4月3日，兆易創(chuàng)新收購上海思立微重組案件獲得有條件通過，可謂鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，一波三折。兆易創(chuàng)新核心技術(shù)遭質(zhì)疑，被匯頂科技逼迫“二進(jìn)宮”，可謂險棋一招。在中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)長期嚴(yán)重依賴進(jìn)口的背景下，兆易創(chuàng)新曾被視為中國存儲的“芯”希望，在存儲芯片里，主要分為DRAM、NAND、NORFlash三種。盡管存儲芯片市場廣闊，但屬于寡頭玩家的天下。

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其中，DRAM市場規(guī)模最大，市場份額也主要被三星、美光科技等大廠瓜分殆盡。NANDFlash99%的市場份額則被三星、東芝、美光SK海力士占據(jù)。具體細(xì)分來看，市場規(guī)模最小的NOR Flash也分為高端、中端、低端三檔，多重夾擊下，兆易創(chuàng)新瞄準(zhǔn)了低端領(lǐng)域的市場。

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據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)顯示，2016年，NOR Flash全球市場份額中，兆易創(chuàng)新占比為7%。兆易創(chuàng)新的成績已算斐然，接下來，在“第八屆年度中國電子ICT媒體論壇暨2019產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會”上，兆易創(chuàng)新存儲事業(yè)部資深產(chǎn)品市場總監(jiān)“陳暉”在現(xiàn)場為大家?guī)砹岁P(guān)于“SPI NOR Flash如何應(yīng)對高性能應(yīng)用領(lǐng)域的趨勢和需求”的精彩演講。

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兆易創(chuàng)新存儲事業(yè)部資深產(chǎn)品市場總監(jiān)“陳暉”

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累積出貨量100億顆，SPI NOR Flash是一個大行業(yè)

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半導(dǎo)體芯片的制程基本分為兩大類：邏輯制程和Flash制程，存儲器制程永遠(yuǎn)落后在邏輯制程后面。最新的邏輯制程有10nm、5nm、7nm，目前的Flash使用的FinFet是早期發(fā)明的，很大程度限制了縮小晶體管尺寸，圖1中的紅線上，制程從2004年的130nm發(fā)展到90nm、65nm、55nm、45nm幾個主要的節(jié)點，再往下也很難到30nm以下。

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這張圖的意思就是說，邏輯制程和Flash制程不能混合放在一顆芯片上，非常高深的這些制程或是很高級的邏輯芯片，很遺憾它不能同時附屬一個Flash，這時候需要一個外面的Flash支持它的代碼存儲。

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2004年開始，SPI NOR Flash在全球的出貨量從無到有，剛開始推廣SPI NOR Flash就達(dá)到60億顆以上，平均地球上每人可以分到一顆。所以NORFlash是高可靠性的系統(tǒng)代碼存儲媒介，優(yōu)點是指令協(xié)議簡單、信號引腳少、體積小，符合這些新的電子設(shè)備對體積的要求。

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SPI NOR Flash的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，每一個新興的電子設(shè)備里面，都是用數(shù)碼設(shè)備，都需要有一顆Flash來存儲代碼，就是這一顆小小的代碼，兆易創(chuàng)新去年出貨量大概達(dá)到了20億顆，僅用一年的時間。如此累計來看，在八九年的時間里累計出貨量可超過了100億顆！從市場量來分析，SPI NOR Flash還是一個大的行業(yè)。

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SPI接口的更新演替，走過4代風(fēng)雨

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SPI接口的發(fā)明在80年代。在2000年，SPI接口屬于單通道，數(shù)據(jù)吞吐率僅有2.5MB/s，頻率跑到20Mhz，數(shù)據(jù)吞吐量非常低，如果用交通工具來比喻那就是牛車。到2004年，單通道已經(jīng)滿足不了市場需求，兆易創(chuàng)新作為SPI領(lǐng)域的研發(fā)人員，希望加大數(shù)據(jù)吞吐量，從一根數(shù)據(jù)線變成兩根數(shù)據(jù)線，而且把頻率也加高到50MHz，這時能達(dá)到12.5MB。不過以現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)看頂多也就是電單車的水平。

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在2009年，就有標(biāo)準(zhǔn)的四通道SPI接口，如圖2，有四根紅線，四個數(shù)據(jù)通道，直到十年后的今天，還有很多設(shè)計工程師，在用這個標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行他們的SPI的應(yīng)用。數(shù)據(jù)吞吐量可以看到達(dá)到52MB/s，這時候兩個時鐘，通過四口可以得到一個數(shù)據(jù)data，所以2009年的技術(shù)水平基本上已經(jīng)從兩輪變到四輪了，開始開汽車了。

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2015-2016年之間，四口的基礎(chǔ)上又加入了一個DTR的概念，在上升和下降沿都可以采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)吞吐量可以達(dá)到80MB/s，算是一輛比剛才那輛跑得更快的汽車。

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到2018年，從原本的四個IO變到了八個IO，它同時也是DTR，頻率一下子跳到了200MHz，數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)到了400MB/s，這就是全新一代超高速SPI接口標(biāo)準(zhǔn)xSPI（x的寓意：高性能、高品質(zhì)）。這時已經(jīng)不是汽車了，而是屬于SPI里面戰(zhàn)斗機(jī)的級別了。

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自80年代發(fā)明SPI這個協(xié)議，經(jīng)過了大概四五代到第六代產(chǎn)品，基本上是這樣一個順序：數(shù)據(jù)吞吐量從最初的2.5MB發(fā)展到今天的200或400MB，系統(tǒng)如果能夠用到八口，能夠用到200MHz，就可以最大程度上發(fā)揮Flash的讀取性能。

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xSPI實現(xiàn)真正AI功能

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陳暉講到：不管是AI、5G或是車載、IoT，都希望產(chǎn)品性能越來越好、越來越快，這其實跟人的本質(zhì)有關(guān)系，我們用什么東西總希望它反應(yīng)越快越好。

就好比用前一代的104MHz四口從Flash里面讀出數(shù)據(jù)需要超過五秒鐘，用最新的八口協(xié)議“200MHzDTR”不到一秒鐘就能讀取，自然更快速度反而更愿意被人接受。

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再看一下這個框圖，在汽車?yán)锩鍹CU是核心，會有一個外掛的Flash，F(xiàn)lash是存儲代碼，F(xiàn)lash上線以后要有一個啟動的過程，黃色的箭頭就是要把顯示屏的數(shù)據(jù)從Flash全部存到DRAM里面去，然后通過圖形控制器把圖點亮，現(xiàn)在的儀表盤也是分辨率越來越高，有2K甚至4K的顯示屏都在研發(fā)當(dāng)中。這邊就是一個很簡單的Flash的分區(qū)，里面有一大部分是要放圖像的數(shù)據(jù)。

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再直觀地看一下，汽車現(xiàn)在按鈕一按，顯示屏有動畫、有導(dǎo)航，各種各樣的信息都要顯示出來。用前一代產(chǎn)品來做，需要等待超過五秒鐘，用新一代八口的產(chǎn)品來處理就可以達(dá)到一個人能接受的速度，非?？斓乃俣龋軌虬堰@個汽車啟動的工作完成。Flash會和各種應(yīng)用打交道，只有用新一代八口的高速率的傳輸，才能夠保證這顆AI芯片真正地動起來，能夠達(dá)到一個接近人腦的水平。同樣的對比，8口高性能的xSPI能讓系統(tǒng)響應(yīng)非常迅速，真正實現(xiàn)AI功能。

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向IoT、車載、人工智能發(fā)力，實現(xiàn)SPI NOR Flash利好

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陳暉講到：“IoT的系框圖跟前兩個框圖不太一樣，你看到有Flash、有DRAM，但DRAM是用虛線畫的，另外SoC和Sensor是必不可少的部分，DRAM為什么畫成虛線呢？因為DRAM，IoT應(yīng)用受到系統(tǒng)成本的約束非常大，因為它非常多、非常小，不希望把DRAM作為一個負(fù)擔(dān)，所以這時主芯片會從flash里直接調(diào)用系統(tǒng)代碼，直接進(jìn)行本地執(zhí)行，這就是一個XiP的概念，就是把flash里面存儲的系統(tǒng)代碼按指令把它讀到指定的Cache里面去執(zhí)行。這樣，在flash這個分區(qū)里的系統(tǒng)代碼部分，就可以看到它有不同的指令，在不同的地址，是可以支持隨機(jī)讀取指令的器件。”

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對比一下xSPI，傳統(tǒng)的四通道器件，在正常的時間內(nèi)，需要從Flash里面讀第一個指令，綠色這段時間是SOC要執(zhí)行這個指令，同樣的第二條指令要花藍(lán)色的這段時間來讀，綠色的時間是執(zhí)行，如果用了八口的新一代的高速Flash，可以看到在同樣的時間之內(nèi)，原來兩次執(zhí)行指令變成了三次執(zhí)行指令，藍(lán)色部分雖然同樣是讀32Byte可以讀三次，因為它的時間非常短，所以新一代產(chǎn)品可以幫助IoT的本地代碼執(zhí)行，更高效地提高SoC的運(yùn)行效率，這樣IoT器件反應(yīng)非?？?，還有穿戴式的產(chǎn)品，同樣也會得到很多好處。

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物聯(lián)網(wǎng)部署的快速推進(jìn)隨之產(chǎn)生的是海量的數(shù)據(jù)信息，大容量高性能NOR Flash可以用來存儲代碼及部分?jǐn)?shù)據(jù)，具備隨機(jī)存儲、可靠性強(qiáng)、讀取速度快、可執(zhí)行代碼等特性，在自動駕駛、5G以及人工智能等各大新勢能應(yīng)用的驅(qū)動與接口技術(shù)不斷升級換代的助力下，NORFlash再次聚焦于市場鎂光燈之下，被認(rèn)為是萬物互聯(lián)時代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備代碼存儲應(yīng)用的首選。

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值得提及的是，兆易創(chuàng)新GD25全系列SPI NOR Flash產(chǎn)品已完成AEC-Q100認(rèn)證，是目前唯一的全國產(chǎn)化車規(guī)閃存產(chǎn)品，為汽車前裝市場以及需要車規(guī)級產(chǎn)品的特定應(yīng)用提供高性能和高可靠性的閃存解決方案。兆易創(chuàng)新通過提供GD25全系列SPINOR Flash的車規(guī)產(chǎn)品解決方案，大大加快了汽車行業(yè)用戶的研發(fā)速度和產(chǎn)品上市時間，并提高了系統(tǒng)的性能與可靠性。這對于整個國產(chǎn)閃存芯片行業(yè)來說，具有重要的意義。