美光存储芯片禁售后,国产芯片如何替代?

发布时间:2018-07-06 00:00
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来源:中国手机创新周
阅读量:2570

手机存储芯片产业正迎来新一轮洗礼。

7月3日,福建晋华和台湾联电各自发布声明,称因涉嫌专利侵权,福州中院发布“临时禁令”,要求美光停止在华销售部分DRAM和NAND产品。

在此之前,媒体披露,由于涉嫌操纵哄抬内存价格,国际三大存储巨头三星、 SK海力士、美光遭中国反垄断调查,或遭罚款8-80亿元。

而更早之前,去年12月,美光科技在美国加州提起民事诉讼,控告台湾联电及福建晋华侵害DRAM的营业秘密。

从诉方变成反诉方,从反诉方变成诉方,以及有关机构的介入,各方利益博弈的背后,隐藏着产业链的众生相,有需求者的无奈、领军者的得意、入局者的失落、监管者的警觉。

但,更是暴露出我国存储芯片产业缺“芯”现状。

“作为全球集成电路领域最大消费国,我国在一些核心元器件上却处于‘零自制率’境遇。”赛迪顾问半导体副总裁李珂在接受采访时表示。 

巨头垄断下的无奈

每次手机发布会上被厂商着重泼墨的存储芯片,我国却一直依赖进口。

 统计数据显示,我国每年芯片进口额超过两千亿美元,其中,存储芯片占比接近50%。2017年,中国进口存储芯片889.21亿美元,同比2016年的637.14亿美元增长39.56%。

 用于智能手机里的存储芯片分为两大类,动态随机存储器DRAM和闪存NAND Flash。简单来说,手机厂商宣传的4GB内存对应的便是DRAM,32GB或64GB存储对应的是NAND Flash。这两大存储芯片市场长期被几家巨头垄断。

 在DRAM市场,三星、海力士、美光的市场份额分别为44%、27%、22%,三家合计占比超过90%;在NAND Flash市场,三星、东芝、西部数据、美光、海力士的市场份额分别是39%、16.8%、15.1%、11.3%、10.5%,五家占比同样超过90%。

 巨头垄断也意味着他们对于存储芯片的定价拥有着话语权。据悉,从2016年开始,DRAM的价格多次提高,2017年的价格涨幅更是高达40%。从今年年初到现在,DRAM价格涨幅开始有所下降,不到10%,但对利润空间本来就很小的中国手机品牌厂来说,承受着巨大的压力。

 反观三星,2017年,全球DRAM市场增长74%,规模达到722亿美元,“头部企业”三星、海力士、美光成为最大的受益者,销售收入也随之水涨船高。海力士2017年报显示,营收30.1094万亿韩元(约合人民币1796亿元),同比增长75%;净利13.7213万亿韩元,同比增长319%。

 回避,不如主动出击

“三大巨头能如此肆无忌惮涨价,是否也暴露出我们核心技术受制于人的窘境呢?”李珂一语道出问题关键所在。

 因此,对于技术受制于人的局面,专家直言,我们不能回避,只能借鉴和吸收国外先进技术,主动出击,实现破局。

 当前,我国存储芯片产业地图已经初步形成。既有投入NAND Flash市场的长江存储,也有专注于移动式内存的合肥长鑫,亦有致力于利基型内存的福建晋华。

美光存储芯片禁售后,国产芯片如何替代?

从三家厂商披露的信息看,各自产品已进入量产倒计时阶段。试产时间预计将在2018年下半年,量产时间则可能集中在2019年上半年。

 筑起专利护城河

在国内存储芯片研发仍处于爬坡上坎阶段的时候,需要指出的是,无论DRAM还是NAND Flash,比拼的除了先进工艺和规模,更重要的是专利难题。

这是因为,对于存储器产业,小小的一个零部件都有着严苛的专利保护。而这些专利往往掌握在巨头手中,巨头市场占有量又非常大。因此,要避开所有现有的专利来进行开发,挑战非常大。 

国家知识产权局知识产权发展研究中心研究员王雷就对记者表示,传统DRAM产品被大量专利保护。

“即使中国厂商千辛万苦创新突破完成DRAM技术研发,但很可能还没有运作到量产阶段,就先收到巨头的专利投诉。”王雷指出。

因此,在技术攻关之外,筑起专利护城河也是国内企业进入市场的重要手段。行业分析师付亮对记者表示,对于新进入者,唯一能做的就是扩大自身专利池。只有壮大自身实力把产品做好,始终坚持自主研发。当大家都是核心专利时,才有资格和他厂谈判,走专利互授权路线。

福建晋华和台湾联电提起的专利侵权诉讼,便很好地佐证了付亮的看法,只有做好自己的专利池,才能在维护自身利益的同时对大厂进行反制。

 王雷还表示,除了庞大的资金投入外,企业在当前新形势下发展存储器产业,不应只是简单的追赶,而应该更加注重技术和市场的创新;应做好长期储备,在资金上确保持续投入;更重要的是要在立足自身市场特点的基础上追求世界领先水平。

 我国存储芯片产业正从边缘突破,形成技术优势,从而迈进市场准入门槛,乐观估计,5-10年内将改写存储芯片市场被国际大厂垄断的局面。

(备注:文章来源于网络,信息仅供参考,不代表本网站观点,如有侵权请联系删除!)

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  我们现在使用的 GPU 服务器可能很快就会告别风冷散热。举个例子,目前的风冷系统可能占据 8U 机架空间,如果在前方部署 8 块 SSD,充足的气流可确保所有设备均在规格要求范围内运行。而在新推出的服务器中,由于标配液冷系统,同样的 8 路 GPU 配置所占空间已缩减至 2U。¹突然之间,机箱之内已经没有足够宽敞的空间来从容部署 8 块 SSD 了。这 8 块 SSD 只能挤在一个狭小的空间内,热量聚集,温度很快上升,如果不能及时排出,很容易引发问题。  面对这一新现实,美光开始进行液冷 SSD 设计。存储设备必须主动接入冷却回路,不能被动等待。采用 E1.S(9.5 毫米)外形规格的美光 9650 NVMe™ SSD,正是美光为了上述目的从零开始打造的新一代液冷 SSD 产品。  在本博客中,我会详细介绍液冷技术对 SSD 的重要性、冷板散热的工作原理,以及为何 9650 SSD 的单面架构是实现高效冷板接触的理想设计。  有关散热效率的数学计算  在我们的技术简报中,我们针对配备 32 块 NVMe SSD(每块功耗 25W,总功耗 800W)的服务器,在两种温度场景下进行了建模。对于风扇驱动的气流和泵驱动的液冷系统,我们使用了标准的传热方程,并结合了与实际相符的效率假设。我们模拟了两种情况:一种情况下,数据中心环境温度与 SSD 温度相差 11.1°C,另一种情况温差较小,为 8.3°C。如果温差较大,风冷的效率会提高,这也意味着风冷系统对数据中心环境温度的变化更为敏感。  图 1:风冷散热需要 38-81W 功耗才能带走 32 块 SSD 产生的热量;而液冷系统仅需 0.4-1.4W 即可完成相同任务——功耗降低了约 98%  冷板可将高导热性金属块和高速流动的冷却液放在尽可能靠近热源的位置,而风冷系统只能在插满 SSD 的硬盘托架上方向 SSD 吹送空气。液冷系统既能降低组件温度,又能大幅减少将热量从服务器中排出所需的能耗。  而且,液冷系统还能扩展。Vertiv 的一份案例研究跟踪了四种数据中心配置(液冷采用率逐步增加)。² 当液冷比例从 0% 提升至 75%,设施总能耗降低了 10.7%!这不仅包括计算功耗,还涵盖了所有其他方面:暖通空调、风扇、照明,等等。  图 2:随着液冷采用率从 0% 升至 75%,数据中心总能耗下降了 10.7%(来源:Vertiv)  SSD 冷板散热工作原理  冷板是一种经过机械加工的金属块,内部带有微通道,通过热界面材料 (TIM) 安装在 SSD 外壳上。水-乙二醇等冷却液流过冷板,直接从器件上吸收热量,然后将热量输送到设施的冷却回路中。  新设计普遍采用带弹簧的冷板,并配备盲插式快速断开集合管。拔出 SSD 后,冷却液管路会自动断开。将替换件插入到位,它们就会重新连接。这种设计完全保留了热插拔维护能力,对企业级和超大规模部署而言,这种能力是不可或缺的。  图 3:SSD 冷板组件的横截面图,展示了冷却液流动、冷板、热界面材料 (TIM),以及搭载了控制器、DRAM 和 NAND 的印刷电路板 (PCB)  美光 9650 NVMe PCIe 6.0 SSD:  专为液冷设计  在传统 SSD 设计中,控制器、DRAM 和 NAND 等发热器件分散在 PCB 的两个面上。如果冷板只接触其中一侧,另一侧的热量就必须穿过 PCB 板才能传导至冷板。这种设计会增加热阻,降低散热效率,并导致各 NAND 芯片的温度出现差异。诸如双冷板、加厚外壳和辅助散热片等解决方案,不仅会增加成本和复杂性,而且无法从根本上解决问题。这是一个磁盘层面的设计问题,而非系统层面的散热管路架设问题。  图 4:概念设计——传统的双面 E1.S 设计与美光 9650 SSD 的单面液冷优化设计  美光 9650 SSD 采用了一种创新方案。从上面的示意图中,您可能已经注意到了——我们将大约 90% 的发热器件集中在 PCB 的一侧,而传统设计中这一比例仅为大约 60%。这种创新设计,只需搭配一块冷板,便可让整个散热架构开始工作,并具备以下优势:  冷板直接接触:在主要发热表面上覆盖一层均匀的传热界面,最大限度降低热阻  更均匀一致的 NAND 温度:芯片间温差减小,从而提升耐用性和可靠性  充分释放 PCIe 6.0 速度:即使在更高带宽和功耗下,散热性能仍可与搭配液冷系统的上一代 PCIe 5.0 SSD 相媲美  标准 E1.S 外形规格:兼容现有 9.5 毫米 EDSFF 液冷机箱,支持热插拔  对系统层的影响  磁盘层的设计固然重要,但这种设计的真正价值在于为系统层带来的回报。当 SSD 能够主动接入液冷回路,而非依赖流过自身的气流时,系统设计师便获得了从未拥有过的全新选择:  存储区域内风扇数量减少(或者完全取消):可以减少为磁盘散热的风扇数量,或者完全取消风扇,从而节省功耗并降低噪音。  更高的每服务器 SSD 密度:没有了气流间距限制,可以在更小的机架空间内放置更多磁盘。  对于持续运行的 AI 工作负载,热特性更可预测:液冷系统消除了因 GPU、CPU 和存储设备共享气流而产生的温度波动。  这些优势,并非停留在理论上。台达电子等生态系统合作伙伴已经开始出货 集成 SSD 冷板的全液冷服务器平台。³美光 9650 支持这些平台,其 E1.S(9.5 毫米)外形规格专为冷板环境设计。ASHRAE TC 9.9 发布的工业环境热指南定义了数据处理设备的允许温度范围⁴,而液冷技术可确保即使在高磁盘密度下,设备的运行温度也低于建议限值。  还有一个很容易被忽视的因素:效率倍增。人们通常从散热余量角度来讨论液冷技术,但该技术的更大益处体现在每瓦性能上。当数据中心不再因高转速风扇而消耗电力,并且降低了系统级散热开销时,这些节约下来的电力就能转而供其他资源使用。凭借液冷架构,9650 在能效方面较前几代产品显著提升,这不仅有助于实现可持续发展目标,还可直接降低总拥有成本。  展望未来  在高密度 AI 基础设施中,SSD 液冷系统正逐渐成为必备配置。Uptime Institute 的《2024 年全球数据中心调查报告》指出,约 20% 的运营商正在部署或计划部署液冷系统。⁵美光 9650 采用的单面架构专为冷板接触而设计,能让 SSD 液冷系统充分发挥作用。  还有一点:当我们为 SSD 营造出更适宜的工作环境温度时,我们便有可能获得更高的控制器时钟频率、写入吞吐量,以及持续稳定的工作负载性能。美光正在朝着这一目标努力,敬请期待。
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