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專注創新與品質 旺宏電子深耕記憶體產業三十年
放眼NOR與NAND市場的領先者

【作者: 籃貫銘】   2020年01月09日 星期四

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記憶體可以區分為揮發性記憶體和非揮發性記憶體兩大類,前者是電源關閉資料就會流失,後者則可以保留,具有儲存的功能。旺宏電子(Macronix)則是專注於非揮發性記憶體的技術與解決方案,而且一路堅持了三十年。



圖一 : 旺宏電子成立於1989年的12月9日,當時的員工僅有十來位,如今已是四千人的大企業。圖中為董事長吳敏求,說明當年成立時的種種。(攝影/籃貫銘)
圖一 : 旺宏電子成立於1989年的12月9日,當時的員工僅有十來位,如今已是四千人的大企業。圖中為董事長吳敏求,說明當年成立時的種種。(攝影/籃貫銘)

一個基本的運算系統,至少要包含三大元件,一個是邏輯元件,負責訊號的運算處理,另一個是記憶元件,用以保留和儲存資料;第三個則是輸入/輸出元件,負責原始資料的輸入和運算後的資料輸出。這三大組件幾乎不會從電子系統中消失,有著如基石般的價值。


而旺宏電子就屬於其中一個基石,它專注於提供記憶體解決方案,是台灣記憶體產業裡的大前輩,不僅因為它精良的品質,更因為它長久以來對記憶體技術的堅持。他們深耕非揮發性記憶體的技術與方案,一路堅持了三十年。


延伸閱讀

細究記憶體的分類與應用,大致可以區分為揮發性記憶體(Volatile Memory)和非揮發性記憶體(Non-Volatile Memory)兩大類,前者是電源關閉資料就會流失,後者則可以保留,因此具有儲存的功能。

但是記憶體的產品與技術相當五花八門,單單揮發性記憶體就有SRAM、DRAM、SDRAM和DDR-SDRAM等,現在為了因應行動裝置的需求,則還有LPDDR等。

至於非揮發性記憶體,過往常用的有ROM、PROM、EPROM和EEPROM等,近期較主流的則有Flash ROM(常見的有NOR與NAND),更次世代的則還有FRAM、MRAM、RRAM和PCRAM的記憶體技術。

2019年的12月9日,是旺宏成立的三十周年慶,當天一手草創旺宏的董事長吳敏求,親自主持了慶祝典禮。三十年的記憶體產業歷史,可謂是風風雨雨,也因此他慎重又感性的親擬了一篇感謝詞。他感謝所有旺宏員工這三十年的付出,把不可能化為可能。而這不可能中的可能,或許就是旺宏在記憶體產業裡的核心競爭力。


ROM記憶體起家 以品質與策略打入任天堂供應鏈

雖說記憶體是系統中的必要元件,但由於全球市場競爭激烈的緣故,若沒有扎實的技術和優越的營運能力,很難在列強盤據的記憶體市場中存活下來。


以唯讀記憶體(Read-Only Memory,ROM)來說,在90年代,全球就有幾十家的業者有能力可以提供ROM記憶體,而且主力的供應商都是美日大廠。然而旺宏當時只是一家甫成立的公司,卻能一舉奪下任天堂的大單,並成為其最主要的ROM記憶體元件供應商。


由於ROM唯讀的特性,再加上易整合的性能,因此十分適合用於遊戲卡匣上。而實體卡匣的銷售又是當時遊戲市場最主要的商業模式,又任天堂是全球最大的一家遊戲公司。因此成為任天堂的供應商,無疑給了旺宏一飛沖天的機會。



圖二 : 旺宏的崛起與任天堂的關係深厚,因此旺宏也在陳列室闢了一大區來展示。(攝影/籃貫銘)
圖二 : 旺宏的崛起與任天堂的關係深厚,因此旺宏也在陳列室闢了一大區來展示。(攝影/籃貫銘)

能有這樣的突破,吳敏求的運營擘劃固然功不可沒,但他把品質與創新的思維深植到記憶體製造裡,更是決定了旺宏能夠走長走遠的最大關鍵。打入任天堂的供應鏈,就是最好的證明。


除了有打入日商的成績單外,旺宏的高品質還可以從其採用PPB(十億分率)的自信看出。旺宏是全球第一家採用PPB為單位的半導體業者,這意味著他們的產品有高於競爭對手一千倍的品質(業界多用百萬分率PPM)。


而怎麼達成這個目標,則是吳敏求很早就觀察到,台灣的製造業若想在品質上領先國際,導入自動化製造是必然的方法。也因此,旺宏很早期就導入智慧製造,甚至可能是台灣最早使用工業4.0概念的半導體業者。他們透過收集生產大數據,並進行智慧分析,藉此優化生產流程,而這套生產系統現在稱為「超新星(Super Nova)」。


「本來是叫Nova,但現在已經是Super Nova了」吳敏求透露。


自主研發又重視創新 是旺宏鮮為人知的硬底子

有超高的生產品質撐腰,其實還不夠,半導體終究是個硬市場,講的是實力,所以技術上的突破和創新,才是維持競爭力的關鍵要素。而這點,旺宏也是完全的掌握。


很多人不知道,旺宏其實非常重視自有技術的研發,在R&D的投資與佈局上不遺餘力,目前取得的專利數量已有7950個,其中最先進的3D NAND快閃記憶體領域,更有超過2400項專利。而這些專利也極具質量,讓他們在多次的專利訴訟中,戰無不勝。



圖三 : 品質與創新可以說是旺宏走過三十年風雨最重要的成功因素。(攝影/籃貫銘)
圖三 : 品質與創新可以說是旺宏走過三十年風雨最重要的成功因素。(攝影/籃貫銘)

以旺宏著名的「BE-SONOS」製程為例,該技術就是旺宏自行研發,它改良了產業通用SONOS(矽-氧-氮-氧-矽)快閃半導體製程的能隙(BandGap)性能。他們透過增加氧化層和氮化層的方式,提高了資料的保留能力與更佳的電子控制能力,而反映到產品上,就是提高了讀寫的耐用度與更低的功耗與雜訊。


因此,儘管在成立之初就取得任天堂ROM記憶體的大單,但旺宏依然繼續推進其在非揮發性記憶體上的技術能力,並布局更先進的產品與應用。例如在1992年推出了世界首款的4MB快閃記憶體,2000年與Infineon合作研發全球首顆單晶片32MB Mask ROM多媒體儲存卡等,顯示了旺宏在記憶體領域追求卓越的決心。


然而因為台灣記憶體產業大環境的艱難,也掩蓋了旺宏在技術研發上的實力,未受到該有的市場關注,因此吳敏求經常感嘆說:「很多人其實不了解旺宏。」


而隨著裝置與應用的更迭,輕薄短小成了設計的主流。因此除了ROM記憶體之外,旺宏也擴大了在快閃記憶體的投資,而且鎖定了NOR快閃記憶體,並專注在序列式(Serial)的快閃記憶體技術。這種記憶體採SPI的介面,需要的引線數比平行式(Parallel)的技術少,因此有體積小的優勢,就很適合用在嵌入式的設計中。


而經過多年的努力,旺宏已在序列式NOR快閃記憶體取得了世界領先的地位。


用品質說服客戶 前進醫療、車用、工業與5G市場

極佳的耐用性與優異的功耗與雜訊能力,則為旺宏開拓了全新的市場機會,走進了過去台灣記憶體業者難以前進的領域,醫療電子就是其中一個。目前旺宏的記憶體方案已陸續獲得醫療電子業者的青睞,運用在AED與無線心律偵測器等。


以旺宏打入的一個心律偵測裝置為例,該產品需要非常精確地偵測心律的波形,故對電子元件的雜訊十分要求,而旺宏的記憶體產品不僅功耗低,而且電子雜訊幾乎是零,因此獲得了業者的採用。


「這家業者測試好了好幾家的產品,但只有旺宏的產品符合他們的標準」吳敏求驕傲的說。同時他也透露,由於醫療領域取得核准所需的時間較長,因此目前的應用的數量仍不太多,但未來可見度將會明顯的提高。


除了進入醫療電子領域之外,旺宏的記憶體方案也陸續進入了工業、通訊與汽車應用的領域。而所憑藉的,同樣都是優異的產品品質,再加上能針對特定應用的生產製造能力。



圖四 : 憑藉著超高的品質技術,旺宏電子已逐漸打入了對品質非常要求的汽車、工業與醫療領域。(攝影/籃貫銘)
圖四 : 憑藉著超高的品質技術,旺宏電子已逐漸打入了對品質非常要求的汽車、工業與醫療領域。(攝影/籃貫銘)

以即將商轉的5G為例,這些5G基地台都會需要使用NOR快閃記憶體,但需要的容量遠高於一般的電子產品,至少需要1~2GB的容量。目前在亞洲只有旺宏有能力供貨,而且產品的品質又能夠滿足基地台這類基礎建設,對穩定度與耐用度的需求。


旺宏展覽室現場就展示了一部華為的基地,該基地台即採用了旺宏1GB的NOR記憶體,而除了華為之外,旺宏也有望打入其他主要的基地台造商。


記憶體中心時代來臨 揮軍NAND市場

吳敏求也表示,過去是處理器為中心的時代,但接下來將是記憶體為中心(Memory-centric)。因為隨著處理器的速度越來越快,記憶體的頻寬就成為運算瓶頸能否突破的關鍵,而旺宏擁有非常深厚的記憶體技術,在專利的質與量上,都屬世界領先地位,因此非常有信心能夠成為未來快閃記憶體市場的領先者。


儘管目前已是NOR記憶體的領先者,但吳敏求仍想持續擴大在記憶體產業的影響力,尤其是在NAND快閃記憶體市場的布局,因此他在旺宏三十周年慶的當天,許下了20年後要成為領先者的心願。


而依據旺宏目前公開的NAND技術進展,預計將會在今年下半年量產48層的3D NAND晶片,2021年會提升至96層,而2022年則進入192層。


吳敏求表示,在NAND Flash市場上,旺宏將要面臨三星、美光、東芝和海力士等國際大廠,將會是非常嚴峻的挑戰。但旺宏將會以自身扎實的研發與製造實力,並善用「借力使力」的方法來因應,逐步邁向目標。


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