1958年9月12日，來自德州儀器公司的杰克·基爾比（Jack Kilby），成功地將包括鍺晶體管在內的五個元器件集成在一起，制作了世界上第一塊鍺集成電路。

次年7月，美國仙童半導體公司的羅伯特·諾伊斯（Robert Norton Noyce），基于硅平面工藝，成功發明了世界上第一塊硅集成電路。

杰克·基爾比（左），羅伯特·諾伊斯（右）

正如大家現在所知，這兩位大佬的發明，擁有極為重要的意義。集成電路的出現，有力推動了電子器件的微型化，也為芯片時代的全面到來奠定了基礎。

█ DRAM的誕生

進入1960年代后，隨著計算機技術的發展，電子行業開始了將集成電路技術用于計算機存儲領域的嘗試。

當時，半導體存儲技術被分為ROM和RAM兩個方向。ROM是只讀存儲器，存儲數據不會因為斷電而丟失，也稱外存。而RAM是隨機存取存儲器，用于存儲運算數據，斷電后，數據會丟失，也稱內存。

今天，我們重點說說RAM這個領域。

1966年，來自IBM Thomas J. Watson研究中心的羅伯特·丹納德（Robert H. Dennard），率先發明了DRAM存儲器（動態隨機存取存儲器）。

羅伯特·丹納德

這種存儲器基于“MOS型晶體管+電容結構”，具有能耗低、讀寫速度快且集成度高的特點。直到現在，我們的計算機內存、手機內存、顯卡內存等，都是基于DRAM技術。

1968年6月，IBM注冊了晶體管DRAM的專利。但是，正當他們準備進行DRAM產業化的時候，美國司法部啟動了對他們的反壟斷調查。

這些調查拖延了IBM的DRAM產業化進度，從而給其它公司帶來了機會。

不久后，1969年，美國加州的Advanced Memory System（先進內存系統）公司捷足先登，成功生產出了世界上第一款DRAM芯片（容量僅有1KB），并將其銷售給計算機廠商霍尼韋爾公司（Honeywell）。

霍尼韋爾公司收到這批DRAM芯片后，發現工藝上存在一些問題。于是，他們找到了一家新成立的公司，請求幫助。

這家公司，就是1968年羅伯特·諾伊斯（前文提到的硅集成電路發明人）和戈登·摩爾（摩爾定律的提出者）等人共同創辦的英特爾（Intel）。

羅伯特·諾伊斯（左）和戈登·摩爾（右）

英特爾公司成立后，主要業務就是研制晶體管半導體存儲器芯片。

當時，半導體工藝主要有兩個研究方向，分別是雙極型晶體管和場效應（MOS）晶體管。英特爾自己也不知道哪個方向正確，于是，成立了兩個研究小組，分別跟進兩個技術方向。

1969年4月，雙極型小組率先有了突破，推出了64bit容量的靜態隨機存儲器（SRAM）芯片——C3101。這個芯片是英特爾的第一款產品，主要客戶就是霍尼韋爾。

場效應管小組也不甘落后，1969年7月，他們推出了256bit容量的靜態隨機存儲器芯片——C1101。這是世界第一個大容量SRAM存儲器。

1970年10月，場效應管小組再接再勵，成功推出了自己的第一款DRAM芯片（也被認為是世界上第一款成熟商用的DRAM芯片）——C1103。

Intel C1103，有18個針腳，容量1Kbit，售價10美元。

C1103推出后，獲得極大成功，很快成為全球最暢銷的半導體內存，服務于HP、DEC等重要客戶。

在C1103的幫助下，英特爾也迅速發展壯大。1972年，英特爾的員工人數超過1000人，年收入超過2300萬美元。1974年，英特爾DRAM產品的全球市場份額達到驚人的82.9%。

英特爾的早期團隊

就在英特爾在DRAM領域賺得盆滿缽滿的同時，它的競爭對手也在迅速崛起。

1973年，美國德州儀器（TI）、莫斯泰克（Mostek）等廠商先后進入DRAM市場。

德州儀器在英特爾推出C1103之后，就進行了拆解仿制，通過逆向工程，研究DRAM的架構和工藝。后來，1971年和1973年，他們先后推出了2K和4K DRAM，成為英特爾的強勁對手。

莫斯泰克公司由德州儀器半導體中心的前首席工程師L.J.Sevin創立（1969年），技術實力同樣不俗。

1973年，他們推出了16針腳的DRAM產品——MK4096，也對英特爾的市場地位形成了挑戰（其它公司都是22針腳，針腳越少，制造成本越低）。

1976年，莫斯泰克公司又推出了MK4116，采用了POLY-II（雙層多晶硅柵）工藝，容量達到16K。這款產品獲得了巨大成功，一舉逆轉了市場競爭格局，將自己的DRAM市占率提升到了75%。

MK4116

可惜，沒過多久，因為遭遇來自資本市場的惡意收購，莫斯泰克公司的股權結構大幅變動，管理層劇烈動蕩，技術人員迅速流失，公司很快走入低谷。

1979年，該公司被美國聯合技術公司（UTC）收購。后來，又轉賣給了意法半導體。

1978年10月，四個莫斯泰克公司的技術人員離職，在愛達荷州一家牙科診所的地下室，共同創立了一家新的存儲技術公司。

這家公司，也就是后來的存儲業巨頭——鎂光（Micron）。

鎂光的創始人團隊

█ 日本半導體的成與敗

除了國內競爭對手之外，英特爾面臨的更大威脅來自國外。更具體來說，是來自——日本。

1970年代，日本經濟高速崛起。為了在全球科技產業鏈占據有利位置，他們在半導體技領域進行了精心布局。

1976年，日本通過舉國體制，成立了VLSI聯合研發體（VLSI：THE VERY LARGE SCALE INTEGRATED，超大規模集成）。

聯合研發體一共設有6個實驗室，專門進行高精度加工技術、硅結晶技術、工藝處理技術、監測評價技術、裝置設計技術等領域的研究。

不久后，這個聯合研發體就成功攻克了電子束光刻機、干式蝕刻裝置等半導體核心加工設備，以及領先的制程工藝和半導體設計能力，為日本半導體行業的騰飛奠定了基礎。

1977年，在VLSI項目的幫助下，日本成功研制出了64K DRAM，追平了美國公司的研發進度。

到了1980年代，日本廠商（富士通、日立、三菱、 NEC、東芝等）繼續發力，憑借質量和價格優勢，開始反超美國公司。

1986年，日本存儲器產品的全球市場占有率上升至65%，而美國則降低至30%。

在慘烈的市場競爭下，美國英特爾公司直接宣布放棄了DRAM市場（1985年）。而唯一能夠在日系廠商夾縫中生存的，只剩下摩托羅拉（Motorola）。

全球半導體企業排名（1987年）

螳螂捕蟬，黃雀在后。就在日本半導體廠商眼看就要一統江湖的時候，外部政治環境開始發生了微妙的變化。

1985年，美蘇冷戰氣氛不斷減弱，日美貿易摩擦不斷增加。在巨大的財政赤字壓力下，美國里根政府開始將注意力轉移到打壓日本經濟上。

這一年，美國主導了著名的《廣場協議》，逼迫日元升值。與此同時，美國半導體協會也發起了對日本半導體等產品的反傾銷訴訟。后來，兩國達成了對日本半導體產品的價格監督協議。

在接二連三的打擊下，日本半導體產品的市場份額一落千丈，很快喪失了主導權。

█ 韓系半導體的崛起

那么，日本廠商讓出來的市場份額，是不是被美國廠商拿走了呢？

并沒有。

正所謂“螳螂捕蟬，黃雀在后”，日本廠商快速失勢的同時，美國的另一個競爭對手又殺了出來，那就是——韓國。

早在日本啟動VLSI項目的時候，韓國政府也沒閑著。他們在慶尚北道的龜尾產業區建立了韓國電子技術研究所（KIET），高薪籠絡美國的半導體人才，集中研發集成電路關鍵技術。

除了KIET之外，韓國三星、LG、現代和大宇等財閥，也看中了半導體技術的市場前景，通過購買、引進技術專利及加工設備，對其進行消化吸收，積蓄技術力量。

1984年，三星半導體建成了自己的第一個存儲器工廠，批量生產64K DRAM。誰也沒有想到，這個名不見經傳的韓國企業，會變成日后的行業“巨無霸”。

話說，從1980年代至今，DRAM產業經歷了將近四十年的發展。如果用一個詞來形容這四十年，那就是——“腥風血雨”。

原因很簡單，DRAM半導體產業，最大的特點就是其周期性規律。行業人士曾經總結：DRAM半導體存儲，每賺錢一年，就要虧錢兩年，所謂“賺一虧二”。

在這種強烈的周期性規律下，想要長期生存下去，是一件非常困難的事情。DRAM廠商需要有強大的現金流和融資能力，能夠維持高強度的研發支出，保持團隊的穩定。

在虧損周期，DRAM廠商需要更多的錢，才能夠活下去。在繁榮周期，也不能大意。廠商在選擇擴充產能時機時，需要非常謹慎。不然，就可能導致供大于求，盈利變虧損。

四十年前，全球大概有40-50家DRAM廠商。如今，只剩下三家，競爭之殘酷，由此可見一斑。

這四十年里，有一家企業不僅堅持活了下來，還干掉無數對手，長期占據霸主地位。這家企業，就是前面提到的三星（Samsung）。

三星的故事，有些同學可能聽說過。他們采取了一個被無數商學院寫入教材的“殺手锏”戰略——反周期投入。

簡單來說，反周期投入，就是利用行業周期性發展的特點，在行業進入低谷時，在競爭對手都收縮規模時，反其道而行之，加大投入，擴大產能，進一步打壓價格，從而讓對手加劇虧損，甚至倒閉。

換言之，就是大家玉石俱焚，但是我更有錢，把你焚死了，我再繼續活。

三星這家公司，就是靠著韓國的舉國之力，接二連三地采用“反周期投入”策略，干掉了無數對手，成為了半導體存儲領域的老大。

接下來，我們就詳細看看，這幾十年到底發生了什么。

第一次“反周期投入”

三星的第一次“反周期投入”，就發生在前文所說的1980年代中期。

當時，日美激戰正酣，DRAM市場普遍不景氣，價格大跌。DRAM芯片的價格從每片4美元（1984年），跌到了每片0.3美元（1985年）。

三星建廠推出64K DRAM時，生產成本是1.3美元/片。面對行業寒冬，三星不僅沒有收縮投資，反而開始逆向投資，擴大產能。 ? 到1986年底，三星半導體累積虧損3億美元，股權資本完全虧空，接近破產。 ? 關鍵時期，韓國政府出手“救市”，總共投入近3.5億美金，并且以政府名義背書，給三星拉來了20億美元的個體募資。 ? 后來，日本半導體被美國干翻，加上PC電腦進入熱銷期帶來的行業繁榮，使得三星順利翻盤，迎來業績增長。 ? 不久后，以三星為代表的韓系DRAM廠商，逐漸蠶食了日本半導體企業讓出的市場份額，占據了市場的主導地位。

第二次“反周期投入”

1992年，日本住友樹脂廠發生爆炸，導致原材料供應緊張，內存價格暴漲。這一年，三星率先推出世界上第一個64M DRAM。

1993年，全球半導體市場又開始轉弱。這時，三星故技重施，采取了第二次“反周期投入”。他們投資興建8英寸硅片生產線，用于生產DRAM。

1995年，微軟公司Windows95視窗操作系統發布，極大地刺激了內存的需求，帶動內存價格大幅上揚，三星的投資獲得回報。全球各大廠商后知后覺，紛紛投資擴大產能。

好景不長，到了1995年的年底，各廠商8英寸晶圓廠投產后，導致產能急劇增加，反而使得DRAM變成供大于求。于是，賣方市場又變成了買方市場，價格又開始下跌。

在此情況下，廠商們被迫削減產量，減小投資規模。

三星繼續擴大投資。1996年，三星推出世界上第一個1GB DRAM，奠定了自己的行業領軍地位。

1996-1998年，DRAM持續處于下行周期。

1999年，DRAM價格下跌的趨勢有所緩解。因為互聯網泡沫的出現，DRAM行業進入了短暫的繁榮階段。

這一年，在激烈的競爭環境下，內存行業發生了若干個重大變化：

韓系方面，韓國現代內存與LG半導體合并，成立現代半導體，后來，又從現代集團拆分（2001年），改名海力士（Hynix）。

美系方面，鎂光收購德州儀器內存部門。

日系方面，日立、NEC、三菱電機的DRAM業務整合，抱團成立了爾必達（ELPIDA）。

歐系方面，西門子集團的半導體部門獨立，成立了億恒科技。幾年后，2002年，改名為英飛凌（Infineon）。再后來，2006年，英飛凌科技存儲器事業部拆分獨立，變成了奇夢達（Qimonda）。

2000年，全球DRAM市場份額的前五名之中，有兩家是韓系廠商，分別是排名第一的三星（23.00%），還有排名第三的現代（19.36%）。

不久后，互聯網泡沫破碎，全球經濟危機爆發。PC市場遭受重創，DRAM的市場需求也急速下降，價格又迎來了跳水。

2001年，DRAM市場規模從288億美元腰斬至110億美元。

2002-2006年，DRAM市場逐漸從低谷中恢復，整體增長形勢良好。

2006年，三星開發出世界上第一個50nm工藝的1GB DRAM。海力士則開發出當時世界上最高速的200MHz 512MB Mobile DRAM。

那一時期，DRAM市場逐漸形成了五強格局，分別是：三星（韓）、SK海力士（韓）、奇夢達（德）、鎂光（美）和爾必達（日）。

第三次“反周期投入”

2007年，微軟推出Vista系統。該系統對內存消耗較大，DRAM廠商預期內存需求大增，于是紛紛增加產能。

但實際上，Vista銷量很差，沒有帶動內存市場，導致產能再次過剩。

更悲催的是，2008年，金融危機爆發，導致DRAM市場雪上加霜。內存價格一路下跌，甚至跌破材料成本。

在這個關鍵時期， 三星第三次祭出“反周期投入”的殺招，進一步擴大產能，加劇了行業虧損。

2009年春天，排名第三的德系廠商奇夢達宣布破產倒閉，歐洲廠商正式退出了DRAM市場。

2011年，DRAM供應量再次超過實際需求，價格暴跌。這一次，爾必達沒能熬過去，宣布破產，標志著日本廠商全面退出了DRAM產業。

于是，五強變三強，DRAM領域只剩下三星（韓）、鎂光（美）、海力士（韓）。三家公司的市占率加起來，超過了93%。

█?DRAM技術的現狀

2011年之后，DRAM內存的市場格局沒有發生什么重大變化。但是，DRAM的用戶需求和市場環境，變化很大。

除傳統PC之外，隨著移動互聯網和物聯網的高速發展，智能手機、可穿戴設備、物聯網設備（攝像頭等）迅速崛起，極大地帶動了對DRAM的需求。

云計算、大數據和AI人工智能的發展，又推動了數據中心的數量增加，從而帶來了服務器和網絡設備的急劇增加，也刺激了DRAM的銷量增長。

這些需求，逐漸使得DRAM細分為標準型DRAM、移動型DRAM、繪圖型DRAM、利基型DRAM等類別。

標準DRAM主要應用于PC、服務器等。移動型DRAM主要為LPDDR，應用于智能手機、平板電腦等場景。繪圖型DDR用于顯卡的顯存（GDDR）。利基型DRAM，主要應用于液晶電視、數字機頂盒、網絡播放器等產品。

多產品場景的旺盛需求，推動了DRAM價格的上揚。2018年左右，比特幣等數字貨幣的需求爆發，更是讓DRAM市場迎來了難得的“黃金時期”。

2019年之后，由于前期產能擴張和去庫存因素，內存價格下跌較多。加密貨幣市場價格崩塌、智能手機市場進入成熟期，使得市場需求疲軟，DRAM再次進入低谷期。

根據相關機構發布的數據，從2020年下半年開始，到2022年5月，都屬于DRAM市場的好轉期。

今年6月開始，DRAM行情暴跌。6月份銷量下降了36%，7月份又下降了21%，可以說是全面崩盤，慘不忍睹。根據機構預測，四季度跌幅將進一步擴大。

DRAM行情暴跌

接下來，我們再從技術的角度，看看這些年DRAM的發展。

一直以來，DRAM芯片都是以微縮制程的方式，來提高存儲密度。

DRAM每一次制程的更新換代，都需要大量的投入。

以30nm更新到20nm為例，后者需要的光刻掩模版數目增加了30%，非光刻工藝步驟數翻倍。對潔凈室廠房面積的要求，也隨著設備數的上升而增加了80%以上。

以前，這些成本都可以通過單晶圓更多的芯片產出，以及性能帶來的溢價，進行彌補。但是，隨著工藝制程的不斷微縮，增加的成本和收入之間的差距逐漸縮小。

2013年左右，當制程工藝進入20nm之后，制造難度大幅提升。18/16nm之后，繼續在二維方向縮減尺寸，已不再具備成本和性能方面的優勢。

于是，DRAM芯片廠商開始另辟蹊徑，開始研究Z方向的擴展能力。也就是說，開始推進3D封裝。

作為行業龍頭，三星率先從封裝角度實現了3D DRAM。他們采用TSV封裝技術，將多個DRAM芯片堆疊起來，從而大幅提升單根內存條容量和性能。后來，各個廠商紛紛跟進，3D DRAM成為主流。

在產品標準方面，行業一般采用由固態技術協會（JEDEC）制定的產品標準，也就是大家熟悉的DDR1-DDR5。

圖片來源：全球半導體觀察

DRAM三巨頭，都具備了DDR5/LPDDR5的量產能力。三星正在搗鼓DDR6，據說2024年完成設計。

在芯片工藝制程上，DRAM目前的表述和以前有所不同。以前，都是直接40nm、20nm這么叫。現在，因為電路結構是三維的，所以線性的衡量方式不再適用，出現了1X、1Y、1Z、1α、1β、1γ之類的術語表達制程。

業界認為，10nm~20nm系列制程至少包括六代，1X大約等同于19nm，1Y約等同于18nm，1Z大約為16-17nm，1α、1β、1γ則對應12—14nm（15nm以下）。 ?

? 圖片來源：全球半導體觀察 ? 三星、SK海力士和鎂光已在2016~2017年期間進入1Xnm階段，2018~2019年進入1Ynm階段，2020年后進入1Znm階段。 ? 目前，各大廠家繼續向10nm逼近。最新的1αnm，仍處于10+nm階段。

█?中國DRAM產業的過去和現在

最后，我們再來看看國內的DRAM產業發展情況。

中國是全球半導體存儲器的重要市場之一，也是全球半導體存儲廠商的“必爭之地”。

但是，實事求是來說，我們自己的DRAM產業發展，遠遠落后于競爭對手。

國內DRAM產業的起步，可以追溯到1990年代。

當時，日本NEC在中國大陸成立了兩家合資公司，從事DRAM的生產。

第一家，是1991年NEC和首鋼合資成立的首鋼NEC。

首鋼NEC從1995年開始，采用6英寸1.2微米工藝，生產4M DRAM（后來升級到16M）。后來，1997年DRAM全球大跌價，首鋼NEC遭受重創，從此一蹶不振。后來，首鋼NEC淪為NEC在海外的一個代工基地，退出了DRAM產業。

第二家，是1997年NEC和華虹集團合資成立的華虹NEC。

華虹NEC從1999年9月開始，采用8英寸0.35微米工藝技術，生產當時主流的64M DRAM內存芯片。2001年后，隨著NEC退出DRAM市場，華虹也退出了DRAM產業。

2004年，中國又開始了DRAM產業的第二次嘗試。這次有所行動的，是中芯國際。

當時，中芯國際在北京投資建設了中國大陸第一座12英寸晶圓廠（Fab4），2006年大規模量產80nm工藝，為奇夢達、爾必達代工生產DRAM。

好景不長，2008年，由于中芯國際業務調整，退出了DRAM業務。第二次嘗試，宣告失敗。

2015年，中國DRAM采購金額約為120億美元，占全球DRAM供貨量的21.6%。嚴重依賴進口的現狀，促使國內開始了針對DRAM業務的第三次嘗試。

這次嘗試，最具代表性的，就是武漢、合肥和廈門三大存儲器基地。這些基地借助國家和地方層面的產業政策，投入了大量資本（超過2500億人民幣），發展半導體存儲技術，培養人才。

目前，國內在DRAM領域比較有代表性的企業是合肥長鑫、福建晉華、紫光國芯、兆易創新、北京矽成、東芯半導體、南亞科技（中國臺灣）、華邦電子（中國臺灣）、力積電（中國臺灣）等。

合肥長鑫，是國內DRAM存儲芯片的龍頭企業。他們的DRAM技術主要來自于已破產的德系DRAM廠商奇夢達，以及日系廠商爾必達。

2019年9月20日，合肥長鑫宣布中國大陸第一座12英寸DRAM工廠投產，并發布了首個19nm工藝制造的8G DDR4，屬于歷史性突破。

根據機構預計，合肥長鑫的產能2022年到2023年將有望達到12.5萬片。

福建晉華，大家應該會有所耳聞。前幾年，他們被美國政府制裁，新聞鬧得很大。

2016年5月，福建晉華與聯電合作，進行利基型DRAM的生產。2017年12月，鎂光指控福建晉華和聯電盜用了自己的內存芯片技術。2018年1月，福建晉華也就專利侵犯向鎂光提起訴訟。2018年10月，福建晉華被列入出口管制實體清單。2018年11月，美國司法部又以竊取鎂光商業機密為由起訴聯電和福建晉華。

一番折騰之后，聯電扛不住了。2019年1月底，聯電宣布撤出福建晉華DRAM項目。2021年11月，聯電和鎂光達成和解。目前，福建晉華方面審查還沒有完整的最終結果。

█?結語

好了，洋洋灑灑寫了那么多，看到這里的都是真愛。

總之，DRAM存儲器是計算機、手機等產品的重要組成部分，也是數字基礎設施不可或缺的“零件”。

目前，國內DRAM存儲器已經基本解決了有無的問題。下一步，要解決就是良品率提升的問題，以及產能爬坡問題。在融資能力、產業鏈配套及人才梯隊等方面，我們還需要不斷加強，謹慎前行。

期待我們能夠早日打破“三強”格局，在DRAM領域占據更重要的地位。

參考資料：

1、《這場DRAM技術困局誰來破？》，王凱琪，全球半導體觀察；

2、《DRAM江湖之美國演義》，芯光社；

3、《存儲技術發展歷程》，謝長生；

4、《DRAM芯片國產化替代進程曲折、前途光明》，湘財證券，王攀、王文瑞；

5、《存儲大廠又一次豪賭》，半導體行業觀察；

6、《存儲芯片行業研究報告》，國信證券；

7、《國產存儲等待一場革命》，付斌，果殼；

8、《關于半導體存儲，沒有比這篇更全的了》，芯師爺；

9、《科技簡章035-半導體存儲之閃存》，悟彌津，知乎；
10、百度百科、維基百科相關詞條。

編輯：黃飛

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