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存储控制器:下一个中国半导体产业投资的新时代

       CINNO 5月15日,全球存储产业最近几年的发展如火如荼,此间存储控制器产业也是存储产业核心之一,属于必不可少的重要产业链节点。

       在经过平均销售单价大幅提升顺风顺水的2017年后,CINNO Research预期2018年DRAM产业在服务器、智能型手机与挖矿机需求持续成长带动下,整体DRAM供货维持吃紧的态势不变,平均销售单价持续往上,也预计将让DRAM市场产值再成长30%;而NAND闪存则是固态硬盘持续畅旺,3D NAND闪存的供给增加让闪存NAND市场产值可望再成长20%左右。

       NAND Flash和DRAM的巨大产能和产值,吸引了业者的大部分目光。但是存储介质芯片基本上控制在三星、英特尔/美光、东芝/西数和海力士这几家国际巨头的手里。紫光集团虽以数百亿美元资金四处出击购买技术、购买公司未成,转而以加强自身开发技术为主,未来结局尚未知。据业内认识评论,随着时间推移,大笔资金投入的利息和折旧压力以及国内投资人急于“见效”的压力,紫光已经认识到技术积累和当前市场之压力,转而寻求英特尔大连工厂出货支持,以该厂出品之晶圆经紫光封装铺垫市场,以渡过初期阶段。

存储器控制芯片是产业不可或缺的关键IC

       CINNO Research副总经理杨文得表示,存储器行业和台湾IC设计业者关系并不大。若是有关系的话也是与台积电、联电等晶圆代工厂和封装厂有关,台湾真正参与表演并具有角色地位的是存储控制器厂家,这些Fabless(无晶圆公司)才是台湾半导产业在存储产业具有一定的话语权。

       然而存储器芯片虽然销售额和行业影响力巨大,但是在产业应用中必须是和存储控制器芯片配合才能够组成为最终的产品(如附图一示意),即存储控制器芯片是属于必不可少的IC。比如当前固态硬盘(SSD, Solid-StateDrive)是闪存目标市场之主力,而SSD就需要控制器和闪存芯片配套才能够形成目标产品,另外智能手机内部之EMMC芯片更是控制器芯片和闪存芯片以MCP方式(Multi-Chip Package)封装而成。

图一:存储器与控制器芯片搭配示意

       全球存储控制器芯片可以分为如下类别:硬盘(HDD)控制器、存储卡控制器、UFD控制器、SSD控制器、Bridge(桥)控制器和高阶控制器几种分类。

硬盘(HDD)控制器-成熟稳定的传统存储器介质

       即平常应用的Hard Disk Drive(HDD),控制器芯片需要精确控制磁盘读写,当前全球几乎Marvell独家垄断,所幸SSD发展替代HDD,故后续不见有公司再进入这个领域争抢尾盘,因此在硬盘控制器芯片领域是属于美商Marvell一家独大的局面。

存储卡控制器芯片-消费性电子产品的主流存储媒介

       以CF/SD/MMC/UFS界面为主,主要形式为SD卡(包括TF卡与Micro SD卡)与嵌入式应用之eMMC和UFS芯片,应用于数码相机和智能手机等领域。该领域曾经的龙头老大SanDisk已经归入西部数据(Western Digital),另外则有三星和东芝均自产自销控制器和卡片(包括eMMC/UFS module)。这方面已经非单一控制器的竞争,当前市场可以采购到的此类控制器芯片集中在慧荣(SMI)。而德国公司Hysperstone历史绵长,其CF控制器仍在工业应用占据一定份额。国内深圳硅格有SD控制器,依托江波龙(longsys)的卡片产能,另外硅格近期內也合併立而鼎科技成立得一微電子往更多種類的閃存控制器芯片布局;华澜微电子(SageMicro)则是专注在资讯安全加密市场,工业类也仅CF控制器见市,由此可见此类芯片之主导权基本仍在台湾企业手中。

UFD控制器芯片-过去PC外差式存储装置,加密信息安全导向成新蓝海

       即USB界面的控制器芯片,主要应用于USB Flash Drive。此类芯片主力仍然是台湾公司,慧荣(SMI)和群联(Phison)占据首位。有两家曾经在此领域占据相当市场份额的公司,即台湾安国(AlcorMicro)和深圳芯邦(Chipsbank),现已丢失了市场份额。特别是芯邦原本国内市占率一度领先,由于在USB2.0升级到USB3.0的过程之中丢失市场情况严重,让芯邦不再有竞争力产品出现,另外国内苏州国芯、华澜微电子有此类产品,但均无消费类市场竞争力,局限于资讯安全类UFD应用。

SSD控制器芯片-未来新世代存储器的明日之星

      其市场竞争格局越来越接近存储卡控制器芯片的态势。一方面三星、美光和东芝等国际大厂纷纷自行研发,而希捷(Seagate)和西部数据(Western Digital)分别收购了SandForce和SanDisk,这些国际大鳄以闪存资源为根据地顺势把决定SSD的性能与可靠性的控制器抓在手里,成就了各自相当数量的控制器芯片消耗量。

      另一方面,进入全球SSD控制器市场的公司,也逐渐完成了优胜劣汰和兼收并蓄的过程。

      台湾的慧荣(SMI)仍然占据着这个领域的龙头老大,群联(Phison)在东芝的支持下不甘落后。而美国的Marvel虽然有HDD控制器的老大优势,但在SSD方面却是一再进退失据,逐渐失势。
      历史上一度以JM605等型号领先的台湾智微(JMicron)在前年进行组织重整,退出了SSD控制器业务,智微分出去的团队得到在国内成立了联芸(Maxio),仍然在努力耕耘中。联芸有海康集团的投资参与。
      国内开始SSD控制器设计最早的是华澜微,2013年就有SATA-2控制器上市,有一定份额的市场占有率,也是比较少见的进入国际市场搏杀的国内芯片。
      另外,上海宝存(Shannon)和后来的忆恒创源(MemBlaze)/忆芯科技(StarBlaze),上海宝存在企业级市场表现不错而被SMI并购,后两者也是专注在企业级市场,立足于高端SSD设计,在业内的宣传曝光度相当密集。
      华为海思自己也有SSD控制器芯片,主要是供给华为内部服务器产品使用,尚未见市场上面有华为控制器销售,据闻性能不错。    因SSD控制器设计涉及高阶模拟电路设计、复杂界面协议以及闪存各种算法技术,需有技术沉淀团队才能够成就,远非国内部分小公司为了融资宣传的那样子轰轰烈烈但华而不实。

桥接(Bridge)控制器-移动式存储设备的必需品

      之所以列入存储控制器乃是因为移动存储设备例如移动影碟、移动光驱等均以此芯片为基础。小型的存储Server亦直接以主板上面之桥芯片去驱动一系列HDD/SSD实现。当前,这个方面的领导厂商为祥硕(ASMedia),背后有大品牌华硕电脑的支持,其在电脑主板桥方面的芯片具有坚固市场根据地;第二名为智微(JMicron),第三名是国内的华澜微,于2015年达成协议并购initio之bridge芯片产品线产品IP和客户资源收入囊中,维持住了老三地位。此后威盛(VIA)亦进入竞争队伍,正在发力。

服务器/数据中心存储高阶控制器-高大上存储设备的关键组件

      主要是指在Server领域或者大数据(云)存储领域的应用。此类芯片一般需要超越单个硬盘架构的速度性能,例如RAID功能。而当前热门议题NVMe技术亦重点针对于高端应用,更进一步JEDEC标准正在进行中的NVDIMM技术,尝试着闪存和DRAM融合在一起开创新的道路。
      可惜,这个领域是美国公司独步天下,台湾业者的重点则是比较专注于PC周边的应用和技术所以对此有点陌生,也可能是因为台湾市场在Server和大数据系统方面的市场局促狭窄,没有施展空间。
      同时,这个领域衍生下去还涉及光纤-存储控制器和Ethernet-存储控制器等新型结构,基本上需要通信网络的技术基础都涵盖在此,而美国公司在这方面一骑绝尘,主要集中在PMC和LSI,还有一部分是Texas Instrument和Marvell,大多数都是基于通信产业的高速芯片的基础发展而来的。这些公司历经产业变迁,最近MicroChip才收购了Microsemi,而此前Microsemi收购了PMC;LSI卖给了Avago后又转手被卖给了希捷。高端存储服务器和阵列控制芯片都在这几家的控制下,台湾基本上没有涉足这块领域,而国内对这个方面则是布局较为广泛,毕竟国内有着光纤系统、交换机系统和大数据云存储的产业基础,所以华为的SSD控制器实际上不对外卖重点还是为了存储系统,包括其中的阵列芯片,因此这个方面华为也算是一方翘楚。
      总得来说,目前控制器厂家可以说分为两大阵营,第一大阵营就是或多或少拥有闪存资源的国际一线大厂,以三星为最典型代表。另外一大阵营就是独立的无晶圆厂(Fabless)芯片设计公司,以台湾慧荣为典型代表。从下方表格(表一)可以看出,除了一线以闪存背景把闪存和控制器直接做成为产品推行的厂家之外,市场上客户可以选择的控制器芯片基本上以台湾企业为主,尤其是慧荣、祥硕和群联为主力团队。当然,这里群联可以算是具有一定闪存资源背景捆绑支持的公司,并非单纯依靠控制器芯片为竞争力。

                                                      从国内企业状况来看,随着紫光集团在存储产业方面风风火火的投资,把整个国内存储产业真的点燃起来,控制器厂家也因此冒出来不少。经过一两年的市场考验,很多企业昙花一现,主要因为技术积累单薄、甚至有些公司单凭概念炒作,潮起潮落的速度很快。但是这不等于没有真材实料的国内企业,例如华为,台湾企业难以撼动,而且国内市场相对封闭,竞争方式也就不一样。华澜微电子公司虽然创立仅七八年,和国内其他芯片公司铺天盖地宣传的风格迥然不同,以稳健的步伐站稳SSD控制芯片与Bridge芯片的市场,在国内芯片总体极为依赖进口的背景下成为国内存储控制器晶业者中唯一能在国际市场竞争的。此外,联芸虽然离台登陆不久,重起炉灶也很快,已经看到了其新芯片开始出货。考虑到联芸从智微分支出来,熟悉台湾生态,可能对于台湾业者具有较强的竞争力。                                                                          

中国存储控制器芯片产业国产化刻不容缓

      最近,特朗普就中兴通信给了中国一击,更代表科技产业供应链国产化政策是必须加速的一条道路。闪存芯片因其巨大市值,被紫光为主的国家队看重,风光无限;但是,决定最终产品的性能以及国家看重的资讯安全的并不是闪存芯片,而是控制器芯片。因此,控制器芯片在产业链环节中相当关键的价值迟早会引起相关决策人士重视。

                                                      我们认为,在混沌的国际政经局势与产业竞赛中,能够为产业内公司带来更多调整的机会,而中国强力发展存储产业所带动的整体供应链发展,特别在存储控制器这样的产业更让国内厂商遇见百年难得良机,各厂商动态值得持续关注。