【科技冷戰】大撒幣真的有用?中國記憶體產業如何來勢洶洶(上)

近年來中國政府一直在大力推動半導體自製,在 2015 年所提出「中國製造 2025」中,記憶體產業就是其重點發展項目。甚至很大可能成為繼華為禁令之後,美國的下一個目標。

本篇文章將帶你了解 :

  • 中國特色的半導體業
  • 記憶體的專利關係

近年來中國政府一直在大力推動半導體自製,在 2015 年所提出「中國製造 2025」中,記憶體產業就是其重點發展項目。甚至很大可能成為繼華為禁令之後,美國的下一個目標。

近期有不少觀點,自 2020 年開始中國自製的記憶體可望擺脫美日韓的壟斷,並打入全球市場。不僅如此,還傳言將迅速地占有近 5% 的全球市場。雖然這對於龍頭大廠而言,還不構成威脅,但將是中國半導體業的里程碑。目前也已有許多品牌廠表態願意與中國合作,其中也包括台灣業者。

尤其如今美中貿易戰已演變成為科技戰,半導體自製的議題對於中國更加緊迫。但這並沒有那麼容易,扶植產業不是在打電玩,只要花大錢,點個按鍵,就能自動攀上科技樹。在沒有良好的監管機制下,花錢越多反而令貪腐更加阻礙技術的進步,自 90 年代起,中國科技業弊案層出不窮,「漢芯一號」更使半導體國造變成笑話。

就算不論人謀不臧,高科技半導體產業對於資本及技術,甚至是人才的要求都非常高,本來就很難一蹴可及,需要踏實發展。可以這麼理解,現今如台積電最先進的製程技術已高度複雜化,不是一人、一時、一地所造成的,而是關係到整體社會資本及歷史累積等複雜因素,方能維持這樣一個企業的運作。

中國特色的半導體業

就算向科技巨頭取經,仍有可能南橘北枳,這也是中國發展半導體業的痛點,光模仿、山寨並不足以成事,反而可能使貪腐更加嚴重,中國應做的是創造出良性的產業生態。而近年來,中國的確也引進了不少技術官僚,對技術研發及生產進行監控,避免再度發生動搖國本的弊案。如今在中國十數年來不斷的大規模投入下,記憶體產業弄出了相當不錯的成績。長江儲存 128 層 3D NAND 號稱已趕上業界前列。甚至有觀點認為,長鑫儲存的自製 DRAM 將在未來重現面板業的腥風血雨。

長鑫已擁有一座 12 英寸晶圓廠,未來滿載月產能可近 12 萬片,預計還有兩期建設。目前的 19 奈米製程良率號稱近 7 成,在本季末月產能將翻倍至 4 萬片,明年可望滿載。不僅如此,17 奈米製程在明年也能大規模量產。若這些官方消息屬實,進展可謂相當神速。

▲ 長鑫儲存合肥廠。(Source:長鑫儲存

除了中美科技戰的壓力之外,可能還有幾個背景因素值得去探討。首先,在 2017 年全球開始進入第四次矽含量提升的浪潮,新興科技層出不窮,其中記憶體就成為漲價的前哨,並且給予中國相關產業更大的動能,以突破初期階段。上一輪矽含量提升,被認為是 2010 年開始的智慧手機流行,但中國並沒有真的跟上。如今更為健全的「中國製造 2025」計畫就是為了趕上新的契機。

當然也不能不提到,中國自改革開放以來所累積的資本及內需市場規模,儘管不可能僅靠灑錢促成半導體業的成功,但很明顯的,沒錢就更不可能。台灣在 90 年代同樣也投入近 500 億美元發展記憶體,當時雖然正值 PC 崛起為主流,DRAM 也當紅且具有前瞻性,但台廠的代工模式太過依賴技術移轉,且在無法取得足夠的市佔下,反而缺乏良性的研發循環,最終敗北,成為中國的前車之鑑。

專利、專利、專利

就算有天時地利,事實上,中國記憶體產業的發展仍然相當坎坷。儘管中國砸下上千億人民幣補貼,重金挖角台灣人才,走到了試產階段卻仍然不順,被看衰了 3 年才有好消息。正常來講,當時記憶體產業的利潤也不高,業者早應該放棄。但除了有「中國製造 2025」持續支撐外,最大的因素可能是取得了專利庫。

專利可說是半導體業發展最重要的關鍵。以 DRAM 為例,儘管長鑫儲存在 2018 年所試產的 8Gb DDR4 工程樣品,號稱是第一個中國自主研發的 DRAM 晶片,但並不是真的就與國外技術無關了。畢竟中國的半導體技術落後國外不是一、兩年,底層專利幾乎都已經被壟斷了,如福建晉華一案,而長鑫要與美光完全切割恐怕也很困難。

▲ 長鑫儲存自研 DDR4 模組。(Source:長鑫儲存

不少相關專家表示,基本上現今所謂的自研 DRAM,不太可能真的完全不觸碰到三星、SK 海力士和美光三大巨頭的專利,多少都需要技術授權。不過長鑫儲存取得了源於德商奇夢達(Qimonda)的專利文件後,擁有較為健全的技術地圖,就有了更多談判籌碼。奇夢達是由英飛凌(Infineon)拆分出來的記憶體公司,在 PC 時期也曾經是全球第二大 DRAM 廠商,但在金融危機後,由於公司經營不善,向法院申請破產清算。

而後長鑫儲存從英飛凌手上取得了上千萬份奇夢達的技術文件,也才讓市場認為,長鑫真的有望在市場站穩腳跟。當然其中還是有部分用到了其他廠商技術,甚至可以說,奇夢達的技術與如今長鑫自研晶片仍有相當的差異。據研究,原奇夢達的設計多以溝渠式(Trench)製程聞名,而長鑫則是類美光的堆棧式(Stack),專利保護力可能有限。長鑫儲存也為此招攬了前三星及海力士的工程師,進行設計。

▲ 左圖為奇夢達的溝渠式設計,而右圖為長鑫儲存的專利,實際上是在堆棧式設計中引入溝渠式的特性來加以改良,但對於專利保護方面就會比較有疑義。(Source:專利文件)

所以 2020 年做為中國記憶體最醒目的一年,問題不在於產能及良率。只要產品一旦出現在市面上,三大廠自然就會有辦法去逆向找出侵犯專利的證據。不管是否能勝訴,這都會是相當難纏的一戰。且實際生產上依然很大可能使用到美國的半導體設備和 EDA 工具,是否會重蹈福建晉華的覆轍會是關注重點。

不在產能而在盟友

事實上,若沒有辦法熬過這個考驗,中國記憶體就不算真的成功。當然這也不是無法可解,這三大巨頭雖然各自坐擁龐大專利庫,但基本上不起紛爭,靠的是默契與共識去維持寡占的局面。但面對中國這個即將崛起的外來者,恐怕並不會坐視。所以與其要正面攻破專利壁壘,還不如想想如何與這些廠商協調,睜一隻眼,閉一隻眼。

美光作為美商,且設計較為同源應較積極,但如韓廠三星,或許就為了中國的市占而有妥協的餘地。不過福建晉華的案例就在眼前。也之所以如此,長鑫量產自製 DRAM 是非常受到業界關注的,市場並不真的懷疑,中國到底真的能否自製 DRAM,而是有沒有辦法突破這商業困局,甚至是政治困局。

如調研機構集邦科技研究副總郭祚榮就認為,擁有廣大內需市場的中國,不需過早糾結於如何打入國際,滿足內需才是第一要務,而後進記憶體廠商必然要面對專利滿手的原有競爭對手。中美貿易摩擦下產生更嚴峻的專利訴訟,恐怕更多是取決於國際政治,很難預測。

但中國記憶體產業的崛起是肯定的,未來很有機會可以擺脫國內記憶體對外界的仰賴。只是限於專利壁壘,要打進國外市場必然是辛苦的一戰。且長鑫真正的主力不會放在 19 奈米,更多是為了協調製程與設備,明年的 17 奈米才會是重點,仍待持續觀察。

(首圖來源:shutterstock)