芯片行业大揭秘：谁是中国芯片史上最强芯片？

作者：二马路的冰

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深度好文，3617字=11分钟阅读

1958年9月12日，杰克·基尔比(Jack S.Kilby，1923-2005）发明了人类历史上第一块集成电路，吹响了人类进入“硅时代”的号角。1965年，河北半导体研究所在封闭的环境下，依靠自己的力量，研制成功一种采用介质隔离的DTL型数字电路，宣告了中国第一块硅基数字集成电路的诞生，中国集成电路产业翻开了历史的一页。

中国第一块硅基数字集成电路的诞生。图源：中国电子报

近60年来，我国集成电路产业从无到有，锲而不舍，自主创新，研制出一批又一批的芯片，有力支撑了我国国民经济和国家安全的发展。尤其是华为海思的麒麟9000芯片，更是中国芯片的登峰之作。

但是，如今已成绝唱。

那么，目前为止，谁是史上最强的中国芯片呢？

史上最强的中国芯片

首先，本文所说的史上最强的中国芯片，仅代表芯光社特邀专家的观点。

其次，根据“谁主张，谁举证”的规则，芯光社特邀专家给出了“史上最强的中国芯片”的判断规则：

1）原则上应该有国外对标芯片产品，而不仅仅是关键技术；

2）每年的全球市场份额不少于100亿美元；

3）国产芯片的性能参数应该接近、达到或者超过国外对标芯片产品水平；

4) 在中国大陆设计及制造，已经进入市场，并取得销售额。

最后，能满足上述4个条件的中国芯片，目前只有长江存储的3D NAND闪存芯片X3-9070。

史上最强的中国芯片，长江存储的闪存颗粒X3-9070。图源：长江存储

什么是 NAND闪存芯片？

1984年，日本东芝公司（2017年4月东芝存储器集团从东芝公司剥离，并于2019年10月正式更名为KIOXIA，中文名为铠侠）的工程师藤尾增冈发明了一种电存储介质。它能在没有电源的情况下存储信息，可以将数据保存达10年以上，这就是闪存的概念。1987年，日本东芝公司研制出了全球第一块NAND闪存芯片。其工作原理是一种电压元件,基于电子隧穿效应,将电子注入储存单元中的浮动栅极,从而改变其电荷量,实现信息存储和读取。NAND闪存芯片广泛应用于移动通信、消费数码、计算机、服务器及数据中心。

NAND闪存芯片。图源：百度

当前，半导体存储器主要包括 DRAM 芯片、NAND 闪存芯片和 NOR 闪存芯片三个相对独立、各司其职的类别，占据最大芯片市场份额的约25%。

其中DRAM芯片和NAND闪存芯片共计占据半导体存储器市场份额的约98%，NOR Flash占据半导体存储器市场份额约为1%，其余的半导体存储器（SRAM、MRAM等）市场份额约为1%。也就是说，在数以万计的芯片种类中，DRAM芯片是当之无愧的“芯片状元”。NAND闪存芯片的市场份额仅略低于DRAM芯片，是当之无愧的“芯片榜眼”！

据欧洲知名半导体分析机构Yole发布的报告显示，2021年，NAND闪存市场份额达到了近670亿美元，同年，NAND闪存总容量也达到了5855亿GB。

NAND闪存芯片的市场份额。图源：Yole

中国NAND闪存芯片的崛起

2016年7月，国家存储器基地项目在武汉启动，该项目一期和二期投资达240亿美元。

2016年12月22日，清华紫光联合其他公司共同出资成立长江存储科技控股有限责任公司（长江控股），实现对长江存储科技有限责任公司的控制，紫光将出资197亿元持有长江控股51.04%股权。

长江存储科技有限责任公司，即国家国家存储器基地，是一家专注于3D NAND闪存设计制造一体化的IDM集成电路企业，同时也提供3D NAND闪存晶圆及颗粒，嵌入式存储芯片以及消费级、企业级固态硬盘等产品和解决方案。

2017年10月，长江存储通过自主研发和国际合作相结合的方式，成功设计制造了中国首款3D NAND闪存。打破国外半导体厂三星、SK海力士、美光、英特尔、东芝、西部数据等的技术垄断。

2019年9月，长江存储核心厂区。图源：长江存储

2019年9月，搭载长江存储自主创新 Xtacking® 架构的第二代TLC 3D NAND闪存正式量产。与其它厂商技术不同，长江存储首创的Xtacking®架构在两颗不同的晶圆上制造两种电路，然后再进行封装连接。就像搭积木一样，读写单元和存储单元可以独立生产，不仅降低生产成本，还大大提升了闪存性能。

长江存储首创的Xtacking®架构，全球技术领先。图源：长江存储

2020年4月，长江存储宣布第三代TLC/QLC两款产品研发成功，其中X2-6070型号作为首款第三代QLC闪存，拥有发布之时业界最高的I/O速度，最高的存储密度和最高的单颗容量。

2022年8月份，长江存储正式发布200层+3D NAND闪存芯片产品X3-9070，这是基于晶栈3.0（Xtacking 3.0）架构的第四代3D TLC NAND闪存芯片。长江存储首创的Xtacking 3.0相比上一代产品，X3-9070性能提升50%，功耗降低25%。另外，该架构可以实现高效的产品开发效率，和同类厂商相比大约能减少3个月的开发时间。

X3-9070是中国有史以来存储密度最高的闪存颗粒，2022年12月开始进行量产。

中国有史以来存储密度最高的闪存颗粒X3-9070。图源：长江存储

美国的封锁打压

2022年10月7日，美国工业与安全局（Bureau of Industry and Security）发布了一系列新的出口管制措施，新增了先进计算芯片/计算机以及半导体制造设备相关的ECCN编码，并对其施加了严格的许可证要求，限制中国实体获取此类物项。

出口管制新规中，规定美国供应商在向生产18nm或以下的DRAM芯片、128层或以上的NAND闪存芯片、14nm或以下的逻辑芯片的中国企业出口设备时，必须进行逐案审查（case-by-case basis）。对申请案采取“推定禁止（Presumption of denial）程序，若非有证据证明交易行为不会对美国国家安全及外交政策产生不利影响，否则将“一律拒绝”发放许可执照。

128层或以上的NAND闪存芯片针对的是长江存储。拥有美国国籍、长江存储的功臣、长期担任长江存储执行长的杨士宁在出口管制新规出台前卸任。

有报道称，苹果正在考虑在iPhone 14手机中选用长江存储的3D NAND闪存芯片。由于美国国内舆论的压力，苹果不得不改变该采购计划。

2022年12月15日，美国政府将长江存储等36家中国科技公司列入了“实体清单”。

芯片行业的反腐

2022年7月，中国掀起“芯片反腐”风暴，与大基金有关的多名高管落马，包括国家开发银行国开发展基金管理部原副主任路军、大基金总经理丁文武、华芯投资原总监杜洋、投资三部原副总经理杨征帆、投资二部原总经理刘洋、国家开发银行管理企业副总裁任凯等。原紫光集团董事长赵伟国，大基金子基金元禾璞华的管理合伙人、投委会主席陈大同等人也被有关部门带走调查，大基金反腐步入深水区。

2018年9月11日，大基金原总裁丁文武一行调研紫光集团，并表示大基金和华芯投资将一如既往地支持紫光发展，继续深化合作。此次访问留下了这张照片。

左起，紫光集团联席总裁刁石京，华芯投资总裁路军，紫光集团董事长赵伟国，国家集成电路产业投资基金总裁丁文武，紫光集团总裁张亚东，紫光集团联席总裁齐联。全部被带走调查。

2023年3月20日，国家监委对紫光集团有限公司原董事长赵伟国涉嫌职务犯罪问题进行了立案调查。

国家监委的立案调查。图源：中央纪委国家监委网站

赵伟国（长江存储原董事长）涉嫌贪污、为亲友非法牟利、背信损害上市公司利益犯罪，且在党的十八大后不收敛、不收手，性质严重，影响恶劣，应予严肃处理。依据《中华人民共和国监察法》有关规定，国家监委将其涉嫌犯罪问题移送检察机关依法审查起诉，所涉财物一并移送。

国家出手：国家大基金二期入股长江存储

2023年，长江存储传出裁员10%的消息，另外，《南华早报》报道称，长江存储正在缩减扩产规模，大幅削减生产设备订单。显然，美国的打压和长江存储原来的问题对其发展造成了实质性的影响。

随着长江存储在技术上的不断突破，其闪存产品已经达到世界水平，并且拥有成本低的优势。国家并没有忘记，长江存储终于迎来好消息，

近日，长江存储股东结构新增国家大基金二期、长江产业投资集团有限公司及湖北长晟发展有限责任公司等股东。注册资本从562.75亿元变更为1052.7亿元，同比增加约87%。大基金二期认缴出资128.87亿元，持股比例达到12.24%，位居第四大单一持股股东。

需要指出的是，层数是闪存的性能最关键技术指标，层数越多，单位空间存储密度就越大，总存储容量越容易提升。当然，接口速度、可靠性、随机读取性能、能耗、每单元位数等指标也很重要。3D NAND闪存芯片的立体结构更依赖于刻蚀机和物理沉积设备，而不是光刻机来实现。当然，水浸没式DUV光刻机是量产高性能3D NAND闪存芯片的必要前提。

但是，3D NAND闪存芯片的量产并不需要EUV光刻机。

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