1. 存儲類芯片介紹

 

存儲芯片，也叫存儲器，是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。根據斷電后數據是否被保存，可分為 ROM（非易失性存儲芯片）和RAM（易失性存儲芯片），即閃存和內存，其中閃存包括NAND Flash和NOR Flash，內存主要為DRAM。

 

存儲芯片分類示意圖

根據存儲形式不同，存儲器可分為三大類：光學存儲、半導體存儲器、磁性存儲，其中光學存儲是指根據激光等特性進行存儲，常見的有DVD/VCD等；半導體存儲器是指采用電能存儲，是目前應用最多的存儲器；磁性存儲，常見的有磁盤、軟盤等。

 

從產品形態來看，存儲器主要包括NAND Flash、DRAM和NOR Flash等，其中NAND Flash ，屬于非易失性存儲器，DRAM即動態隨機存儲器，屬于易失性存儲器。2024年全球存儲器市場規模達到了753.3億美元，同比增長97.7%。其中，NAND Flash和DRAM的市場規模分別環比增長18.6%和24.9%，總體環比增長22.1%至414.2億美元‌。此外，2024年全球存儲芯片行業市場規模預計將達到1671億美元，其中DRAM占比達56.8%‌。

NOR Flash屬于非易失性存儲，NOR Flash廣泛應用于需要存儲系統程序代碼的電子設備。NOR Flash是除DRAM和NAND Flash之外市場規模最大的存儲芯片。近年來隨著智能手機、物聯網、TWS耳機、5G及汽車電子等下游應用需求的增長，NOR Flash市場規模逐步增長。根據機構預測，NOR Flash總體市場規模將在未來5年持續增長，2024年，全球NOR Flash市場規模將達到26.99億美元，同比增長19.74%，2023-2028年的年均復合增長率為9.17%。其他存儲器類型還包括SRAM（易失性存儲）和幾種ROM（非易失性存儲），但市場普及度都比較低。

 

汽車電子包括車體電子控制裝置和車載電子控制裝置，前者需要和汽車機械系統配合；后者能夠獨立使用。隨著汽車電動化與智能化，電動汽車和無人駕駛發展迅猛，相應的輔助駕駛系統ADAS、電池管理系統BMS等被廣泛應用，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車用存儲器需求，疊加配套器件如行車記錄儀等帶動的需求，預計該領域將帶動NOR/SLC NAND保持10%以上的復合增長。

 

未來出行是電動化，自動化和互聯化，但是對于汽車開發來講要交付這種趨勢其中一項最大的挑戰是來自于整車的電子電氣架構，電子電氣架構從傳統的分布式到域控制器式最終到中央處理器逐漸發展。從各個模塊相互獨立，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，最終到達云計算。

 

根據博世的經典五域來看，主要的域控制器包括自動駕駛域、底盤域、信息娛樂域、車身域、動力總成域等。但不同的車企對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可能成為一個較為理想的解決方案。目前自動駕駛域和信息娛樂域不管是從軟硬件要求還是從實現強大的功能需求來說都比較明確作為單獨的域控制來看。動力域、車身域和底盤域等在執行端依然會保留基礎控制器復雜終端執行功能，控制算法上由中央控制器統一控制。

 

存儲器在新的電子電氣結構中各個系統的中的分布圖如下：

 

（1）智能駕駛系統中的存儲器

 

智能駕駛系統中的存儲器

 

（2）智能座艙系統中的Memory

 

智能座艙系統中的存儲

 

（3）智能中央網關系統中的Memory

 

智能中央網關系統中的Memory

 

（4）智能域控制系統中的Memory

 

智能域控制系統中的Memory

 

（5）新能源混合發動機控制系統中的Memory

 

新能源混合發動機控制系統中的Memory

 

具體而言，智能座艙、車聯網、智能駕駛等功能的實現均需要一定的存儲空間來支持其正常運行。以智能駕駛為例，根據鎂光科技及中國閃存市場預計，L2、L3級的自動駕駛汽車對內存帶寬要求大致為100GB/s，對NAND Flash的平均容量需求約為32GB，而未來L4、L5級的全自動駕駛汽車則需要300GB/s-1TB/s的內存帶寬，對NAND Flash的平均容量需求約為256GB。

 

存儲芯片在汽車上的應用

 

2. 閃存類芯片

 

閃存作為一種存儲介質，廣泛應用于固態硬盤，UFS，eMMC，SD卡，U盤等存儲產品中；閃存是一種非易失性存儲器，即斷電數據也不會丟失。

 

閃存應用

 

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

 

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

閃存陣列結構

 

（1）基本要求

基本要求

（2）功耗要求

 

目的：閃存功耗過大會導致芯片過熱，影響能量消耗和用戶體驗。

 

描述：閃存需要保證在以下不同的工作模式以及待機模式下，功耗滿足產品手冊的要求，參數如下：

 

ICC1/ICCQ1：閃存進行讀操作過程中的電流

 

ICC2/ICCQ2：閃存進行寫操作過程中的電流

 

ICC3/ICCQ3：閃存進行擦操作過程中的電流

ICC4R/ICC4RQ/ICC4W/ICC4WQ：閃存進行讀寫送數據的過程中的電流

ICC5/ICC5Q：閃存處于IDLE（閑置）狀態的電流

ISB/ISBQ：閃存處于STANDBY（待命）狀態的電流

 

（3）性能要求

目的：閃存產品的性能會直接影響用戶體驗，性能太差會導致系統長時間沒有反應。

描述：閃存產品需要保證以下性能指標滿足產品手冊要求。

 

① tProg：以PAGE（頁）為單位進行PROGRAM（寫入）操作一次需要的時間。

 

② tR：以PAGE（頁）為單位進行READ（讀）操作一次需要的時間。

 

③ tBERS：以BLOCK（分區）為單位進行ERASE（擦除）操作一次需要的時間。

 

④ IO Speed:數據傳輸的速率。

 

（4）可靠性要求

 

目的：閃存在實際使用中需要保證在生命周期內各種環境條件下功能的完整性及數據的有效性。

 

描述：閃存可靠性主要體現在以下方面，具體要求見相應的產品手冊。

 

①壽命：閃存有壽命限制，當一個閃存塊接近或超出其最大擦寫次數時，可能導致存儲單元永久性損傷，不能再使用。

 

②讀干擾：當讀取閃存塊中的一個PAGE（頁）時，閃存塊當中未被選中的PAGE（頁）都會被相對較弱的進行PROGRAM（寫入），隨著讀取次數的增加，從而最終導致這些PAGE（頁）中的數據變化，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：閃存中保存的數據，如果長期不使用，會發生電荷泄露，導致數據丟失。這同樣會導致非永久性損傷，擦出后后閃存還能正常使用。

 

汽車Nand存儲技術發展趨勢

 

資料來源：鎧俠、信達證券

 

從車載存儲技術來看，以往車載NAND Flash存儲器多為eMMC，數據存儲用量提升后，性能更好的UFS存儲有望逐漸滲透。

 

國內企業也有相關布局，以江波龍為例，在2021年就開始投入研發相關產品，預計在2022年下半年推出滿足AEC-Q100 Grade 2級別的FORESEE UFS 2.2產品，首次推出的產品容量為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、FFU升級、FBA數據加速等功能。未來，FORESEE 車規級UFS將重點在車載駕駛域和駕艙域進行產品推廣，以滿足客戶對大容量和高數據傳輸速度的要求。

 

3. DRAM芯片

 

動態隨機存儲器（DRAM）作為存儲單元，由一個MOSFET和一個電容組成，DRAM存儲芯片上布滿存儲電路，存儲電路主要由一個個存儲單元組成存儲陣列，陣列密度決定存儲密度，DDR是由固態技術協會（ JEDEC ）制定的DRAM內存標準，目前主流使用的內存標準主要是 DDR4 和 DDR5，其中 DDR5 現在的市場份額正在快速提升中，不過價格方面雖然有降價但還是與 DDR4 有著較高的差價。由于每一代DDR都需要平臺支持，短期難以替換之前的DDR產品。市場格局上，主要為國外及中國臺灣企業，國產企業占比相對較低。

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

 

4. 市場格局

 

存儲器市場競爭格局較為集中，三星、美光、海力士、鎧俠長期處于行業主導地位，而在車載領域，存儲產品不具生產標準化特點，而且對成本敏感性較低，因此競爭格局有所不同，幾大行業龍頭中僅鎂光有所投入，根據開源證券的研報數據，美光近年來在車載易失性存儲領域第一名，市場份額超過40%，北京矽成（北京君正）位居行業第二名，市場份額約為15%，南亞科技、三星電子、SK海力士、賽普拉斯等位居其后，但由于車載市場的快速發展，傳感器復雜度的不斷提升，車載存儲器這一領域正在成為各大巨頭們的新增長關注點，也是國產企業重點攻克應用領域之一。

 

5. 國產存儲類芯片發展情況

 

存儲類芯片在汽車的前裝市場、后裝市場都有應用，主要應用產品包括車載中控、車載后視鏡、車載導航儀、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，國內的供應商主要有北京君正、兆易創新、長江存儲、紫光等。

 

6. 車規級存儲芯片“上車”流程

 

一般來講，車規芯片從設計到量產上車約需 3.5-5.5 年的時間，上車后預計持續批量供應 5-10 年。

 

綜合考慮整車項目開發流程與芯片設計開發流程，芯片從設計到量產上車需要3.5年到5.5年時間，芯片上車后需盡量滿足汽車產品5到10年生命周期內的 OTA(汽車遠程升級技術)迭代需求

 

進入 Tier1或主機廠認證工作主要包括:1)認證 AEC-Q100；2)符合零失效的供應鏈品質管理標準IATF16949

 

7. 車規級存儲芯片的認證標準

 

AEC－Q系列認證是公認的車規元器件的通用測試標準。存儲芯片設計企業想要進入汽車電子領域，進入汽車電子零部件供應鏈，AEC－Q100是必須獲得的認證之一。

 

① AEC-Q認證是國際汽車電子領域的準入門檻

 

AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車電子委員會的簡稱。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車發起并創立于1994年，目前會員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導體廠商，符合AEC規范的零部件均可被上述三家車廠同時采用，促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，為汽車零部件市場的快速成長打下基礎。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測試標準，是零件廠商進入汽車電子領域，打入一級車廠供應鏈的重要門票。

 

AEC-Q100是AEC的第一個標準，主要是針對車載應用的集成電路產品所設計出的一套應力測試標準，此規范對于提升產品信賴性品質保證相當重要。AEC-Q100是預防可能發生各種狀況或潛在的故障狀態，對每一個芯片進行嚴格的質量與可靠度確認，特別對產品功能與性能進行標準規范測試。

 

② 要求通過AEC-Q100標準的車用集成電路IC

 

單顆IC：控制類芯片、驅動類芯片、計算類芯片、存儲類芯片、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：集成電路試驗方法零件工作溫度等級定義

 

?等級0：環境工作溫度范圍-40℃~150℃；

 

?等級1：環境工作溫度范圍-40℃~125℃；

 

?等級2：環境工作溫度范圍-40℃~105℃；

 

?等級3：環境工作溫度范圍-40℃~85℃。 

 

④AEC-Q100車用IC產品驗證流程

⑤ AEC-Q100測試項目分組

 

群組A--加速環境應力測試(PC、THB/HAST、AC or UHAST  or TH、TC、PTC、HTSL)共6項測試

 

群組B--加速生命周期模擬測試(HTOL、ELFR、EDR)--共3項測試

 

群組C--封裝組裝完整性測試(WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI、BST)--共7項測試

 

群組D--芯片制造可靠性測試(EM、TDDB、HCI、BTI、SM)--共5項測試

 

群組E--電性驗證測試(TEST、HBM、CDM、LU、ED、FG、CHAR、EMC、SC、SER、LF)--共11項測試

 

群組F--缺陷篩選測試(PAT、SBA)--共2項測試

 

群組G--腔體封裝完整性測試(MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV)--共8項測試