闪速存储器将成为明日之星

上网时间: 2015年02月12日? 我来评论 【字号: ? ?小】

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闪速存储器(flashmemory)是1987年由日本东芝(Toshiba)首先研发成功,再经由美国英特尔(Intel)发扬光大。虽然于市场上的历史仅数年而已,然而,其每年市场需求量几乎均以倍数增加。尤其近几年来,随着诸多配合条件的成熟,全球半导体业界及信息通信应用厂商皆相当看好此产品之市场,简而言之,闪速存储器已颇具存储器1C明日之星的势态。

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闪速存储器是1987年由日本东芝首先研发成功

闪速存储器属非挥发性类别

存储器可分为挥发性存储器(volatilememory)及非挥发性存储器(non-volatilememory),闪速存储器属于后者,为可用电气擦拭之非挥发性存储器。非挥发性存储器是在断电后或未安装电池的情况下,存于此存储器之资料亦不会消失。如一般所熟知之硬盘机,即为非挥发性存储器之一种,至于动态随机存取存储器(DRAM)则属挥发性存储器。

闪速存储器的特性,大致可归纳为以下几点:第一为由单一晶体管构成存储器单元。其写入是根据热电子注入原理,工作原理与EPROM(可抹除式可编程只读储存器)相同。

第二个特点是闪速存储器可抹除之最小单位为区块。也就是说,闪速存储器并非一个字节一个字节的抹除及写入资料,而是一个区块一个区块,或以整颗1C为单位擦写。此单位区块之大小依各厂工艺设计之不同而大小不一,最小可为32字节,最大则为前述之整颗1C。

由于抹与写是根据不同的原理,因此闪速存储器的第三个特点便是若要更新旧资料,需要先抹再写。擦除的时间各厂产品略有不同,但大都在毫秒级(ms),至于写入之速度则较擦除快上千倍左右,为微秒级(μs)。

基于闪速存储器之特性,加上近年来业界于生产技术上的突破发展,闪速存储器无论从成本上或使用上的方便性考虑,皆优于目前所使用的一些如EPROM等存储器。事实上,目前市场上已出现以闪速存储器取代其他存储器及器件的趋势。

以闪速存储器取代EPROM

实际上,闪速存储器与EPROM有许多相似之处,功能也大抵相同。但从使用方便性来看,EPROM便远不及闪速存储器之受欢迎。

具体而言,以用于个人电脑主机板BIOS的EPROM为例,EPROM最为人垢病的地方,在于若客户要求更改或擦除存放于其中的资料时,必须将EPROM自主机板一一移出,再以紫外线照射擦除,所耗费之处理时间相当可观。而闪速存储器则直接于主机板上便可进行电气擦除的动作,无须移出主机板。

当然,除方便性外,成本是否较现有产品低廉,更是厂商在决定是否采用闪速存储器时的重要考虑。从晶圆的制造成本来看,目前闪速存储器仍较EPROM贵,但是差别并不是太大。再者,若以工艺加工之后期成本”来考虑,也就是晶圆制造完成后的包装部分成本加以比较,闪速存储器之成本较EPROM便宜颇多。

从整体来看,闪速存储器之制造成本较为低廉。有鉴于此,再加上前述使用上的方便性,目前许多大厂已舍弃EPROM而生产闪速存储器,主机板厂商也多已采用闪速存储器来取

Reprom。

以闪速存储器取代DRAM及的SRAM

除可取代非挥发性存储器外,在挥发性存储器方面,闪速存储器也有相当好的机会,如取代SRAM。甚至,据厂商表示,有人曾大胆预测,若DRAM在更小的蚀刻工艺技术无法持续降低成本的话,闪速存储器也有可能取DRAM的大部分市场而代之,届时闪速存储器很可能将占有一半以上存储器市场。姑不论此可能性有多高,以下将就体积、速度及成本三方面对闪速存储器及DRAM、SRAM进“行比较。

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就体积而言,闪速存储器之体积较DRAM小,SRAM则为闪速存储器之4至6倍。

读写速度方面,由于闪速存储器为非挥发性存储器,而DRAM为挥发性存储器,基本上,其写入的方式并不同,自然在速度上便有所差异。目前DRAM、SRAM所采用之写入方式之速度较快,至于闪速存储器写入方式须受软件的控制,因此写入速度较慢,此方面闪速存储器的发展较有限;但在读的速度方面,则非常有希望经由逐渐的发展达到与DRAM、SRAM相同的水平。

除体积、速度外,另一项闪速存储器要面临的是成本因素。以目前每位元的相对成本而言,闪速存储器仅略低于SRAM>但为DRAM的3倍,以1MDRAM为例,则比1M闪速存储器便宜5.6美元,根据厂商表示,此种局面可能要至1997年时才会有所改观。

也就是说,若再过两年有进一步发展,有效降低成本,并克服其速度上与使用上的瓶颈,则闪速存储器于市场上的广泛应用程度将超越SRAM,且几乎可与DRAM媲美。除此之外,在1C存储器卡市场,闪速存储器亦有很大的取代潜力。

闪速存储器应用层面广泛

根据Dataquest的预测,闪速存储器由于其应用层面相当广泛,市场平均每年增长率高达74%,至1997年,可达到30亿美元的销售额。其中,4兆位(Mb)闪速存储器之销售额估计将占4.6亿美元。

以现在形势来看,闪速存储器已俨然具备成为存储器市场主流之势态。无论于个人笔记本型电脑、公司大型储存设备、工业标准的磁盘IDE、SCSI、PCMCIA介面、半导体大型存储子系统、仪表记录、游乐器、PC的磁盘代用品等,都可看见闪速存储器的踪迹。

闪速存储器应用之广泛,几乎已能完成设计者任何要求的任务。诚如有些厂商表示,闪速存储器虽然仍未具备所谓完美存储器的条件(如非挥发性、位更新能力等),但凭着有利的价格与技术条件,却有可能为人类将来的生活创造更多元丰富的一面。

根据台北市电子零件公会所整理的资料显示,在1992年3.1亿美元的全球闪速存储器市场中,信息为其最大的使用领域,市场规模为1.3亿美元,占整体闪速存储器市场之42%;通信、消费性、工业及国防的使用量大致相当。

到1997年,闪速存储器市场规模预期将扩大为28亿美元,届时,信息领域的应用增加也仍将为最快,为1992年的13倍,达16.8亿美元;通信、消费性及工业应用领域闪速存储器的增加分别为6倍、7倍和8倍;而国防领域的应用市场增加较慢,不及两倍。

1M闪速存储器多用于BIOS

与全球市场对于闪速存储器广泛运用的情况相较,台湾市场对于闪速存储器的运用则并非如此多样化。台湾1993年闪速存储器市场总销售值约在1,923万美元(5亿台币)左右,主要使用在信息领域产品中的笔记本型电脑内,多由美商大厂,如英特尔(Intel)、超微(AMD)供应,至于以1Mb闪速存储器为生产主力的台湾厂商,其产品则多由台湾主机板厂商应用于个人电脑BIOS上。

至于其他的用途虽有,但是用量很小,旺宏电子策略产品行销部经理蔡东和表示,目前1M闪速存储器的应用方面,所能看到的是应用于个人电脑BIOS上,且趋势越来越明显。

蔡氏指出,以前是在有需要的时候,厂商才会用到闪速存储器,若不需要,就不会以闪速存储器取代其他存储器产品,因此以前于个人电脑内使用闪速存储器的比例,可能仅占全部个人电脑之20至30个百分点。

现在由于厂商之间的杀价竞争,使闪速存储器价格越来越低,与原先所使用之EPROM存储器价格已相去不远,而且由于闪速存储器擦除重写上的方便性,主机板厂商衡量的结果,认为如资料须修改两次以上,使用闪速存储器的成本便较使用E-PROM为低。

因此,即使并非真正必要用到闪速存储器,主机板使用闪速存储器的比例已节节上升。厂商多以闪速存储器取代EPROM,蔡东和指出,目前可能已提高至40至50个百分点,且明年可能会再继续增加。以台湾身为个人电脑王国而言,其市场潜力无穷,事实上,这也是台湾闪速存储器厂商所凭藉的优势。

闪速存储器厂商优势

矽成积体电路股份有限公司总经理韩光宇表示,台湾闪速存储器市场目前主要仍由外商支配,至于台湾厂商的优势则在于接近使用者,除销售外,他们尚可向客户提供技术支援。再者,由于是在台湾生产,因此供应台湾厂商的交货期相对而言便较短,比较容易控制。

旺宏电子蔡东和亦表示,在与海外厂商的竞争中,台湾厂商的最大优势为,台湾厂商的最大客户群便在台湾本土。

至于在制造成本上,蔡氏说,对台湾而言,由于闪速存储器的生产为一门新技术,仍有许多地方尚未成熟,有待突破。

因此,各家厂商的制造成本并不一样,而一旦这些瓶颈得以突破,在制造成本上,台湾绝对会比美国、曰本大厂为低。

鉴于以上所提到的优势,及闪速存储器的市场前景看好,近年来已陆续有台湾厂商投入闪速存储器的生产,多为生产1M及4M低密度闪速存储器,计有旺宏的1M、4M产品,矽成的1M产品,以及华邦的256K、1M产品,其中尤以旺宏电子现阶段最具代表性。

旺宏研制闪速存储器

旺宏电子股份有限公司为台湾第一家发展闪速存储器的厂商,由于其公司定位便是以生产非挥发性存储器,如掩膜只读存储器及EPROM为主,因此于评估并认可闪速存储器同为非挥发性存储器家族一员,并具雄厚的发展潜力后,于1991、1992年左右便决定开始从事闪速存储器产品的生产。

该公司的蔡东和表示,旺宏闪速存储器之设计技术完全由该公司自行一研发而成,虽与日本NHK有所合作,成立技术联盟,但并不如外界想当然的由日本方面提供技术,事实上反而是由旺宏技术输出至日本。

在双方合作计划中,设计部分主要是由旺宏负责,日本方面则派有工程师驻厂于旺宏,与旺宏共同进行此生产计划。旺宏整体半导体产品的研发经费约占营业额之10%左右。

其闪速存储器设计部分于1992年底便已准备就绪,真正批量生产却是于1993年底与1994初左右才开始。之间相隔一年的原因,主要是由于闪速存储器为该公司全新的产品,因此在生产上有许多技术困难需要克服,以期成品率能达至一定水平。此外,旺宏电子也花了相当长的时间在生产的测试、品质的验证及专利资料的搜集上。

蔡东和特别指出,旺宏闪速存储器产品的特色,为具有自动擦除及自动写入功能。一般的闪速存储器若要进行抹除及写入,使用者必需逐一对所要进行的动作下指令,而旺宏的芯片则毋须如此麻烦,仅需一个指令,闪速存储器便会自动进行一连串的抹除、写入动作。

生产能力方面,至1994年底,每月将可生产1M闪速存储器50万至60万颗,4M的生产能力亦与1M产品差不多。目前旺宏的营业额仍是以掩膜ROM所占比例最大,其次为E-PROM,再其次才为闪速存储器。现时,闪速存储器占旺宏营业额部分仍相当小,不过在未来可望逐渐提升。

目前,旺宏闪速存储器的市场主要为台湾,1M闪速存储器多应用于个人电脑BIOS上;4M产品的用途便不太固定,有的是用于存储器卡上,有的则是用于其他如通信产品方面。外销地区则有美国、新加坡、韩国等地,内外销比例大约为4:1。

该公司将其所有产品的市场方向定为:美国占三分之一,欧亚占二分之一,日本占三分之一;闪速存储器的市场结构比例也会朝此目标迈进。以现阶段来看,蔡氏说,目前旺宏于美国方面有不错的销售渠道,亚太地区情况亦不错,于日本的销售成绩也渐见成果,惟欧洲地区因对产品规定颇多,是较为棘手的区域。未来如果能在欧洲方面有所加强,则闪速存储器之市场结构比例便会较为平均。

论及中国大陆市场,旺宏电子副总经理高启全表示,一如其他产品,旺宏闪速存储器基本上并不对中国大陆做直接的销售,若大陆厂商有此需求,多是透过香港方面购买。整体而言,由于旺宏的产品系列用于电脑产品居多,用于民生产品上的部分较少,因此目前中国大陆对于旺宏产品的需求还不是很大。

高氏表示,现阶段旺宏对于中国大陆的市场开拓计划还很保守,相较于台湾其他公司,大陆市场于旺宏市场结构中所占的比例相当小。旺宏的闪速存储器是在1994年才发表,真正开始有产量是1994年下半年的事情,所以到目前为止,还不敢奢谈在市场上的占有率。

1995年上半年,该公司主要目标在于让客户周知旺宏为一闪速存储器之供应者,尤其是针对电脑产业蓬勃发展的台湾地区,目的是打响旺宏的市场知名度,待此目标达到后,1995年下半年,旺宏便要开始进行占有率的冲刺,目标是于1996及1997年左右能在世界闪速存储器市场占有5个百分点以上。

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继1M、4M闪速存储器批量生产后,旺宏将配合市场需求陆续再推出新的闪速存储器产品,目前预计,1995年第一季将推出16M闪速存储器;1995年第二季推出64M产品。

虽说在存储器卡方面,目前市场上使用1M、4M闪速存储器成本价格并不划算,普遍认8M闪速存储器为最佳选择。但旺宏公司仍决定暂停原本定于1995年年初推出8M闪速存储器的生产计划。

蔡东和解释说,一旦将来16M闪速存储器普遍批量生产后,其将会取代用于存储器卡的8M闪速存储器,面对16M闪速存储器的竞争,8M闪速存储器将无招架之力。

在存储器卡高档市场上,8M闪速存储器预计将为16M或未来32M、64M闪速存储器所取代。而另一方面在低档市场上,由于8M闪速存储器容量高、价格贵,因此使用者会因为它的价格及诸多限制而却步,宁愿采用1M、4M闪速存储器。

因此旺宏认为,8M闪速存储器处于低密度及高密度产品的中间灰色地带,被其他密度的闪速存储器取代的可能性相当大。以目前形势来看,旺宏决定暂不生产8M闪速存储器。但该公司最终可能生产8M闪速存储器的时机可能会在后年,届时8M的市场会较为成熟。

目前,市面上已有多家厂商推出16M闪速存储器,如英特尔、超微(AMD)等,另有多家厂商也将在1994年第四季或1995年第一季推出,旺宏亦计划在此时段推出16M闪速存储器。

再者,日前旺宏电子也与工研院光电研究所签订共同开发合约,将共同研制以闪速存储器做储存装置的硅盘机,以进军可携式电脑周边产品市场。

目前世界上硅盘机仅有一家美国公司具有商品化生产能力,此次结合光电所开发磁盘机经验,和旺宏电子研制闪速存储器能力,第一阶段开发曰程预定一年,在1995年6月完成雏形产品。

据光电所表示,即将研发出的硅盘机雏形产品,将具有符合标准的个人电脑存储器卡国际组织规格,拥有错误校正功能,自动记录判别各闪速存储器单元使用次数等特点,同时抗震能力高,将远大于传统的硬式磁盘机。

相应于新产品的持续推出,旺宏电子也已有一套最新的生产能力扩充计划。旺宏电子高启全表示,旺宏将于1995年下半年开始动工兴建8英寸晶圆新厂,1997下半年可完工,届时,主要便是以闪速存储器生产来满足此新厂生产能力。

矽成将推出1M闪速存储器

矽成积体电路股份有限公司于1988年成立于美国,1990年成立台湾公司,目前在美国有80名员工,主要是从事半导体产品的研发及销售;台湾方面员工有将近150人,主要负责产品的制造、销售及部分研发工作,日后将逐渐加重台湾方面研发的比重。该公司并于香港成立一分公司VALERY,负责产品销售及研发。此外,于1994年9月也于中国大陆苏州成立一分公司,名称为“ISSI苏州”,负责矽成产品于中国大陆的销售及研发工作。

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目前公司的产品系列主要有SRAM、EPROM、EEPROM、VOICEPROM、闪速存储器及DSP方面的产品等。矽成韩光宇表示,今年营业大概会较去年增加20%,整体研发经费约占营业额之12%。

矽成计划于1994年底至1995年正式批量生产1M闪速存储器,速度在55ns至150ns间,初期产量约在几万颗至十几万颗之间。

韩氏指出,事实上,该公司目前已开始批量生产1M闪速存储器的晶圆部分,只是晶圆批量生产后至最后成品阶段,约仍需经过3个月的时间,所以大概要到1994年12月、1995年1月间才会于市场上看到其产品。

他还表示,以目前的形势来看,矽成所生产的1M闪速存储器,主要应用仍在个人电脑兼部分通信产品,至于地区分布,则是台湾、美国等地。于台湾市场主要是供应个人电脑主机板客户,于美国则为供应通信产品客户。

除上述已于大陆成立之ISSI苏州分公司外,矽成于中国大陆的着力仍不是很大。不过,经矽成内部评估认为,大陆对于矽成目前所生产的产品之需求量将快速增加,大陆市场的潜力不容小觑。

矽成下一阶段将推出2M产品,预计推出时间为1995年的第二季,之后再循序渐进生产4M、8M、16M闪速存储器产品。

除旺宏电子及矽成积体电路外,华邦电子亦有闪速存储器的产品,不过,一般市场上多将华邦之闪速存储,器产品定位为EPROM,也就是说,于功能方面,其与EPROM相近。目前华邦已有生产256K及1M产品,月产量计有30万至50万颗。

以上所报道台湾现有的闪速存储器生产厂商,目前于全球市场的占有率仍是极小部分,世界市场上仍是以英特尔为闪速存储器的最大供应者。

市场竞争激烈价格混乱

闪速存储器经过四、五年的发展,目前已开始进入真正的市场增长期,至目前为止,闪速存储器市场仍是美国两大厂商一英特尔及超微称霸的局面。其中,英特尔约占68.9%,超微则占18.9%,紧跟在后。

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曰本方面,其半导体技术相当先进,目前其于市场上的策略为朝高密度产品,如16M、64M及更髙容量批量生产品等发展,在1M、4M闪速存储器市场上,日本厂商并未展现出很大的企图。

整体而言,全球生产闪速存储器的厂商已由1990年的5家,增加至目前已有超过20家,投入闪速存储器的开发及生产。由于竞争厂商的增多,及大厂相继宣布降价,闪速存储器的单价也日渐滑落。

1994年年初,英特尔宣布第一季闪速存储器的出货价格降低31%,而超微也继而宣布降价34%,快闪存储器自此进入低价和大量供货的阶段。

对于闪速存储器降价的情形,旺宏蔡东和进一步说明,以旺宏的1M闪速存储器产品为例,在1994年刚上市时,报价可达3美元多至4美元,但经杀价竞争的结果,目前报价不到3美元,已出现甚至低至2.5美元的报价,价格下降情形相当明显。

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1MbW速存储器多由台湾主机板厂商应用于个人电脑BIOS上

此外,4M产品从1994年第三季开始,便有明显的降价,在1994年底的最终数个月间,即出现降价幅度从以往十几美元的报价,滑落至10美元以下。此降低现象与已有众多公司开始批量生产4M闪速存储器似有莫大的关系。

规格急需统一

整体而言,除价格情形混乱外,目前闪速存储器的工业标准及及功能于业界也多是各自为政,无法统一,仅就以工作电压就分别有3伏、5伏特及12伏。

不过,此情形随着英特尔及超微闪速存储器策略的改变,将有所转变。

英特尔与超微的闪速存储器为采用单一5伏电源,现在的策略是希望能与更多的公司形成联盟,订定出一标准规格,如此各厂产品替代性增高,则不但对于使用客户有好处,各闪速存储器厂商也能于市场上挖掘更多的机会。发展形势拭目以待。总而言之,1994年为闪速存储器变动相当大的一年,且此变动情形预计会持续至1995年。

旺宏电子高启全表示,由于供应者增多、批量生产技术成熟,造成闪速存储器价格大幅度下降,因此造成个人电脑业者使用元件习惯有快速大幅的转型,开始大量采用闪速存储,造成市场上闪速存储器需求量大幅增加。而在需求量增加,价格下降的情况下,这两年成为业界进行良性循环一个相当好的时机。

财力较差的小型厂商将可能被淘汰出局,而良性循环的结果,很有可能使闪速存储器于1995年形成较稳定的产销形势,进而与动态随机存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)一样,成为存储器市场上之主流元件。

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