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文｜半导体产业纵横
Flash 存储芯片已经成为整个电子半导体产业链非常重要的一环，其中，NAND Flash 的市场容量非常庞大。实际上，Flash 不止有 NAND，NOR Flash 也是一个分支，但其市场容量相对较小。不过，随着近些年各种新兴应用的快速发展，NOR Flash 的市场需求量和重要性日益突出，行业关注度不断提升。
NOR Flash 简介
NOR Flash 具有芯片内执行（XIP）和高可靠性等特点，但寿命相对较短，其在 1~16Mb 的小容量应用方面具有很高的成本效益。
而与 NAND 相比，NOR 的成本较高，容量小，且写入速度慢，虽然 NOR Flash 的擦除和写入速度相对较慢，但其读取速度非常快，这也是它能够在应用中安身立命的核心价值所在。
传统上，NOR Flash 主要用于功能手机、电视、机顶盒、USB Key 等小容量代码存储。在功能手机时代，凭借 NOR+PSRAM 架构称霸一时，其中，NOR Flash 用来存储代码和数据，PSRAM 作为 MCU 和 DSP 执行运算时的数据缓存。
NOR Flash 主要分为串行和并行两种，串行 NOR Flash 的特点是接口简单、轻薄、功耗和系统总体成本更低，虽然读取速度低于并行的，但凭借高性价比，已成为市场和应用的首选。
制程方面，NOR Flash 对先进节点的要求不高，一般采用 55nm 和 65nm，最前沿的制程也就到 45nm 了，再进一步演进很困难。
市场格局
全球 90% 的 NOR Flash 市场被旺宏（Macronix）和华邦电子（Winbond）、Cypress（已经被英飞凌收购）、美光和兆易创新这五大厂商占据。高容量 NOR Flash 市场主要由 Cypress 和美光把持着，这类产品主要针对汽车、工控和航天应用；旺宏和华邦则以生产中等容量的 NOR Flash 为主，兆易创新早期依靠低容量产品切入该市场，正在向高端领域前进。旺宏、华邦和兆易创新这三家更专注于消费类电子产品应用市场。
近些年，在物联网和消费类电子产品需求，特别是各种新兴应用的带动下，NOR Flash 迎来了谷底反转的契机，不仅中高容量价格稳定，低容量 NOR Flash 的价格跌幅也大幅收窄，特别是在 TWS 蓝牙耳机大量出货的带动下，给 NOR Flash 带来了巨大商机。这些给专注于消费类电子应用的厂商带来了更多商机，特别是原本排名较为靠后的兆易创新，2019 年就上升到了行业前三的位置。
来源：CINNO
2021 年，兆易创新进一步巩固了行业地位。
驱动力
由于 NOR Flash 容量小、成本高，一度被大厂边缘化，但随着 5G、AMOLED 和自动驾驶汽车等新兴市场的快速发展，NOR Flash 重新唤起了市场的关注。
TWS 蓝牙耳机
从 2018 年开始，在消费类电子产品市场，TWS 蓝牙耳机开始火爆起来，有统计显示，到 2022 年，全球 TWS 蓝牙耳机市场规模有望超过 2000 亿元。
TWS 蓝牙耳机必须配备 NOR Flash，这是因为其功能较多，为了存储更多固件和代码程序，就需要外扩一颗串行 NOR Flash。
随着 TWS 蓝牙耳机功能的进一步增加，需要更多的存储容量。以安卓手机用 TWS 蓝牙耳机为例，一般采用 8Mb 或 16Mb 的 NOR Flash，随着功能增多，需要用到 32Mb、64Mb，甚至 128Mb 的。
有统计显示，2020 年，新款 AirPods 的 NOR Flash 容量提升至 256Mb，安卓市场在 2019~2021 年平均 NOR Flash 容量分别为 16Mb、32Mb 和 64Mb，而相应的市场规模分别为 675 万、2062 万和 5099 万美元。综合 AirPods 的市场规模，TWS 蓝牙耳机用 NOR Flash 的市场规模在 2021 年突破了 2 亿美元。
AMOLED
由于工艺原因，AMOLED 显示存在亮度均匀性和残像两大难题，需要进行补偿，补偿方法分为内部补偿和外部补偿。内部补偿的效果不好，难以解决残像问题；外部补偿则具有像素结构简单，驱动速度快和补偿范围大的优点，是实际应用中的首选。
外部补偿时，需要外挂一颗 NOR Flash，以避免 AMOLED 面板的蓝色光会随时间消退的问题。在 Full HD 情况下，需要用 8Mb 的 NOR Flash，而 QHD 则需要用到 16Mb 的 NOR Flash。
AMOLED 在智能手机当中的应用越来越普遍，这就带动了中端 NOR Flash 需求的增长，其年复合增长率达到了 24%。
TDDI
TDDI 是触控与显示驱动集成的缩写，它将原本分离的手机触控 IC 和显示 IC 整合成了 SoC。而随着技术的持续优化，TDDI 芯片的成本不断下降。
由于 TDDI 触控功能编码所需容量较大，无法一并整合进 TDDI 芯片，需要外挂一个 4~16Mb 的 NOR Flash 进行存储，并辅助 TDDI 进行参数调整。
5G
5G 也是 NOR Flash 的一大发展动力，目前，5G 基站使用的 NOR Flash，大约是 1~2G 的产品，全球能生产该规格产品的厂商并不多，目前，全球生产 5G 基站的厂商，大约有八成以上向旺宏下订单 NOR Flash。
汽车电子
由于 NOR Flash 可靠性更好，使得中高容量的 NOR Flash 在汽车电子中被广泛应用。从最初的车用广播需要 1Mb 的低端 NOR，发展到中控系统搭载 128Mb~256Mb 的。
据 IHS 统计，2022 年全球汽车电子市场规模达到 1602 亿美元，其中增速最高的是 ADAS，2022 年达到 214.47 亿美元，年复合增长率达到 20.27%。ADAS 系统中的导航、行车记录、影像处理、车道偏移警示等功能，都需要采用 512Mb 或更高容量的 NOR Flash。汽车电子市场的规模及其快速增长态势将带动 NOR Flash 等存储器需求量大幅提升。
市场动向
总体来看，2018 年之前，NOR Flash 市场需求较为疲软，而供货商的产能却在提升，导致 2018 年 NOR Flash 的价格进入下行周期。集邦咨询的数据显示，NOR Flash 价格在 2019 年第三季度开始回升。从旺宏、华邦和兆易创新的营收增速也能看出这一趋势，这三家的营收增速均从 2019 年第二季度开始好转，第三季度的营收增速仍在提升，这表明 NOR Flash 市场进入上行周期。
预计未来中高端 NOR Flash 有望维持高价位，低端 NOR Flash 受 cost-down 系列低价产品上市，以及新产能陆续投产的影响，价格将下滑。
3D 堆叠
近些年，3D 芯片成为了业界应对晶体管密度提升与先进制程微缩高成本之间矛盾的首选方案，无论是芯片制造，还是封装，无论是逻辑芯片，还是存储器，在高端应用领域，都在向 3D 转变。
特别是在存储器方面，3D NAND Flash 已经被广泛采用，各大存储器厂商都在将主要精力和资源投入到这方面的研发和生产。在这样的趋势下，市场容量不如 NAND Flash，但又凭借其独有的特性，在市场上不可或缺的 NOR Flash，也开始向 3D 方向发展，不过与 3D NAND Flash 相比，3D NOR Flash 仍然处于起步阶段，只有行业头部厂商，如旺宏和华邦电子，在大力投入研发，其它厂商多处于观望状态。
旺宏董事长吴敏求表示，NOR Flash 制程发展到 45nm 已经很难再微缩下去，因为成本会大幅提升。但汽车电子和人工智能等新兴应用需求将带动 NOR Flash 市场持续增长，旺宏已投入 3D NOR Flash 研发，以应对制程节点难以进一步微缩的障碍。
据悉，旺宏在 3D NOR Flash 方面的创新包括投入垂直 2T 架构和低功耗制程技术研究，通过 3D 堆叠实现更高的存储密度，采用 micro heater 技术提升产品耐久性。该公司计划两年内推出 3D NOR Flash，预计采用 45nm 制程工艺。
据悉，旺宏在 2Gb 及 4Gb 先进 NOR Flash 技术方面已抢得先机，已经推出相关样品，量产产品也会陆续问世。
工艺方面，旺宏推出了 AND 架构，这是一种早期的闪存电路技术，可提供位级访问，类似技术已经应用于环栅 ( GAA ) 3D NAND 结构的堆叠工艺。
与典型的 3D NAND 闪存一样，这种 3D NOR 堆叠单元是通过在氧化物和氮化物层的多层夹层中打孔，然后填充深孔来形成的。不过，旺宏的实验架构不是由多晶硅构成的均质圆柱体，而是由几个不同的异质结形成的，其中两个是 N+ 掺杂的，用作多个堆叠晶体管的源极和漏极，中间由氮化硅绝缘体柱隔开。
图：3D AND Flash 结构
在 AND 结构中，每个晶体管都具有成对的源极线和正交的漏极连接位线。源是单独解码的，而不是有一个公共源。多晶硅 " 插头 " 连接每个堆栈中晶体管的源极和漏极。
最初，旺宏是在一个 8 层结构上开发的，已经完成了 34 层堆栈的工作，这似乎是可行的。旺宏认为，在 70 层以上时，该公司提出的 3D NOR Flash 将挑战 20nm 半间距的两层交叉点相变存储器。进一步的改进可能来自铁电存储器晶体管，它允许更低的电压操作和更快的写入速度。
华邦电子也在 45nm 制程 NOR Flash 方面投入了巨资，容量大概是 32Mb - 2Gb。
华邦电子认为，对于 NOR Flash 而言，45nm 很可能是最后一个技术节点了，与之相比，SLC NAND Flash 还有制程微缩空间，在 24nm 之后，至少还可以进一步微缩一代制程。
相对于旺宏，华邦电子虽然也在先进 NOR Flash 方面进行投资，但力度似乎不如前者那么大，后者更侧重于采用先进制程的 NAND Flash 的研发。因为自从 2008 年 45nm 制程 NOR Flash 出现后，就再也没有更先进制程的产品出现，其制程进一步微缩的难度很大。
结语
相对于 NAND Flash，" 小而美 " 的 NOR Flash 优势作用越来越凸出，其市场需求量正在随着各种应用的发展而增加。
市场关注度和需求的提升，使得各大 NOR Flash 厂商有了进一步加大研发投入力度的动力和积极性，相关产品和新技术演进更具活力。
市场需求带动 NOR Flash 制程工艺技术继续演进，龙头企业开始探索类似于 NAND Flash 的 3D 堆叠架构技术，这对于市场容量相对较小的 NOR Flash 而言，具有更强的象征意义，随着应用的进一步发展，NOR Flash 的市场规模是否会有较大幅度的提升呢？拭目以待。
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