解開鴻海搶標東芝半導體之謎 3D-NAND還是4D-NAND？

作者：AplusFlash Technology(美國)總裁李武開，4D-NAND發明者

1987年，當日本東芝半導體開始量產「快閃之父」Fujio Masuoka博士所發明的史上首顆2D-NAND快閃記憶體後，它很快成為舉世公認的「半導體硬碟」SSD的代名詞。緊接著，當世界快速地邁入大數據丶互聯網丶後計算機行動時代後，由於新興市場的巨大需求，加上東芝快閃的獨特優越架構，其容量和產值均增加神速，甚至超越了「摩爾定律」。往後卅年內，每1.5年均能持續地保有驚人的倍數成長，對世界半導體作出了巨大貢獻，也奠定了東芝在快閃行業中崇高的開山祖地位。

但東芝高層並沒有給他足夠的榮譽和獎賞，因此在服務21年後，於2004年憤而辭職。並在2008年控告其老東家需補償他800萬美元的獎金，最後僅以80萬美元，區區十分之一的金額草草結案。

在2013年美國聖荷西國際快閃高峰會(FMS)的千人大會上，終於還給Fujio Masuoka一個公道，頒給他一個最高榮譽的「終生成就獎」。2016年當NAND 的年產值超過400億美元，不僅取代舊龍頭DRAM，變成半導體第一，又在單位容量賣價上打敗了稱霸多年的「機械式硬碟」HDD，登上了另一個歷史高峯。因此2017年春節年假尚未結束時，突然傳來東芝有意快速出售其高利潤的NAND快閃部門，來補償其在美國核電廠投資巨額損失的不尋常舉動，馬上捲起了千層巨浪，更深深震撼了全球內存產業。

東芝NAND快閃釋股的戰略分析

1）第一輪對任何買家均不設限，有利炒股測水溫之嫌：

在今年三月投標日截止之前，總共吸引了約十家美丶日丶韓丶台等大咖企業前來搶親，其過程中，以鴻海單獨出資3兆日元天價的聘金，成了全球最吸睛事件。

2）第二輪設下以「美丶日買家為優先」，大辣辣地防中丶台丶韓等買家：

筆者猜這是日本官民基金INCJ，在第一輪確定世界排名第一的美國「無工廠設計公司」博通等出資 2.5兆日圓，已遠超出其預定金額後，所推出的有排中丶台丶韓等岐視條款。

但若因此粗淺地認為東芝釋股不排美，不防美也是站不住腳的。證據一是東芝和其夥伴威騰已合蓋了幾座NAND廠，但全部建在日本，美國一座也沒有；證據二是五月中旬的傳聞，INCJ已在運作組成「全日系買家」，但因兆元聘金實在過於龐大，不易在短期內統籌成功，可能被迫延長第二次決標截止日期至今年六月。

東芝快閃釋股交易的「井外觀點」

在創新領域英文有一句老話，叫做「Out-of-Box Thinking」，譯為「井外觀點」或創造性思維，以別於「井內觀點」。「井外觀點」強調其看法敢於創新，從井外海闊天空無拘無束、較獨立的條件下來透視問題。

1)東芝快閃釋股事件，應定位為一般大商業行為, 不能和「國安問題」畫上等號：

因為NAND有關的技術專利發明，仍屬商業層次，均詳細地公開於世界各國專利局，實無機密可言，因此國安問題，不能被過度放大，進而扭曲了其商業交易的合法性和透明性，模糊了焦點。

2)東芝快閃工藝有其優越性和局限性，無法吸引全球老玩家來搶親：

證據是買家中缺了排名世界第一的三星、第四的美光和第六美光富爸爸英特爾，而僅排名第三的東芝夥伴威騰及排名第五的海力士，積極地和兩大新玩家鴻海和博通作激烈競爭。

原因無它，東芝3D-NAND開發雖已耗掉十年，但真正量產尚屬初始階段，落後三星最少三年。另外，東芝工藝和三星丶美光相比，並不突出且無勝算把握之勢。

3)東芝快閃工藝對中國而言，只是其眾多發展中3D-NAND的另一個選項而已：

證據一是美國英特爾和美光，早在中國大連蓋廠，生產第一類3D-NAND；證據二是韓國三星也在中國西安生產第二類3D-NAND；證據三是美國Cypress（賽普拉斯半導體），也在幇助中國紫光在武漢和南京發展第三類3D-NAND。

雖然前兩種快閃，中國沒擁有產品權，但其所布格局甚大，中國是全球唯一的國家，同時擁有三種當紅3D-NAND，在其境內訓練其國內工程師，對中國而言，東芝快閃的機密性和重要性，已相對薄弱，只是多一個選項而已。因此東芝以防止鴻海泄漏其機密至中國，來排斥甚至可能以鴻海子公司夏普為主導的日丶美丶台聯軍的搶親，有涉「井內觀點」之嫌，對鴻海來說有些和「國安問題」畫上等號之意。

4) 東芝若拒絕鴻海集團搶親, 其美國核電廠錯誤的決定, 可能重演：

因為鴻海新集團成員如蘋果丶亞馬遜丶戴爾丶及鴻海，均是快閃使用大戶，若排斥此集團入股，絶對是阻礙東芝一個跳躍式成長的機會，其市場佔有率，恐落後三星愈來愈遠，有違其最大商業利益之慮。

5) 未來，誰主宰內存，誰就主宰半導體，不是CPU（中央處理器），也不是晶圓代工：

最近市場上，因DRAM和NAND報價爆漲，三星藉其內存龍頭地位，幾乎壟斷式的高額利潤，今年已有機會取代設計第一的英特爾，往後甚至有可能超越代工第一的台積電，成為世界半導體的新盟主。

總之，尖端快閃其技術門坎甚高，已不能如以往「井內觀點」視之為一般爛價低利潤商品(Commodity)。

未來趨勢：「4D-NAND」釋放了「3D-NAND」必要之惡的設計原罪

多年來尋找符合「上帝聖杯」條件的內存，乃半導體科學家夢寐以求的最高境界，但聖杯的條件又是什麼呢？目前業界的具體共識條件有三：

第一，必需是非揮發性內存（NVM）；第二是要具有如DRAM（VM）般的快速度(>250ns) 和高質量；第三要達成最高容量至少1兆位（>1Tb＝1012 bits) 和最低成本(10-cent/GB)。目前3D-NAND在條件三居領導地位，但條件二由於其「必要之惡」的設計原罪，在內存評比上，不僅其讀寫速度最慢，數據質量也最差。

三十年來，針對達成條件二的設計目標，不管何類3D-NAND，均完全束手無策。井外尋找聖杯已成共識。

至2017年為止，已有兩個新興的非揮發性內存稱為SCM(Storage-Class-Memory) 躍出台上，激烈角逐「快閃聖杯」。一為美光／英特爾自2016年開始量產的3D-Xpoint，二為威騰／東芝合作開發的3D-ReRAM。雖然宣稱其讀寫速度是3D-NAND的千倍，但在系統上實質量測結果，只改進約十倍而已。

在條件三的成本計算上，目前已證明兩者雖比DRAM便宜甚多，但仍舊遠遠不敵最低價的3D-NAND。在大存儲（Mass-storage）巨大市場上，3D-NAND仍穩穩地保持其至尊地位。結果是3D-NAND丶3D-Xpoint丶和3D-ReRAM共存於不同應用上的場面，但「快閃聖杯」的尋找仍然落空，聖杯之?依然未解。

有別於對手，我們從「井外觀點」出發，提出一個基本上「完全自主創新」的「3D-NAND+類DRAM」混合型的4D-NAND，來接受「快閃聖杯」三條件的檢驗。它最大的特徵是啟用了一個內隱「一時多任務」的平行架構，而3D-NAND只能執行「一時一工」。

若一時多任務在4D-NAND同時執行時，在速度上4D-NAND將比3D-NAND 快一到十倍。如同愛因斯坦「相對論」所述， 時間長度已不再是常數。等效上，時間在4D-NAND系統中變長了，事情就作多了；反之，時間在3D-NAND系統中變短了，事情就作少了。

總的來說，4D-NAND設計是集前端高速度「揮發性」DRAM和後端極低價「非揮發性」3D-NAND於一身，很巧妙地「釋放」了前所述的3D-NAND「原罪」。 4D-NAND不僅前可攻傳統極低單價的3D-NAND市場，後也可攻高單價新興的SCM市場， 堪稱「一石兩鳥」，可能是尋找已久的「聖杯」。

小貼士：

目前三星、東芝、晟碟（新帝）、英特爾、SK海力士、美光等六家的快閃記憶體產能已佔據全球NAND快閃記憶體市場近九成的市場比重，隨著晶圓物理極限出現，固態硬碟存儲單元能夠裝載的內存顆粒逼近極限，於是有了世代的演進，來增加內存空間。如果用蓋樓的方式比喻，2D-NAND是平房，3D-NAND是樓房，4D-NAND則是「3D-NAND+類DRAM」的混合型。

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