從晉華DRAM事件出發，瞭解我國儲存晶片產業瓶頸在哪裡
近來，關於福建晉華、臺灣聯華電子與美國美光有關DRAM專利侵權的事件成為產業熱點。從晉華和美光的三次互訴，到美國商務部對晉華禁售和聯電暫停與晉華的合作，在中美貿易戰背景下，這不禁讓人聯想到中興因美國製裁而運營停擺的事件。晉華事件走向如何尚不得而知，本文僅從專利與產業鏈角度，結合全球市場格局，解構我國發展儲存晶片產業的困難、現狀和潛力。雖然儲存晶片產業發展道阻且長，但是我們別無選擇。
01
儲存晶片是什麼
儲存晶片是半導體元器件中不可或缺的組成部分，幾乎存在於所有的電子裝置中。隨著大資料、雲端計算、物聯網、人工智慧等產業的發展，其在整個產業鏈中扮演的角色越來越重要。
儲存晶片的種類很多，按用途可分為主儲存晶片和輔助儲存晶片。前者又稱記憶體儲晶片(記憶體)，可以與CPU直接交換資料，速度快、容量小、價格高。後者為外儲存晶片(外存)，指除記憶體及快取以外的儲存晶片。此類儲存晶片一般斷電後仍然能儲存資料，速度慢、容量大、價格低。按照斷電後資料是否丟失，可分為易失性儲存晶片和非易失性儲存晶片。易失性儲存晶片常見的有DRAM和SRAM，前者就是這次晉華事件的主角。非易失性儲存晶片常見的是NAND快閃記憶體晶片和NOR快閃記憶體晶片。
圖1 儲存晶片分類
相對於CPU，儲存晶片的設計和製造複雜度略低。但其技術含量依然非常高，對於行業後來者，絕非一朝一夕可以追趕。以此次晉華事件涉及的DRAM晶片為例，主要涉及五大類技術。
儲存單元設計包括電容器設計和電路設計，是儲存晶片最核心的部分。電容器儲存資料，電路負責控制資料的訪問。常見的電容器有平面型電容器、溝槽型電容器和目前流行的堆疊型電容器。早期的儲存單元電路包含3個電晶體和一個電容器(3T1C)構成，慢慢演變為1T1C或1T等多種型別。
陣列架構是儲存單元的矩陣排布形式，晶片通過wordlines和bitlines訪問和控制儲存單元。常見的bitlines包括開放式架構、摺疊式架構等。同時陣列設計上還需要設計行、列冗餘，以適應可能出現的壞點等。
錯誤檢測與修正用以解決儲存單元受環境、宇宙輻射導致的電位自發反轉問題。通常需要設計冗餘儲存單元或額外的電路來檢測和修復這些錯誤bits。另外，DRAM儲存晶片還包括晶片安全和晶片製造與封裝技術。
02
專利：集中於韓、日、美企業
我國儲存晶片產業發展較晚。目前，以投入NAND Flash市場的長江儲存、專注於移動儲存晶片的合肥長鑫和致力於普通儲存晶片的福建晉華三大企業為主。但發展儲存技術，國際企業的專利壁壘是繞不過去的坎。
我們選取2000年1月1日至2018年10月31日的全球儲存專利分析發現，有效專利和專利申請最多的國家/地區依次是美國、韓國、日本、中國和中國臺灣，如圖2。從這個資料看，我國(主要指大陸)專利並不弱。2002年就已經有大量申請，2010後申請大量增加。
但是，從申請主體可以發現，如圖3，我國的專利申請主要來自國際和中國臺灣的企業，如三星電子、旺巨集電子、臺積電、SK海力士、美光科技、英特爾、華邦科技、IBM等。而申請前十的大陸企業只有中芯國際和兆易創新，且所申請專利多數是相對邊緣化的技術，還有部分前沿技術。
圖2 儲存晶片專利全球主要申請國家/地區及其申請趨勢
圖3 在中國申請專利的主要企業及其申請趨勢
從全球企業的專利申請趨勢看，如圖4，目前以三星、SK海力士、東芝和美光科技四家企業佔據絕對優勢。其中前三家是老牌專利巨頭，美光科技在2008年後申請逐漸增加，趕超東芝和海力士，直追三星。2007年後，旺巨集電子、英飛凌、臺積電和富士通的申請明顯減少，可能來自金融危機的影響。這也印證了儲存晶片產業向頭部企業集中的趨勢，特別是韓、美、日三國的四家企業。
圖4 全球儲存晶片專利主要申請企業及其申請趨勢
圖5 高引用儲存晶片專利的主要分佈企業
如今，我國要發展儲存晶片產業，不得不面對來自國際巨頭的專利壁壘，而專利許可可能是相對高效的一個選擇。通過前1000件高引用儲存專利分析發現，其技術方向分佈相對集中，且美國企業佔據絕對優勢，如美光科技、閃迪、AMD、IBM和英特爾。這也導致目前頭部企業間專利許可成為普遍做法。