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深度 | 解开鸿海抢标东芝半导体之谜 3D-NAND还是4D-NAND？

2017-05-22 今周刊 CINNO

作者：AplusFlash Technology(美国)总裁李武开，4D-NAND发明者

1987年，当日本东芝半导体开始量产「快闪之父」Fujio Masuoka博士所发明的史上首颗2D-NAND闪存后，它很快成为举世公认的「半导体硬盘」SSD的代名词。紧接着，当世界快速地迈入大数据丶互联网丶后计算机行动时代后，由于新兴市场的巨大需求，加上东芝快闪的独特优越架构，其容量和产值均增加神速，甚至超越了「摩尔定律」。往后卅年内，每1.5年均能持续地保有惊人的倍数成长，对世界半导体作出了巨大贡献，也奠定了东芝在快闪行业中崇高的开山祖地位。

但东芝高层并没有给他足够的荣誉和奖赏，因此在服务21年后，于2004年愤而辞职。并在2008年控告其老东家需补偿他800万美元的奖金，最后仅以80万美元，区区十分之一的金额草草结案。

在2013年美国圣荷西国际快闪高峰会(FMS)的千人大会上，终于还给Fujio Masuoka一个公道，颁给他一个最高荣誉的「终生成就奖」。2016年当NAND 的年产值超过400亿美元，不仅取代旧龙头DRAM，变成半导体第一，又在单位容量卖价上打败了称霸多年的「机械式硬盘」HDD，登上了另一个历史高峯。因此2017年春节年假尚未结束时，突然传来东芝有意快速出售其高利润的NAND快闪部门，来补偿其在美国核电厂投资巨额损失的不寻常举动，马上卷起了千层巨浪，更深深震撼了全球内存产业。

东芝NAND快闪释股的战略分析

1）第一轮对任何买家均不设限，有利炒股测水温之嫌：

在今年三月投标日截止之前，总共吸引了约十家美丶日丶韩丶台等大咖企业前来抢亲，其过程中，以鸿海单独出资3兆日元天价的聘金，成了全球最吸睛事件。

2）第二轮设下以「美丶日买家为优先」，大辣辣地防中丶台丶韩等买家：

笔者猜这是日本官民基金INCJ，在第一轮确定世界排名第一的美国「无工厂设计公司」博通等出资 2.5兆日圆，已远超出其预定金额后，所推出的有排中丶台丶韩等岐视条款。

但若因此粗浅地认为东芝释股不排美，不防美也是站不住脚的。证据一是东芝和其伙伴威腾已合盖了几座NAND厂，但全部建在日本，美国一座也没有；证据二是五月中旬的传闻，INCJ已在运作组成「全日系买家」，但因兆元聘金实在过于庞大，不易在短期内统筹成功，可能被迫延长第二次决标截止日期至今年六月。

东芝快闪释股交易的「井外观点」

在创新领域英文有一句老话，叫做「Out-of-Box Thinking」，译为「井外观点」或创造性思维，以别于「井内观点」。「井外观点」强调其看法敢于创新，从井外海阔天空无拘无束、较独立的条件下来透视问题。

1)东芝快闪释股事件，应定位为一般大商业行为, 不能和「国安问题」画上等号：

因为NAND有关的技术专利发明，仍属商业层次，均详细地公开于世界各国专利局，实无机密可言，因此国安问题，不能被过度放大，进而扭曲了其商业交易的合法性和透明性，模糊了焦点。

2)东芝快闪工艺有其优越性和局限性，无法吸引全球老玩家来抢亲：

证据是买家中缺了排名世界第一的三星、第四的美光和第六美光富爸爸英特尔，而仅排名第三的东芝伙伴威腾及排名第五的海力士，积极地和两大新玩家鸿海和博通作激烈竞争。

原因无它，东芝3D-NAND开发虽已耗掉十年，但真正量产尚属初始阶段，落后三星最少三年。另外，东芝工艺和三星丶美光相比，并不突出且无胜算把握之势。

3)东芝快闪工艺对中国而言，只是其众多发展中3D-NAND的另一个选项而已：

证据一是美国英特尔和美光，早在中国大连盖厂，生产第一类3D-NAND；证据二是韩国三星也在中国西安生产第二类3D-NAND；证据三是美国Cypress（赛普拉斯半导体），也在幇助中国紫光在武汉和南京发展第三类3D-NAND。

虽然前两种快闪，中国没拥有产品权，但其所布格局甚大，中国是全球唯一的国家，同时拥有三种当红3D-NAND，在其境内训练其国内工程师，对中国而言，东芝快闪的机密性和重要性，已相对薄弱，只是多一个选项而已。因此东芝以防止鸿海泄漏其机密至中国，来排斥甚至可能以鸿海子公司夏普为主导的日丶美丶台联军的抢亲，有涉「井内观点」之嫌，对鸿海来说有些和「国安问题」画上等号之意。

4) 东芝若拒绝鸿海集团抢亲, 其美国核电厂错误的决定, 可能重演：

因为鸿海新集团成员如苹果丶亚马逊丶戴尔丶及鸿海，均是快闪使用大户，若排斥此集团入股，絶对是阻碍东芝一个跳跃式成长的机会，其市场占有率，恐落后三星愈来愈远，有违其最大商业利益之虑。

5) 未来，谁主宰内存，谁就主宰半导体，不是CPU（中央处理器），也不是晶圆代工：

最近市场上，因DRAM和NAND报价爆涨，三星藉其内存龙头地位，几乎垄断式的高额利润，今年已有机会取代设计第一的英特尔，往后甚至有可能超越代工第一的台积电，成为世界半导体的新盟主。

总之，尖端快闪其技术门坎甚高，已不能如以往「井内观点」视之为一般烂价低利润商品(Commodity)。

未来趋势：「4D-NAND」释放了「3D-NAND」必要之恶的设计原罪

多年来寻找符合「上帝圣杯」条件的内存，乃半导体科学家梦寐以求的最高境界，但圣杯的条件又是什么呢？目前业界的具体共识条件有三：

第一，必需是非挥发性内存（NVM）；第二是要具有如DRAM（VM）般的快速度(>250ns) 和高质量；第三要达成最高容量至少1兆位（>1Tb＝1012 bits) 和最低成本(10-cent/GB)。目前3D-NAND在条件三居领导地位，但条件二由于其「必要之恶」的设计原罪，在内存评比上，不仅其读写速度最慢，数据质量也最差。

三十年来，针对达成条件二的设计目标，不管何类3D-NAND，均完全束手无策。井外寻找圣杯已成共识。

至2017年为止，已有两个新兴的非挥发性内存称为SCM(Storage-Class-Memory) 跃出台上，激烈角逐「快闪圣杯」。一为美光／英特尔自2016年开始量产的3D-Xpoint，二为威腾／东芝合作开发的3D-ReRAM。虽然宣称其读写速度是3D-NAND的千倍，但在系统上实质量测结果，只改进约十倍而已。

在条件三的成本计算上，目前已证明两者虽比DRAM便宜甚多，但仍旧远远不敌最低价的3D-NAND。在大存储（Mass-storage）巨大市场上，3D-NAND仍稳稳地保持其至尊地位。结果是3D-NAND丶3D-Xpoint丶和3D-ReRAM共存于不同应用上的场面，但「快闪圣杯」的寻找仍然落空，圣杯之䛧依然未解。

有别于对手，我们从「井外观点」出发，提出一个基本上「完全自主创新」的「3D-NAND+类DRAM」混合型的4D-NAND，来接受「快闪圣杯」三条件的检验。它最大的特征是启用了一个内隐「一时多任务」的平行架构，而3D-NAND只能执行「一时一工」。

若一时多任务在4D-NAND同时执行时，在速度上4D-NAND将比3D-NAND 快一到十倍。如同爱因斯坦「相对论」所述，时间长度已不再是常数。等效上，时间在4D-NAND系统中变长了，事情就作多了；反之，时间在3D-NAND系统中变短了，事情就作少了。

总的来说，4D-NAND设计是集前端高速度「挥发性」DRAM和后端极低价「非挥发性」3D-NAND于一身，很巧妙地「释放」了前所述的3D-NAND「原罪」。 4D-NAND不仅前可攻传统极低单价的3D-NAND市场，后也可攻高单价新兴的SCM市场，堪称「一石两鸟」，可能是寻找已久的「圣杯」。

小贴士：

目前三星、东芝、晟碟（新帝）、英特尔、SK海力士、美光等六家的闪存产能已占据全球NAND闪存市场近九成的市场比重，随着晶圆物理极限出现，固态硬盘存储单元能够装载的内存颗粒逼近极限，于是有了世代的演进，来增加内存空间。如果用盖楼的方式比喻，2D-NAND是平房，3D-NAND是楼房，4D-NAND则是「3D-NAND+类DRAM」的混合型。

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