东芝半导体部门前负责人回顾当初选择低功耗CMOS技术时坦言:“我们相信低功耗CMOS将成为兆位时代的主流,我们只是朝着这个方向前进。”-1

1986年,东芝1M DRAM月产能突破百万片,而到了2001年,这家曾率先研发出全球容量最大1M DRAM的公司做出了一个令人震惊的决定——放弃自己的DRAM业务-1-2

这家曾发明NAND闪存、推出世界上第一款车用硬盘的日本科技巨头,在DRAM领域的旅程充满了技术突破与市场波折-8


01 技术突围,东芝DRAM的黄金年代

上世纪80年代初,全球半导体行业面临一道看似不可逾越的技术壁垒——“1M位DRAM墙”-1。当时日本制造商在64K和256K位DRAM世代已经领先于海外竞争对手,但面对1M位的挑战,即使是他们也感到棘手-1

富士通率先取得突破,采用当时主流的NMOS结构和沟槽式存储单元结构,将单元尺寸缩小到27μm²,仅有上一代256K产品的三分之一-1

当时在DRAM市场上略显落后的东芝,走了一条完全不同的道路。他们将平面单元结构与低功耗CMOS技术相结合-1

在NMOS技术仍是主流的时代,其他DRAM制造商对东芝采用CMOS技术的做法感到惊讶。但东芝半导体部门负责人坚持认为:“低功耗CMOS将成为兆位时代的主流”-1

这一技术决策带来了显著优势。东芝将运行功耗降低至150毫瓦,不到NMOS的一半,同时平面单元结构更适合大规模生产,并能充分利用现有的256K DRAM制造设备-1

02 市场抉择,从领头羊到战略撤退

到了2001年,东芝做出了那个改变公司命运的决定——放弃DRAM业务-2

当时东芝高层对媒体坦言:“在目前的情况下,即使在技术上领先也难以获得作为领先者的应得权益。” 他们举了一个例子:东芝先于其他公司生产了1Gbit产品,却只能以256Mbit产品四倍的价格销售-2

2000年全球DRAM市场经历了一次重创,收入从315亿美元骤降至140亿美元,暴跌55.5%,这是自1985年后最严重的一次衰退-2。东芝自身的业绩也明显下滑,2001年上半年,公司电子设备和组件业务收入下降了33%,至46亿美元-2

与东芝的命运相似,整个日本DRAM产业在经历了上世纪80年代的辉煌后,也开始走向衰退。1989年,全球十大半导体厂商中有六家是日本企业,而到2023年,日本半导体企业已无一家跻身前十-4

03 重心转移,闪存市场的生死博弈

退出DRAM市场后,东芝将全部重心转向了NAND闪存业务,毕竟NAND闪存本就是东芝的发明-8

这一战略转移初期看起来相当成功。2009年,三星以37.9%的市场份额领跑NAND市场,而东芝则以34.2%的市场份额紧随其后-2

2011年第一季度,东芝与三星的差距进一步缩小,市场份额仅差0.3%,几乎要重新夺回第一的宝座-2。东芝的NAND业务保持着不错的业绩,成为存储霸主三星的有力竞争者-2

东芝在2018年将闪存业务分拆为东芝存储公司,后更名为铠侠-8。这家公司目前仍是全球第二大闪存芯片制造商,在全球闪存市场占据约20%的份额-8

随着人工智能和数字化转型的推进,市场对高密度、高速度、低功耗存储器的需求日益增长。铠侠也开始布局新型存储技术,如与SK海力士共同研发STT-MRAM(自旋转移力矩磁性随机存取存储器)-4

04 日本存储,新技术的最后一搏

日本存储产业并未完全消失,而是在传统市场萎缩后转向了新的方向

日本企业在半导体材料和设备领域仍然保持显著优势。2023年全球半导体制造设备厂商销售额前15名中,日本企业占据了7席-4

日本在全球涂层/显影设备市场占有88%的份额,在硅片市场占有53%的份额,在光刻胶市场占有50%的份额-4

如今,日本存储企业正在新型存储技术领域寻求突破。这些技术包括MRAM、FeRAM(铁电随机存取存储器)和ReRAM(电阻式随机存取存储器)-4

富士通半导体在FeRAM领域已耕耘超过20年,累计交付44亿片,但受限于容量和成本,目前主要应用于特定市场-4

东芝虽然退出了通用DRAM市场,但在特殊应用领域仍有所保留。比如其网络FCRAM产品线,能在-40°C至100°C的极端温度环境下工作,满足网络设备制造商对宽温存储器的需求-5


当铠侠(原东芝存储)最新一代BiCS 9闪存开始出样,传输速度达到3600MT/s时,东京半导体实验室的老工程师们或许会回想起东芝DRAM月产能突破百万片的1986年-3

四日市的Fab 6工厂专门制造3D闪存,而在不远处,东芝曾经称霸全球的DRAM生产线已安静多年-9

日本存储产业正从商品化存储芯片的激烈竞争中抽身,转而聚焦于材料、设备与新型存储技术,试图在全球半导体产业链中找到不可替代的位置。

网友提问与回答

@东京热不热: 东芝当年为什么一定要放弃DRAM业务?如果坚持到现在会不会过得更好?

这是一个很实际的问题。东芝放弃DRAM业务主要是基于当时严峻的市场环境和公司自身财务状况做出的决策。2000年全球DRAM市场收入从315亿美元暴跌至140亿美元,东芝的电子设备和组件业务收入也下降了33%-2

如果东芝坚持DRAM业务,很可能面临更严重的亏损。看看当时其他日本DRAM企业的命运就知道了:日立、NEC和三菱的DRAM业务合并成的尔必达公司,在2012年申请破产保护,最终被美光收购-8

东芝转向专注NAND闪存是有其合理性的,因为NAND是他们的发明,他们在这个领域有技术积累-8。实际上,这一转变初期是成功的,2009年他们在NAND市场的份额达到34.2%,仅次于三星-2

但后来的财务造假和核电业务巨额亏损(一笔2亿美元的收购最终造成63亿美元损失)才是真正拖垮东芝的主要原因-2。所以即使东芝坚持DRAM业务,也可能难以避免这些公司层面的问题。

@硅谷之心: 日本存储产业现在真的完全没有竞争力了吗?还有没有翻盘的机会?

日本存储产业虽然失去了在通用DRAM和NAND市场的领先地位,但并未完全失去竞争力。日本企业正在另辟蹊径,寻找新的机会。

日本在半导体材料和设备领域仍然保持强大优势。2023年全球半导体制造设备厂商销售额前15名中,日本企业就占了7席-4。在涂层/显影设备、硅片和光刻胶等关键材料市场,日本企业的全球份额分别达到88%、53%和50%-4

日本存储企业正在新型存储技术领域寻求突破。铠侠与SK海力士合作研发STT-MRAM技术;富士通则深耕FeRAM领域已超过20年,累计交付44亿片-4

这些新型存储器在速度、功耗和耐用性方面有独特优势,特别适合物联网、人工智能等新兴应用-4。日本企业在材料科学和精密制造方面的积累,正是这些新型存储技术研发所需的关键能力。

@科技考古学家: 东芝的DRAM技术有没有留下什么遗产?对现在的存储技术发展还有影响吗?

东芝在DRAM领域的技术遗产依然影响着今天的存储行业,特别是在低功耗设计方面。东芝突破“1M位DRAM墙”时采用的低功耗CMOS技术思路,在今天的高性能、低功耗存储设计中仍然有重要价值-1

东芝在特殊应用DRAM领域的创新也留下了印记。比如他们开发的网络FCRAM产品线,能在-40°C至100°C的极端温度下工作,这种宽温存储器设计思想在今天的工业、汽车和网络设备存储解决方案中仍然得到应用-5

东芝从DRAM转向NAND的战略调整,也为存储行业提供了一个重要的案例研究。它展示了当一家公司在某个市场面临不可逆转的劣势时,如何利用自身技术积累(如东芝发明NAND闪存)转向相关但更有前景的领域。

如今的铠侠(原东芝存储)仍然在全球闪存市场占据约20%的份额,是三星的主要竞争对手之一-8。这一定程度上得益于东芝在存储技术领域的长期积累,包括在DRAM时代培养的技术人才和制造经验。