單片機解密是撬開(kāi)芯片國産化第一步

芯片國産化是中國政府在信息安全自主可(kě)控政策領域的實踐領域之一，作(zuò)為(wèi)信息技(jì)術(shù)的基礎産業，半導體(tǐ)集成電(diàn)路持續得(de)到國家(jiā)政策的扶持。存儲器(qì)作(zuò)為(wèi)集成電(diàn)路産業的基礎産品成熟度和(hé)産業的規模較為(wèi)顯著，而目前國內(nèi)的企業在相關領域內(nèi)的份額雖然較低(dī)，通(tōng)過國家(jiā)政府層面的投資有(yǒu)機會(huì)快速切入相關領域，也是芯片國産化之路邁出的可(kě)靠而重要的一步。
　　盡管在2016年第一季度起存儲器(qì)行(xíng)業的産品價格出現了回升，但(dàn)是行(xíng)業整體(tǐ)還(hái)處二周期性底部的位置，市場(chǎng)主要廠商三星、海力士、美光等在資本開(kāi)支産能擴張方面較為(wèi)謹慎，這種行(xíng)業周期性底部有(yǒu)轉發趨勢的情況下，國內(nèi)逆周期投資有(yǒu)望推動國內(nèi)廠商成為(wèi)市場(chǎng)內(nèi)崛起的新生(shēng)力量。
　　存儲器(qì)是系統的核心基礎部件
　　存儲器(qì)（Memory），顧名思義是在電(diàn)子計(jì)算(suàn)機系統中用于存放信息的器(qì)件。任何電(diàn)子計(jì)算(suàn)機系統在運行(xíng)的過程中，包括輸入的原始數(shù)據、程序本身、中間(jiān)運行(xíng)結果和(hé)最終運行(xíng)結果都需要保存在存儲器(qì)中。存儲器(qì)是電(diàn)子系統的基礎核心部件之一，是系統正常運作(zuò)的保障。
　　存儲器(qì)的發展幾乎是伴随着電(diàn)子計(jì)算(suàn)機的發展曆程而來(lái)的。在發展之初，采用汞線延遲線來(lái)進行(xíng)信息的存儲和(hé)讀寫，之後采用磁性材料，再到光學材料等存儲器(qì)設備，盡管獲得(de)了較大(dà)的改善，但(dàn)是仍然面臨體(tǐ)積龐大(dà)、性能有(yǒu)限的挑戰，對應用領域的拓展造成了不小(xiǎo)的阻礙。
　　得(de)益于集成電(diàn)路技(jì)術(shù)的發展與成熟，采用半導體(tǐ)集成電(diàn)路方式制(zhì)造的存儲器(qì)IC芯片獲得(de)了廣泛的采用。随着在存儲介質的演進，設計(jì)架構的更新和(hé)工藝水(shuǐ)平的提高(gāo)，IC存儲器(qì)在存儲密度、讀寫速度等性能持續提高(gāo)，同時(shí)能耗、單位存儲單元成本持續降低(dī)，IC存儲器(qì)的發展也充分享受摩爾定理(lǐ)集成電(diàn)路演進曆程。　　
　　縱觀整個(gè)發展曆程我們看到，1967年科技(jì)巨頭IBM提出DRAM規格以及之後的持續演進使其成為(wèi)了目前包括PC、服務器(qì)、手機、車(chē)載等終端産品內(nèi)存行(xíng)業的主要技(jì)術(shù)。1984年舛岡富士雄博士提出了Flash Memory技(jì)術(shù)以及之後演進中Intel提出的NOR和(hé)東芝提出的NAND架構形成了目前外設存儲器(qì)的主流。上(shàng)述兩項技(jì)術(shù)的提出對于現代的半導體(tǐ)集成電(diàn)路存儲器(qì)産業形成了深遠的影(yǐng)響。

半導體(tǐ)存儲器(qì)芯片的核心分類：DRAM和(hé)Flash Memory
　　從研究我們可(kě)以看到，存儲器(qì)經曆了與電(diàn)子計(jì)算(suàn)機幾乎一樣長的發展曆程，包括磁盤、光盤、IC工藝材料等不同産品已經形成了在不同應用領域中成熟有(yǒu)效的應用分工。存儲器(qì)的分類方式很(hěn)多(duō)，按照存儲介質分類來(lái)說，通(tōng)常可(kě)以分為(wèi)半導體(tǐ)IC存儲器(qì)、磁性存儲器(qì)和(hé)光存儲器(qì)等，在本報告中，我們聚焦在半導體(tǐ)IC存儲器(qì)，關注存儲器(qì)芯片行(xíng)業。
　　半導體(tǐ)存儲器(qì)按照斷電(diàn)後數(shù)據信息是否能夠保留可(kě)以分為(wèi)兩個(gè)大(dà)類，易失性存儲器(qì)和(hé)非易失性存儲器(qì)，前者在外部電(diàn)源切斷後，存儲器(qì)內(nèi)的數(shù)據也随之消失，代表産品是DRAM，而後者則能夠保持所存儲的內(nèi)容，代表産品是FlashMemory。　　
　　DRAM作(zuò)為(wèi)易失性存儲器(qì)産品的代表，主要用于各類PC、服務器(qì)、工作(zuò)站(zhàn)的內(nèi)部存儲單元，憑借其在存取速度和(hé)存取容量方面的折衷性能，實現在核心處理(lǐ)器(qì)和(hé)外部存儲器(qì)之間(jiān)形成緩存空(kōng)間(jiān)。随着移動終端的迅速發展，DRAM在智能手機中的應用規模也在持續加大(dà)。
　　Flash Memory作(zuò)為(wèi)非易失性存儲器(qì)的代表，主要應用于存儲卡、U盤、SSD固态硬盤、移動終端的內(nèi)部嵌入式存儲器(qì)等，其可(kě)快速讀寫不丢失以及可(kě)集成的特性，使得(de)其在移動終端及便攜式移動存儲器(qì)産品中有(yǒu)着廣泛的應用場(chǎng)景。

　　　　未來(lái)存儲器(qì)芯片的方向：相變存儲器(qì)（PCM）
　　傳統的半導體(tǐ)集成電(diàn)路存儲器(qì)無論是DRAM還(hái)是Flash，其基本原理(lǐ)均是通(tōng)過對于電(diàn)荷的多(duō)寡形成的電(diàn)勢高(gāo)低(dī)來(lái)進行(xíng)“0”和(hé)“1”的判斷，進而實現信息的存儲。産業對于存儲器(qì)結構和(hé)原理(lǐ)的研究始終沒有(yǒu)停歇，近期，各研究機構及資本市場(chǎng)熱點關注相變化存儲器(qì)（PhaseChange Memory，簡稱PCM）。
　　該存儲器(qì)非易失真原理(lǐ)與Flash的浮動栅鎖住電(diàn)荷原理(lǐ)不同，是通(tōng)過施加特定電(diàn)流使硫族化物玻璃（目前多(duō)數(shù)為(wèi)GeSbTe合金）在晶态和(hé)非晶态兩相之間(jiān)改變，由于晶态和(hé)非晶态的電(diàn)阻特性不同，電(diàn)路通(tōng)過讀取不同電(diàn)阻值來(lái)獲取存儲的數(shù)據。
　　如圖所示，施加強電(diàn)流并快速淬火(huǒ)，使硫系化合物溫度升高(gāo)到熔化溫度以上(shàng)，經快速冷卻，可(kě)以使多(duō)晶的長程有(yǒu)序遭到破壞，實現晶體(tǐ)向非晶體(tǐ)的轉換，通(tōng)常用時(shí)不到100ns；施加中等強度的電(diàn)流，硫系化合物的溫度升高(gāo)到結晶溫度以上(shàng)、熔化溫度以下，并保持一定的時(shí)間(jiān)，實現晶體(tǐ)向非晶體(tǐ)的轉換。
　　中國存儲器(qì)産業：任重而道(dào)遠的崛起之路

中國集成電(diàn)路産業的發展起始于上(shàng)世紀90年代初，經過了20多(duō)年的發展，已經初步形成了完善的産業鏈體(tǐ)系，部分子行(xíng)業內(nèi)擁有(yǒu)了全球的競争力，根據統計(jì)數(shù)據顯示，2015年全年中國集成電(diàn)路行(xíng)業的市場(chǎng)規模為(wèi)11，024億元人(rén)民币，達到全球市場(chǎng)的62%。同時(shí)我們也需要注意到，中國大(dà)陸的半導體(tǐ)企業産值在全球市場(chǎng)的占比仍然較低(dī)，國産化程度仍然有(yǒu)待提高(gāo)。
　　盡管中國集成電(diàn)路産業經過了20多(duō)年的發展已經逐漸在全球市場(chǎng)中形成了競争力，但(dàn)是中國大(dà)陸廠商在全球的市場(chǎng)占有(yǒu)率仍然有(yǒu)限，尤其是在存儲器(qì)行(xíng)業中國內(nèi)企業在參與度很(hěn)低(dī)。從中國政府對于信息安全進而帶來(lái)的芯片國産化進程中，存儲器(qì)行(xíng)業集成電(diàn)路的基礎器(qì)件之一，受到了國家(jiā)的高(gāo)度重視(shì)，各地多(duō)筆大(dà)規模的投資顯示國家(jiā)希望在存儲器(qì)行(xíng)業拓展競争力的态度。
　　　　從存儲器(qì)行(xíng)業看，2015年中國集成電(diàn)路存儲器(qì)市場(chǎng)規模超過2，800億元人(rén)民币、占中國半導體(tǐ)銷售收入的25%以上(shàng)，占全球存儲器(qì)市場(chǎng)59%。