中國記憶體產業追趕 DDR4 與 DDR5 長鑫存儲 CXMT 崛起挑戰三星 SK hynix 與美光

更新 發佈閱讀 6 分鐘
長鑫存儲(CXMT)是中國唯一量產DRAM的廠商,總部位於合肥,專注DDR4、DDR5與HBM技術研發。

長鑫存儲(CXMT)是中國唯一量產DRAM的廠商,總部位於合肥,專注DDR4、DDR5與HBM技術研發。

過去五十年,中國多次嘗試進入動態隨機存取記憶體(DRAM, Dynamic Random Access Memory)市場,卻屢屢失敗。從北京大學早期的研究,到無錫華晶、再到中芯國際(SMIC, Semiconductor Manufacturing International Corporation),每一次努力都止步於商業化之前。直到長鑫存儲(CXMT, ChangXin Memory Technologies)的出現,中國才真正有了能挑戰三星(Samsung)、SK 海力士(SK hynix)與美光(Micron)的可能。

(延伸閱讀:記憶體世代演進:DRAM、Flash 與 HBM


從失敗到長鑫存儲的誕生

CXMT 的董事長朱一明。他是創辦人之一,兼具有技術設計與商業敏銳度,曾經在 GigaDevice(兆易創新)帶領設計與市場。

CXMT 的董事長朱一明。他是創辦人之一,兼具有技術設計與商業敏銳度,曾經在 GigaDevice(兆易創新)帶領設計與市場。

中國的 DRAM 追趕歷史可以追溯到 1970 年代,北京大學團隊在矽閘 NMOS 上製作出 1K 晶片,但始終落後世界一至三年。後來的無錫華晶在 256K 產品世代陷入危機,中芯國際在 2000 年代短暫量產 DRAM,最終因價格崩盤與台積電訴訟退出。這些失敗說明了單靠國家資金或短期技術轉移並不足夠。

真正的突破來自合肥。2016 年,地方政府啟動「506 專案」,投入超過 70 億美元,並拉攏兆易創新(GigaDevice, 中國領先的 NOR Flash 與微控制器設計公司)。兆易創新的創辦人朱一明,既有清華背景又在矽谷歷練多年,讓這個計畫有了技術與資金的雙重支撐。長鑫存儲成立後,更大規模從台灣與韓國挖角整個團隊,給予三至五倍薪資,快速補足研發與製造能力。


DDR4 與 DDR5 的追趕

在全球市場上,三星 2012 年展示 DDR4(Double Data Rate 4,同步動態隨機存取記憶體第四代),2014 年量產;SK 海力士與美光也在同時期加入。相比之下,長鑫存儲直到 2019 年才推出首款 DDR4/LPDDR4X(Low Power DDR4X,低功耗版本,常見於手機與筆電),基於 19 奈米製程,落後領先者約 5 至 7 年。但關鍵在於,它能穩定出貨並進入小米與傳音的供應鏈,避免重蹈福建晉華因制裁倒閉的覆轍。

2021 年,三星與 SK 海力士開始量產 DDR5(Double Data Rate 5,第五代),分別推出 DDR5-6400 與 DDR5-7200 產品,採用 D1a(10 奈米級,含 EUV 微影)製程。而長鑫存儲在 2024 年底推出 DDR5,雖然僅採用 1z node(約 15–16 奈米,未用 EUV),但仍將落後差距縮小到 3 至 4 年。更重要的是,CXMT 在單位密度上達到 0.239Gb/mm²,高於韓國同世代產品,顯示其製程優化能力已不容小覷。


中國的 HBM 戰略

隨著人工智慧(AI, Artificial Intelligence)與高效能運算(HPC, High Performance Computing)的興起,記憶體帶寬成為瓶頸,高帶寬記憶體(HBM, High Bandwidth Memory)成為關鍵解法。

長鑫存儲已於 2024 年下半年開始少量生產 HBM2,雖然世代上落後,但至少踏出關鍵一步。更長遠的目標是 2026 年量產 HBM3,並在 2027 年推出 HBM3E。這與韓美廠商的最新進度相比仍有差距,特別是在極紫外光微影(EUV, Extreme Ultraviolet Lithography)與先進封裝技術(如台積電 CoWoS, Chip-on-Wafer-on-Substrate)上的缺失,將直接影響良率與產品性能。

(延伸閱讀:馮紐曼瓶頸與 HBM:記憶體的架構挑戰


4F² 單元結構:下一個突破口

6F² 與 4F² 結構的截面示意,部分電容、通道(capacitor / channel)等元件形狀與間距變化。

6F² 與 4F² 結構的截面示意,部分電容、通道(capacitor / channel)等元件形狀與間距變化。

目前主流的 DRAM 單元設計採用 6F² 結構,其中「F」代表製程線寬,6F² 表示單元面積是最小特徵尺寸的六倍。這個架構自 2007 年以來已使用多年。若能推進到 4F² 結構,單元面積將縮小三分之一,等於同一晶圓能容納更多記憶體單元,大幅提升密度與降低成本。

但挑戰在於:電容縮小後儲存電量不足,容易受雜訊影響;單元間距縮短會導致干擾加劇;製程也需要新的元件,例如垂直通道電晶體(VCT, Vertical Channel Transistor)或全環繞閘極(GAA, Gate-All-Around)來維持性能。長鑫存儲在 2023 年發表的研究已展示 4F² 測試晶片,顯示他們正在探索未來世代,而不僅僅是追趕現有產品。


2024 年長鑫存儲市占率約 8%,預計 2029 年可提升至 12.5%,仍落後三星 38%、SK 海力士 27%、美光 19%。然而,這已是中國首次建立具備國際競爭力的 DRAM 與 HBM 供應商。若長鑫存儲能在 4F² 單元結構與垂直通道電晶體上取得突破,未來有機會在 DDR 與 HBM 的交錯發展中,打破韓美長期壟斷。



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邊喝邊想
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有些問題,邊喝點東西,邊想,會比較有答案。這裡是我閱讀、觀察、懷疑,然後慢慢轉化的地方。寫的東西有科技、咖啡、酒,偶爾是神話。如果你也喜歡慢慢想事情,跟著我的節奏,這裡或許適合你。
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