盘点：NAND闪存三十五年的“江湖春秋”

存储器的抹除流程使人想起相机的闪光灯，于是闪存被命名为“Flash”。

1975年，全球第一台数码相机诞生，它的制造者叫做——柯达。作为胶片龙头，柯达将这一跨时代的产品锁死在保险柜长达20多年，待柯达觉醒之时，已是他即将倒地之时。历史有时候总是如此相似，行业领先者为了自己的统治地位，一头埋进已有技术的辉煌里，对新技术视而不见，试图将新技术扼杀在摇篮之中，而技术创新永远无法阻挡。
在几十年的历史长河中，NAND闪存经历了一次又一次的技术变革，NAND闪存巨头也在其中创下了一次又一次的伟绩。

壹

开端

1984年1月24日，苹果公司发布世界上第一台采用图形用户界面的个人电脑——Macintosh。同一年，大洋彼岸的日本，东芝公司（2017年4月东芝存储器集团从东芝公司剥离，并于2019年10月正式更名为KIOXIA，中文名为铠侠）跨时代地提出了“闪存”概念，个人电脑与闪存，一个新的时代已经到来。
三年后，东芝根据闪存的概念发明出了全球第一块NAND闪存芯片，为之后的电脑、智能手机、数据中心等许多新应用奠定了技术基础。
如同柯达这个巨人一样，这项发明给东芝递上了前往NAND闪存宝座的“高铁票”，不过东芝却选择坐上NAND闪存的“绿皮火车”，因为他的主要业务是DRAM。
20世纪70年代后，得益于日本大力推动，日本半导体产业正在飞速发展。1976年，日本通产省集合多所顶尖研究所，并联合日立、三菱、富士通、东芝、NEC五大企业，发起的“VLSI（超大规模集成电路）计划”，投资720亿日元，以期实现微电子技术革命性突破。
在不断地攻坚克难之下，80年代，日本逐渐占据DRAM市场领导地位，迈入技术爆发期。
在有利的外部条件下，东芝投入340亿日元，组织1500人的研发团队，决定全力押注DRAM，这一决定也将东芝推上了DRAM市场的高塔之上。1985年，东芝率先研发出1MB容量的DRAM，成为当时世界上容量最大的DRAM存储芯片。相比已经开跑多年的DRAM，刚面世的NAND闪存在东芝眼里瞬间黯然失色。
时间进入90年代中后期，在政治与经济双重危机的裹挟之下，日本DRAM产业屡遭冲击，深陷前景不明的窘境，本土DRAM企业也受到了影响。即便强如富士通也难以守住自身阵营，于1999年宣布退出DRAM业务。
在互联网泡沫与美国的围追堵截之下，2001财年，东芝亏损2540亿日元。此时的东芝面临DRAM该往何处去的抉择，持续经营会扩大亏损，放弃则会摆脱亏损包袱，获得现金流。无奈之下，只能彻底剔除DRAM，将DRAM业务卖给了美光，之后，便决意重拾此前不被自己重视的NAND闪存业务。
时任英特尔董事长及CEO安迪·格鲁夫曾坦言:“如果不率先聚焦投产高附加值的芯片，并且拥有果断的投资勇气和早日收回投资的速度与战略眼光，半导体就不会成为盈利业务”。这一句话可能是对东芝放弃DRAM市场的最好注脚。
虽然此前不重视NAND闪存，但东芝也并未完全将其束之高阁，还是保留了少部分研发人员持续跟进。作为这个行业先驱，东芝拥有领先的技术优势，更重要的是，当时这个市场中的玩家，只有美国的英特尔和韩国的三星两家。
1991年东芝发布了全球首个4MB NAND闪存，一年之后，英特尔发布了12MB NAND闪存，又两年后，三星推出了第一款NAND闪存芯片。时间进入千禧年前后，三星又于1999年开发出首款1GB NAND闪存。东芝全力投入之后，也迅速跟进，2001年便与闪迪联合推出了1GB MLC NAND闪存，此时的闪存市场，竞争开始加剧，英特尔、三星、东芝互不相让地追逐NAND闪存的制高点。
2007年，2D NAND已经走到头，这一次东芝又引领了潮头，独辟蹊径发布基于BiCS技术的3D NAND。NAND闪存进入3D时代，同一年，乔布斯在旧金山的马士孔尼会展中心，从口袋中掏出了那款影响世界的iPhone。

二

豪赌

2001年8月，东芝宣布退出DRAM市场的前夕，东京一家名为Zakuro的餐厅内汇聚了众多三星高层人员。此次非正式会议的议题只有一个——三星是应该与东芝合作共同开发NAND闪存，还是应该独立开发。
会议上，李健熙慷慨激昂地对员工说道：“只喜欢吃眼前全是油的食品而变肥的猫，是抓不到老鼠的”。最终，三星还是狠下心决定走自己的路。
无论是押注面板、DRAM还是智能手机，三星总能准确地掌握住产业发展的脉搏，并孤注一掷地进行豪赌，也正是这份胆魄，让三星在今后的道路走得越来越远。
在NAND闪存上，三星自1984年就开始。在“闪存”概念提出的同年，三星就成功开发出了16kb的带电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，该产品被认为是闪存的前身。1989年三星成功开发自己的Mask ROM技术，这一举措给三星带来了4亿美元的营业收入。但由于MROM的需求仅限于特定的市场，不久三星便撞了南墙。
三星距离入门NAND闪存还差临门一脚，这一脚是英特尔送的。在东芝开发出NAND Flash之后，英特尔也不甘示弱推出了NOR Flash并很快在产量上超越了东芝。
为了缩小产能差距，1992年年底，东芝将NAND flash设计授权给三星，两年后，三星发布了16Mb NAND闪存，这是三星NAND闪存的起点。随后三星又在1998年推出了28Mb NAND闪存，1999年开发出 1Gb NAND闪存。再到2002年，三星成为了全世界首个量产1Gb NAND闪存的公司，自此三星超越东芝，正式坐上闪存市场头把交椅。
进入新世纪的三星，一路披荆斩棘，将NAND闪存的容量从1G升到2GB、4Gb、8Gb、16Gb、32Gb、64Gb，在精细加工方面，三星成功开发出90nm、70nm、50nm、40nm、30nm。

三

同盟

1985年，在日本半导体的不断攻城略地之下，时任英特尔董事长及CEO安迪·格鲁夫作出退出存储市场的重大决定，将其业务重心从存储芯片全面转移到CPU计算芯片。这家第一个将DRAM商业化的存储器公司与自己的起家业务正式说再见。多年以后，英特尔在微处理器领域所向披靡，并登上处理器市场王座，从一个存储器制造商成长为芯片霸主。安迪·格鲁夫再回首当初转型决定，想必也会露出欣喜的微笑。
虽然退出DRAM市场，但在闪存领域，英特尔并未放弃。为了在这个新领域对阵东芝，英特尔在1988年推出了第一款NOR Flash，该产品成功取代了EPROM产品，被用在存储计算机软件，但随着ipod等消费类产品对存储要求的提升，NAND闪存的市场在急速增长。于是1992年，英特尔第一款NAND闪存产品姗姗来迟，容量为12MB。
在各家追逐市占率和产量的同时，新的技术也在不断出现，最初NAND闪存技术以SLC架构为主，该架构的优点在于读写速度快且稳定性高。1997年，英特尔又开发出了MLC架构，被用在了NOR Flash之上，该架构的优点在于其同等存储单元可存放的资料是SLC的两倍，但缺点在于读写次数有限稳定性稍差。后来，东芝将该架构用在了NAND闪存上，2001年便与闪迪联合推出了1GB MLC NAND闪存。
在这一场没有终点的技术竞赛中，单打独斗不是主旋律，东芝与闪迪合作，英特尔则选择了美光。
再次回到1984年，一个神奇的年份，这一年美光成功开发出世界上最小的256K DRAM，并成功登录纳斯达克。此时，迎接美光的并不是一个崭新的黎明，而是一场生存危机。原因在于NEC、东芝、三菱等DRAM企业正居领先地位，从技术和成本上对美光、英特尔等DRAM企业都形成碾压般的优势。上市一年后，美光便将炮火对准了当时手握“领导权”的一些海外DRAM企业。
1985年间，美光向国际贸易委员会提起东芝等企业倾销诉讼，直指对方企图以低于成本的价格使竞争对手们逐个破产，名单中包括东芝、富士通、日立和其它三家企业。
在这场DRAM争霸赛中，美光最终发展良好，并成为DRAM产业上的火种，不过在NAND闪存领域，美光比其余几家存储器企业出发都晚。
2005年，英特尔与美光成立合资公司IM Flash，其中美光持股51%，英特尔持股49%。新公司成立之后，美光以2.7亿美元的价格将现有的NAND闪存技术和芯片设计方案卖给英特尔，并购买了使用、修改这些设计的永久性许可。美光与英特尔的珠联璧合一方面是抵御三星与东芝的冲击，另一方面则是押注未来，全力进军3D NAND。

四

新起点

1984年是2D NAND的起点，2007则是3D NAND的起点。
这一年是智能手机的元年，智能手机时代即将到来，NAND闪存也将迎来黄金期，同时各家企业在新技术上的竞赛也更加激烈。
根据TrendForce集邦咨询的数据显示，2017年全球智能手机的生产量达到了14.58亿台的顶峰。智能手机维持了长达10年的高速成长。同时智能手机对NAND闪存的需求也在不断提升，初代iPhone的起始配置只有4G，如今，最新的iPhone 14起始配置已经增长到128G。且随着短视频等应用的不断发展，未来对于NAND闪存的需求会继续增长。

2007年东芝率先提出3D NAND结构，但三星并没有借鉴东芝的结构，反而另辟蹊径走出了属于自己的3D NAND独特道路。2013年，三星突破半导体精细加工技术的限制，推出并量产第1代24层128Gb V-NAND闪存，一举惊艳全球。该款采用了全球首个3D单元结构“V-NAND”技术。
2011年，东芝与闪迪的300nm级闪存工厂Fab5在日本正式投产，一年后，东芝将层数推高到了24层，又过了一年的2013年，三星才达到这一层数，由于起步较晚，美光与英特尔的首款3D NAND在2015年才问世。此后数年，英特尔与美光、东芝（铠侠）、SK海力士以及三星在追逐更高密度，更高层数的道路上一刻也不停歇。
2014年，三星研发出32层，第二年SK海力士就研发出36层，同年东芝又研发出48层、三星也推出48层。2017年，三星将层数提高到64层，同年，SK海力士已提高到72层。2019年，美光、SK海力士、东芝同时推出128层，2020年，三星、美光、SK海力士又同时攻克176层。直至2022年，唯有美光、SK海力士突破了200+层，双方层数分别达到232层、238层，其中，238层为目前业界最高层……
△全球半导体观察根据公开信息整理

五

退赛

竞争激烈的3D时代让厂商之间的差距逐渐显现，并且一些参赛者逐渐退出赛道，也有新的参赛者以意想不到的速度迅速跟进，成为这个市场不可忽视的一股力量，动摇了维持数十年的市场格局。
英特尔与美光在2D时代发展较为顺利，合资公司成立之后，其生产工艺从72nm、50nm、34nm、25nm，一路升级到20nm NAND闪存，成为第一家推出20nm 128Gb核心的闪存厂。但进入3D时代之后，IM Flash的速度与三星、东芝相比，就显得比较慢。3D NAND时代早已来临，但英特尔和美光仍在研发2D NAND，直到2015年，双方联合推出384GB 3D NAND闪存，据说该款是有史以来密度最高的3D NAND闪存，同年还推出了3D XPoint技术。
此后，英特尔与美光这一对战友路线出现了分歧。英特尔着手向企业级市场发售3D NAND产品，并基于3D XPoint技术打造出傲腾（Optane）产品线，产品凭借高速率、高耐用性、超低延迟等特性在企业级市场过得风生水起。而美光则转向消费级市场发售SSD。美光放弃了浮栅极（Floating Gate）技术，选择与三星等公司一致，转向电荷捕获（Charge trap）技术，英特尔却不为所动，技术上的分歧或是双方最终分道扬镳的原因之一。
2019年，英特尔与美光正式结束了在NAND Flash技术方面长达14年的合作关系。最终美光收购了IM Flash，英特尔则独自建立了NAND Flash和3D XPoint存储器研发团队，但没多久，英特尔就彻底放下了NAND Flash，如同其当年放下DRAM一样。这一决定算是宣告英特尔对NAND闪存的告别，同时也切断了傲腾（Optane）这一常年处于亏损状态的业务的供货来源，这似乎也为傲腾最后的结局埋下了悲伤的伏笔。
英特尔告别赛场之后，将一部分财产留给了昔日战友美光，另外的场地留给了后起之秀SK海力士。2021年12月底，SK海力士以90亿美元的价格接手了英特尔NAND闪存业务及SSD业务，后在美国成立NAND闪存解决方案提供商Solidigm。
在今年9月英特尔透露Optane业务将走入历史。但相关人士强调，英特尔Optane系列画上句号并没有对外公布。现阶段策略就是随时间过去，产品销售完毕，再宣告结束。Optane业务是英特尔在存储领域的最后一项业务，它的结束也将为英特尔的存储之路彻底地画上句号。
在存储路上，英特尔这些年可谓是使尽浑身解数，但它却走得跌宕起伏。当后来者再翻阅存储器历史，依然能够在字里行间看到英特尔曾经在存储器领域的不朽功绩，但未必会为英特尔的退出而感到惋惜，毕竟它如今在另一个赛道上依然制霸全球。
与英特尔、东芝以及三星这些前辈们相比，SK海力士起步较晚，但其发展迅速，如今SK海力士已经突破了目前业界层数的最高层238层。
SK海力士入局后的第一款产品是在2010年研发的20nm 64Gb NAND闪存芯片，彼时SK海力士的名字中还没有SK两个字母。两年后，韩国第三大财阀SK集团入主海力士，并成立了“闪存设计解决方案中心”。在SK集团雄厚的财力加持下，SK海力士2014年进军3D NAND闪存领域，2019年就率先研发出全球首款基于CTF的96层4D NAND闪存。相比3D方式，4D架构具有单元面积更小，生产效率更高的优点。

六

并购

以千禧年画一个分界线，东芝与三星是产业缔造者，SK海力士与美光是千禧年后杀出的两匹黑马，回顾这两匹黑马的成长之路，并购是一个无法忽视的因素。
产业发展初期，朝气蓬勃，各家企业都能找到属于自己的生态位，产业一旦进入成熟期，并购加剧，马太效应之下生态位要么扩张，要么被蚕食。2010年之后，各大企业都在积极并购小企业，一方面巩固自身优势，另一方面弥补短板。其中美光与SK海力士是最为活跃的两家企业。
美光在2010完成对闪存制造商Numonyx的并购，2012年收购PCle虚拟化解决方案供应商Virtensys，2015年收购SSD控制器初创公司Tidal，2019年正式收购IM Flash。SK海力士则在2012年收购意大利NAND闪存开发商Ideaflash，并在2021年拿下英特尔的NAND闪存业务。
△全球半导体观察根据公开信息整理

结语

小小一枚NAND闪存芯片，最初只是东芝工程师脑海中的一个念头，后来在物竞天择的丛林中一步步发展，成为智能手机、PC等电子产品的核心部件。NAND闪存结构从最初的2D到如今的3D、4D，层数不断提高，24层、36层、48层、96层、128层、176层、200+层，到最近三星规划的1000层，半导体从业者对技术的追求没有止境。
期间，有前浪退出、也有后浪涌进。东芝雄霸市场、三星一跃龙门、美光与SK海力士强势突围、以及退出赛场的元老英特尔，都为NAND Flash市场演绎了一场横跨时空的精彩剧情，并创写了属于自己的江湖春秋。

如今的NAND闪存市场战火依然焦灼。从营收上看，据TrendForce集邦咨询研究显示，在2022年第二季NAND Flash营收排名中，三星（Samsung）常居冠首、SK集团（SK hynix +Solidigm）列第二、铠侠（Kioxia）第三、美光（Micron）则列第五。
波诡云谲的市场永远暗流涌动，步入2022年的下半年，NAND闪存市场再度面临下行压力，在一个迷雾环绕的环境中，巨头们又将如何拨云见日，制霸未来？