内计算的效率，因此当带有新特性的存储器出现时，往往会带动存内计算的发展。通过存储与计算融合，减少数据的中间搬移，从而提升整个AI芯片的能效，打破存储墙问题。
记者了解到，昕原半导体主要聚焦于新型存储行业中的ReRAM（阻变存储器）赛道，目前，昕原在会提供三类存储产品：低密度存储产品，中密度存储产品，高密度存储产品。公司业务则主要面向四大领域：数据中心、存储颗粒、AI存内计算以及IoT芯片安全领域。
张翔透露，昕原半导体已完成业界首款28nm制程ReRAM芯片流片成功，即将于今年下半年量产，该芯片将应用IoT芯片安全领域，包括电子烟、电池、快充等需要身份认证芯片的产业；对于存内计算领域则会采取IP授权的方式；而在存储颗粒市场则面对与部分传统存储器的直接竞争。
张翔表示，公司的低、中密度存储产品会与代工厂合作生产，或者自产，其中中密度存储产品相比NOR Flash，在性能、密度、成本上均有优势；而高密度存储产品，在性能、成本、密度上与SLC NAND产品相比占优。这也意味着，随着新型存储器产品的逐渐成熟，存储器行业的现有格局将在未来被改写。
拥有世界上首个ReRAM量产线
值得注意的是，新型存储器除了ReRAM种类外，还包括相变存储器(PCM)、磁变存储器(MRAM)、铁电存储器（FRAM），与前述新型存储器品种相比，RERAM的优势体现在何处？
张翔介绍，ReRAM读写速度优于传统存储器，但要慢于MRAM和FRAM，同时ReRAM的读写次数约在100万次左右，较传统存储器有数量级的增加，但少于MRAM的读写次数，“ReRAM的优点则非常明显，首先在密度方面，ReRAM的密度可以做到很高”。
其实，据了解，从成本方面看，MRAM由于材料的复杂性、密度瓶颈等特性，其成本会较高。而PCRAM的特点则在于密度可以做到与ReRAM相同水平，但PCRAM读的速度会逊于ReRAM，同时其与ReRAM最大的区别在于，由于工艺制程较为复杂，因此PCRAM的良率有待提升。
有行业人士透露，昕原半导体与代工厂合作开发的ReRAM的良率已经达到70%，未来良率将接近90%。
另外，FRAM则与MRAM的性能较为类似，但其读写速度要优于MRAM，且可以保持较低的功耗，FRAM的劣势则在于，其成本比MRAM还要高，“所以它可以应用于一些非常特殊的市场，比如助听器市场”。
张翔认为，总体来看，与其他新型存储器相比，密度和相应的成本将会是ReRAM的最大优势。
《科创板日报》记者了解到，在ReRAM的赛道上，昕原半导体拥有10年的技术积累和经验。公司与全球头部的FAB有多年的工艺制程开发合作，并且是第一个做到28nm商用量产的公司。
此外，昕原半导体采取的是新型IDM的模式，公司是世界上首个拥有ReRAM后道量产线的新型存储创业公司。
事实上，在当下全球芯片紧缺的大背景下，采取IDM模式的芯片厂商正凸显其优势。对于昕原半导体而言，由于拥有自主后道量产线，在生产规模上，即避免了对FAB的完全依赖，同时又可以契合FAB已有的工艺产线，可以做到快速匹配生产；同时公司也极大缩短了产品开发和迭代的周期；而在投资规模上，由于仅进行后道工艺的生产，投资规模整体可控，并可分阶段地提升产能，“目前公司跟一个代工厂合作的产能，在最低设备情况下，能达到2000片/月，在IDM工厂建成后，公司产能将达到30000片/月”。张翔讲到。
张翔表示，新型存储器未来的应用领域会非常广泛，“在未来可预见的市场中，存储器产品将是公司收入最高的一项业务，另外公司的AI业务将会增长的非常快，昕原希望在未来做到中国最好、最强的新型存储器公司”。
