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文章大纲
声明：参考资料来自国元证券研究所 存储芯片 产业历史沿革：技术发展与商业并购沙盘重演 半导体行业最大分支，坐拥千亿美元市场 半导体行业分为集成电路、光电器件、分立器件、传感器等子行业，集成电路又分为逻辑、模拟和存储等细分行业。在半导体行业中，最重要的方向莫过于存储器。其应用领域广泛，几乎所有常见的电子设备都需要使用存储器。根据WSTS2019年11月估计数据，2019年全球半导体行业的整体规模在4000亿美元以上，存储器的市场规模超过1000亿，是半导体中规模最大的子行业，占比超过1/4。   存储市场的风云变幻 存储行业市场规模稳健增长 存储行业兴起于1960s，是半导体行业重要的分支领域，其市场规模由开始的几十亿美元逐渐增长到现在的近1000亿美元，约占整个半导体行业的25%。DRAM和闪存(Flash Memory)为存储芯片行业中占比最高的两个分支，销售总额占据了整个存储芯片行业90%以上的市场份额。 存储行业的发展历程大致可分为3个阶段。1990年以前，DRAM为存储芯片市场上主要的产品，且伴随少量的EPROM和EEPROM。1990年至2000年，NOR Flash开始逐步占据一定比例的市场份额。2000年以后，NAND Flash开始爆发式增长，其市场规模直逼DRAM,而NOR Flash的市场规模于2006年达到顶峰后开始逐渐下滑，但于近两年又开始有微小上升趋势。   存储行业玩家：美国→日本→韩国 存储行业的主要玩家伴随历史发展发生了显著的变化，霸主地位由一开始的美国企业（1969-1984年）逐步转移到日本（1985-1996年），最后再转移到韩国企业（1996-现在）。 目前存储行业的主要玩家包括韩国的三星、SK海力士；日本的东芝、铠侠、日立、NEC；美国的美光、英特尔、西部数据等。   存储巨头收购获得新技术，迅速完成市场布局 存储行业50大收购案汇总 1996年-2018年（蓝色为规模前十）  闪存发展史：技术升级与容量变大 50年闪存发展史：EPROM → NOR → 2D FLASH → 3D FLASH  闪存容量飞速增长 经过50年的闪存芯片发展，闪存容量增势迅猛。20世纪以前，主流的NOR Flash存储容量普遍在100MB以下；到2004年，闪存存储容量进入GB时代，从2004年的1GB发展到2011年的128GB;2013年3D NAND Flash技术的实践使闪存容量进一步提升，由128GB 发展到现在的1TB。   NAND竞争格局变迁:打破垄断格局 NAND Flash原厂颗粒的竞争格局可以大致分为三个阶段： 1.在2013年Q4以前，三星、铠侠、美光、海力士和英特尔为5家最大NAND Flash原厂厂家，几乎占据了全部NAND Flash颗粒市场。 2.2013年Q4到2017年Q3之间，西部数据作为另一大NAND Flash原厂厂家加入了竞争并占据显著的市场份额，铠侠的市占率由此下降了约10%，三星下降了约5%。 3.2017年Q3以后，包括长江存储在内的其余厂商逐渐占据一定的市场份额，打破几乎被前6家大厂垄断的市场格局。  DRAM竞争格局变迁：从百家齐放到寡头垄断 自美国Advanced Memory推出首款1K DRAM至今已超过50年，累积创造了超过1万亿美元的产值。DRAM市场格局变化风起云涌，从1980年代的百家齐放，到2000年的战国纷争，再到现在的寡头垄断格局，全球DRAM市场的玩家在不断变化。我们将DRAM的发展历史简单整理如下： 目前，DRAM芯片的市场格局是由三星、SK海力士和美光统治，三大巨头市场占有率合计已超过95%，而三星一家公司市占率就已经逼近50%。寡头垄断的格局使得中国企业对DRAM芯片议价能力很低，也使得DRAM芯片成为我国受外部制约最严重的基础产品之一。 存储芯片 存储芯片介绍：各类存储器一眼看尽 存储器类型众多，应用广泛 半导体存储是存储领域的应用领域最广、市场规模最大的存储器件： 1.按照停电后数据是否可继续保存在器件内，半导体存储器可分为掉电易失和掉电非易失器件； 2.易失存储器在过去的几十年里没有特别大的变化，依然是以静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）为主； 3.非易失存储器从早期的不可擦除PROM，到后来的光可擦除EPROM、电可擦除EEPROM，到现在的主流的 Flash，技术在不断的更新、进步。现在RAM领域还出现了铁电存储器（FRAM）、相变存储器（PRAM）、磁存储器（MRAM）和阻变存储器（RRAM）等非易失静态存储器。 众多半导体存储器中，市场规模最大的是DRAM和NAND Flash，市场规模均在数百亿美元，其中DRAM 2018年的市场规模已达到1000亿美元。除此之外，存储芯片市场空间较大的还有NOR Flash，其市场规模曾一度随着功能手机的消亡而逐渐降低，但近年来随着新兴市场的崛起，NOR Flash的市场空间也已逐渐恢复。 本报告讲主要针对以下几种类型存储器进行展开讨论。 不同的存储器在性能、价格、容量等各个方面大有不同，本报告将在后面详细进行介绍与阐述，下表做个简要梳理。 EEPROM：低功耗，高擦写次数存储首选方案 EEPROM的全称是“电可擦除可编程只读存储器”，可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程，一般用在即插即用。在一些所需存储容量不大，并且需要频繁更新的场合，EEPROM相比较于Flash，由于其百万次的擦写次数和更快速的写入，成为更佳选择。 近年来，EEPROM除了越来越多的集成到SOC芯片中，也可搭配AMOLED、指纹、触控、摄像头、蓝牙、无线等芯片形成模组。EEPROM以其通用性，稳定耐用的数据存储，各种小容量规格，能满足摄像头模组、可穿戴设备等对参数存储的要求。 NOR Flash：芯片内可执行，新兴领域应用广泛 NOR Flash应用领域极其广泛，几乎所有需要存储系统运行数据的电子设备都需要使用NOR Flash。 NOR Flash的广泛应用，主要得益于其可芯片内执行（XIP）的特点。如下图所示，Flash均使用浮栅场效应管作为基本单元来存储数据。在控制栅极（Word Line与场效应管连接处）未施加电压时，源极和漏极之间导通则数据为1，中断则为0。 NOR Flash的连接方式为串联，读取数据不需对Word Line进行加压，直接测量对应的Bit Line和 Source Line之间的通断即可获取该存储单元的数据。不仅实现了位读取，还大大提高了数据读取的速度。实现位读取，程序便可在NOR Flash上运行，即所谓的芯片内执行（XIP）。 NAND Flash：大容量存储的最佳选择 NAND Flash的连接方式为串联，若要读取下图黄色Word Line（字线）的数据，需对其他所有Word Line进行增加电压，加压后漏极和源极处于导通状态。因此NAND Flash读取数据的最小单位是页（即Word Line上的所有数据），无法直接运行程序，所有数据必须先读取到RAM上后才可运行。 从应用形态上看，NAND Flash的具体产品包括USB（U盘）、闪存卡、SSD（固态硬盘），以及嵌 入式存储（eMMC、eMCP、UFS）等。USB属于常见的移动存储设备，闪存卡则用于常见电子设备的外设存储，如相机、行车记录仪、玩具等。 DRAM：计算机系统的运行内存 DRAM是动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory）的缩写，主要的作用原理是利用电容内存储电荷的多寡来代表一个二进制比特（bit）是1还是0。DRAM的特征是运算速度快，但掉电后数据会丢失，常应用于系统硬件的运行内存。 DRAM用于计算机、手机的运行数据保存以及与CPU直接通讯。在计算机、服务器的应用领域，DRAM以内存模组的形式出现。内存模组由DRAM内存颗粒（即内存芯片）和内存接口芯片以及配套的印制电路板组成。在手机等移动设备领域，DRAM直接以一颗芯片的形安装在主板上。 DRAM按照产品分类分为DDR/LPDDR/GDDR和传统型（Legacy/SDR）DRAM，相对于DDR的双倍速率（在时钟上升沿和下降沿都可以读取数据），传统的DRAM只在时钟上升沿读取数据，速度相对慢。应用领域相对较窄，是利基型的DRAM。 DDR/LPDDR为DRAM的应用最广的类型，因此DRAM主要应用于计算机、服务器和移动设备上，根据Yole数据统计，两者合计占DRAM应用比例约为90%。 SRAM：微处理器内部高速缓存 SRAM即静态随机存取存储器，SRAM不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据，DRAM每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失。SRAM的读写速度非常快，同时能够保证数据完整性，由于SRAM内部采用的是双稳态电路的形式来存储数据，所以SRAM的电路结构非常复杂。 由于SRAM更快，功耗低，但由于其容量小，成本更加昂贵，所以一般应用于带宽要求高，功耗要求低的场景。目前SRAM基本上只用于CPU内部的一级缓存以及内置的二级缓存，比如作为微控制器的RAM或者cache（32bytes到128kb） 存储芯片 行业竞争格局：海外巨头领先市场，国内企业发展迅速 存储行业产业链概览 EEPROM市场约10亿美金，国产厂商已有一席之地 EEPROM由于其可靠性高，成本低，百万次擦写等优点，2016年以前市场规模一直保持平稳状态。随着智能手机摄像头模组升级和物联网的发展，EEPROM在智能手机摄像头、汽车电子、智能电表、智能家居、可穿戴设备等新兴领域迅速扩张，据赛迪咨询预测，EEPROM的市场规模在2023年将会达到9.05亿美元。 全球市场上的EEPROM供应商主要来自欧洲、美国、日本，主要为意法半导体、微芯科技、安森美等，值得一提的是，聚辰股份作为全球智能手机摄像头EEPROM的龙头，占据了市场约8.17%的份额。 NOR Flash迎来复苏，国产公司进入前三 由于NOR Flash的下游应用广泛，且在各大应用场景内都有较为乐观的前景。我们认为，NOR Flash已经告别过去数十年的市场空间下行历史，在新兴应用的推动下，市场规模将重回增长。根据我们的测算，未来NOR Flash在新兴应用的推动下，每年市场规模将保持10%左右的增速。 在市占方面旺宏、华邦、兆易创新位列前三甲，合计占据了市场约70%的份额，在NOR Flash市场空间逐步开始增大的情况下，美光由于专注大容量NAND Flash和DRAM的生产而不再关注消费领域的NOR Flash产品，Cypress则致力专注于车载领域而并未计划重返消费品市场，国产厂商如兆易创新迎来了市场空间增大和市场份额扩张的双重机遇，未来发展可期。 NAND Flash国外厂商垄断，国内厂商强势崛起 2019年NAND Flash市场规模达到了490亿美元。据IDC预测，2023年将产生105ZB数据，其中12ZB将会被存储下来。中国闪存市场预计2020年NAND Flash市场规模将会出现大幅增长，达570亿美元。 NAND Flash市场份额基本被国外公司所垄断，主要的厂家为三星、铠侠、西数、美光等，国产厂商长江存储处于起步状态，正在市场与技术上奋起直追，目前已经成功研发出128层3D NAND，预计将于今年下半年量产。 DRAM 市场被寡头垄断，本土企业有望破局 DRAM是存储器市场规模最大的芯片，2018年DRAM市场规模已超过1000亿美元，2019年由于价格大幅下降以及服务器、手机等下游均出现同比下滑，市场空间出现下降，根据Trend Force数据统计，2019 年DRAM市场空间约621亿美元。 目前，DRAM芯片的市场格局是由三星、SK海力士和美光统治，三大巨头市场占有率合计已超过95%，而三星一家公司市占率就已经逼近50%。寡头垄断的格局使得中国企业对DRAM芯片议价能力很低，也使得DRAM芯片成为我国受外部制约最严重的基础产品之一。国内DRAM的先进厂商为合肥长鑫，公司存储内存芯片自主制造项目宣布投产，一期设计产能每月12万片晶圆,目前已经实现对外供货。 SRAM 市场规模较小，国产厂商占据一席之地 SRAM的相对其他存储器市场规模较小，2019年为4.2亿美元，由于技术上的限制以及多种新型存储器的面世，规模近些年一直处于萎缩状态。SRAM的市场主要存在于一些要求低功耗、高速等特定下游领域，我们预测市场规模仍将处于缓慢下行阶段。 由于规模较小，SRAM主要参与者为塞普拉斯以及ISSI，ISSI是一家在纳斯达克上市的美国半导体存储器厂商，2015被北京矽成所收购，2019年北京君正全资收购矽成，使之成为百分百控股子公司，国内厂商在SRAM领域通过收购占领了大约2成左右的市场份额。 存储芯片 技术发展趋势：制程不是唯一标准，新技术竞相涌现 NOR Flash:进入40nm制程，SPI接口技术不断优化 NOR Flash制程进展缓慢 1988年，Intel推出第一款NOR Flash商用产品，制程为1.5微米。2005年，Intel推出65nm制程产品，直到2020年，65nm依然是NOR Flash主流制程,而与NOR Flash同源的闪存产品NAND Flash早已进入10nm制程。 市场高端玩家美光与cypress目前均已采用最先进的45nm制程，中低端市场主要产商兆易创新与旺宏于2019年推出55nm制程，华邦预计于2021年量产45nm制程产品。 SPI接口技术优化NOR Flash效率 串行外设接口(SPI)是微控制器和外围IC（如传感器、ADC、DAC、移位寄存器、SRAM等）之间使用最广泛的接口之一。4线SPI器件有四个信号：时钟(SCLK)、片选(CS)、主机输出(MOSI)、从机输出(MISO)。主机送出CLK信号，主机到从机的数据在MOSI线上传输，从机到主机的数据在MISO线上传输。 与另一种同步传输协议I2C（并行存取方式)相比，序列式接口具有较多优势：其外在接脚数目更少，降低了IC组装及封装的成本，占据了更小的印刷电路板面积并简化了绕线的复杂度；由于电路设计原因，SPI传输速率一般在几十Mbps，I2C传输速率一般仅有400Kbps。 SPI接口技术优化NOR Flash效率 使用SPI接口技术的NOR Flash一般被称为Serial NOR Flash或SPI NOR Flash，使用I2C接口技术的 NOR Flash一般被称为Parallel NOR Flash。目前，美光、赛普拉斯、华邦、旺宏等NOR Flash知名 产商均有生产两种形式的NOR Flash，兆易创新则专注于SPI NOR Flash。 当前市场上以SPI为接口的NOR Flash产品数量较多，但根据Knowledge Sourcing Intelligence预测， 并行接口的NOR Flash数量将在未来几年有所增加。 SPI接口技术优化NOR Flash效率 2008年10月，兆易创新推出国内首款串行闪存（SPI NOR Flash）产品，并于12月开始量产。此后，公司SPI NOR Flash 产品不断更新迭代。2019年4月，兆易创新推出八通道XSPI接口技术，大幅增加了闪存数据吞吐量。2020年7月，兆易创新的GD25/55 B/T/X系列1.8V产品（即GD25/55 LB/LT/LX）全面量产，其数据吞吐量分别为90Mbps，200Mbps和400Mbps。 DRAM：进入1z制程，DDR5即将面市 DRAM制程进入1z时代 DRAM的技术发展路径是以微缩制程来提高存储密度。制程工艺进入20nm之后，制造难度大幅提升，内存芯片厂商对工艺的定义从具体的线宽转变为在具体制程范围内提升二或三代技术来提高存储密度。譬如，1X/1Y/1Z是指10nm级别第一代、第二代、第三代技术，未来还有1α/1β/1γ。 目前市场上DRAM的应用较为广泛的制程是2Xnm和1Xnm，三星、美光、海力士等巨头厂商均已开发出1Znm制程的DRAM。国产DRAM厂商合肥长鑫现已量产的DRAM为19nm制程，预计2021年可投产 17nm DRAM，技术与国际先进的厂商还有较大的差距。 DRR系列性能持续优化 DDR是双倍速率同步动态随机存储器，在SDRAM （Synchronous DRAM）的基础上发展而来，与 SDRAM相比，它可以在一个时钟读写两次数据，使 得数据传输速度加倍。主要应用在个人计算机、服务 器上。 自2000年DDR1推出之后，20年内DDR系列已更新 到了第五代，主要发展方向为工作效率提升与工作电 压降低。 DRR5：更高的带宽，更快的速率，更低的功耗 2018年至2020年，海力士、美光、三星先后宣布完成DDR5研发，国内产商方面，澜起科技表示将在2020年内完成DDR5研发。相比于DDR4，DDR5具有更高的带宽，更快的速率，更低的功耗。据固态技术协会（JEDEC)，DDR5突发长度增加到BL16，存储区计数增加至32，为DDR4的两倍；最高速率可达4.8Gbps，是DDR4的150%；输入缓冲和核心逻辑的供电电压降低至1.1V。 根据IDC预测，DDR5的需求将逐步增长，在DRAM市场的占有率将于2021年达到25%，在2022年进一步上升至44%。 NAND Flash：3D垂直堆叠技术为主要发展方向 NAND Flash存储密度不断增加 根据每个存储单元存储的数据数量，NAND Flash可以分为SLC、MLC、TLC、QLC。SLC（SingleLevel Cell）为每个存储单元存储的数据只有1位，即只有0/1两种状态，而MLC（Multi-Level Cell）、 TLC（Triple-Level Cell）、QLC（Quad-Level Cell）每个存储单元能存储的数据分别为2位、3位与4位，可以有4种、8种与16种状态，存储空间迅速增加。 四种类型的NAND Flash性能各有不同。SLC单位容量的成本相对于其他类型NAND Flash成本更高，但其数据保留时间更长、读取速度更快；QLC拥有更大的容量和更低的成本，但由于其可靠性低、寿命短等缺点，仍有待后续发展。目前主流的解决方案为MLC与TLC。 3D NAND成为主流方向 以往的闪存多为平面闪存，也即2D NAND，3D NAND是立体结构的闪存。3D NAND使用多层垂直堆叠技 术，相比较于2D NAND，拥有更大的容量、更低的功耗、更好的耐用性以及更低的成本等优点。具体来说，3D NAND成本大约为2D NAND的3倍，64层3D NAND容量大约为2D NAND的三倍，随着3D NAND层数增加，规模经济优势将逐渐凸显。此外，相关测试显示与2D NAND相比，3D NAND能够节省约50%能耗。 目前2D NAND使用的制程工艺为14/15nm，3D NAND大多为20nm级别。 同DRAM 一样，NAND Flash 同样采取 1X nm/1Y nm/1Z nm进行工艺技术的度量。不同之处在于，由于物理结构上NAND不需要制作电容器，自2015年制程推进遇到障碍时，制程工艺相对简单的3D堆叠技术成为新的发展方向。根据Yole，全球 3D NAND Flash的产量已于2017年4季度超过2D。目前3D技术正在稳步推进中，未来的发展方向就是层数的继续堆叠。 目前，全球能够实现量产3D NAND的公司只有三星、美光、英特尔、海力士、长江存储等10几家厂商。根据TechInsights，截止2019年末，美光、海力士、三星、西部数据等国际大厂均已成功研发100+层的3D NAND。2020年4月，长江存储也宣布成功研发128层3D NAND。 新型存储：打破内外存储边界 新型存储有望突破内存、外存间“存储墙” 当前主流的计算系统都采用冯诺依曼架构，其特点在于程序存储于存储器中，与运算控制单元相分离。为了满足速度和容量的需求，现代计算系统通常采取高速缓存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存储(NAND Flash)的三级存储结构。SRAM响应时间通常在纳秒级，DRAM则一般为100纳秒量级，NAND Flash更是高达100微秒级，当数据在这三级存储间传输时，响应时间的差异形成“存储墙”。 DRAM和NAND Flash受限于本身物理特性，难以突破“存储墙”。新型存储的特殊材料和结构使其同时具备DRAM的读写速率与寿命以及NAND Flash的非易失特性，理论上可以简化存储架构将当前的内存和外存合并为持久内存，从而有望消除或缩小内存与外存间的“存储墙”。 目前较为流行的新型存储有4种：PCM、FRAM、MRAM、ReRAM。 PCM：高密度、低功耗的非易失存储 相变位存储器(PCM: Phase-change memory)，是一种非易失性存储器设备。其材料为硫族化物的玻璃。硫属玻璃经加热可以改变状态，成为晶体或非晶体，这些不同状态具有不同的电阻特性和光学特性，PCM借此存储不同的数值。PCM具有工艺尺寸小、存储密度高、读写速度快、功耗低、可拓展性强等优点。 由于PCM必须逐层构建，且每一层都必须采用关键的光刻和蚀刻步骤，导致成本与层数等比例增加，因此其不具备垂直3D NAND的制造技术所能达到的规模效益。 PCM：高密度、低功耗的非易失存储 2015年，Intel与Micron推出3D Xpoint存储器，旨在作为计算系统中DRAM与NAND闪存SSD之间的新增存储器层。3D Xpoint存储器使用相变材料，其存储量接近NAND，速度与DRAM相近，成本介于NAND和DRAM之间。 在3D Xpoint基础上，Intel与美光分别推出自己的产品。Intel傲腾系列产品都是基于3D Xpoint，包括傲腾固态盘系列与傲腾内存系列，其中，傲腾固态盘用于标准NAND 封装模型中的快速存储，内存产品则在DRAM总线上运行；美光在2019年推出X100 SSD，其每秒读写次数最高为250万，连续传输的性能约为10GB/s，两项性能均创造了单块SSD的新记录。 FRAM:读写耐久的随机存储 铁电存储器（FERAM），是一种随机存取存储器,与DRAM类似，但其使用铁电层而非介电层来实现它的非易失性。FRAM的电压、电流关系具有可用于存储位的特征滞后回路。正电流使位单元处于具有正偏置的状态，而负电流将该位单元的状态改变为负偏置。 电铁存取器的缺点是，它的读取是破坏性的，每次读取后必须通过后续写入来抵消，以将该位的内容恢复到其原始状态。它的优点是具有独特的低写入耗电性能以及写入耐久性，FeRAM在+85°C下的数据保留时间超过10年（在较低温度下长达数十年）。富士通正在开发FRAM并竭力推广商业化进程。 MRAM：高速长寿的非易失存储 磁性存储器(MRAM）是一种非易失性存储。共有三层，上下两层是磁性隧道结，中间为晶体管。当最上层磁性方向与最下层方向一致时，MTJ具有低电阻；当最上层磁性方向与最下层方向相反时，MTJ具有高电阻。写入数据时，通过严格控制电流，改变最上面一层磁场方向进而改变晶体管电阻值。 所有新型存储介质中，MRAM是唯一一个速度可与DRAM媲美的存储器。此外，MRAM具有较长的寿命，其组成的固件就无需像基于闪存的SSD固件做磨损均衡。 目前Everspin已经有产品应用于航空航天等特定领域，并于2019年开始与格芯合作，试生产28nm制程的1Gb STT-MRAM产品。 ReRAM：高速非易失存储 阻变存储器(ReRAM)是一种非易失性存储器。采用两端加了电压，电阻会发生变化的材料，目前主要是过渡金属氧化物。过渡金属氧化物的薄膜是绝缘体，其电阻值在电场作用下会发生可逆变化。即，当电场超过临界值时介电层会发生崩溃现象，使介电层从高阻值转为低阻值阻变存储器。依据电阻器处于高电阻或低电阻状态以表示“1”或“0”。 与PCM相比，ReRAM的运行时间更快，与MRAM相比，ReRAM具有更简单，更小的单元结构。 Crossbar正致力于其产业化进程，富士通和松下正在联合加大投入开发第二代ReRAM器件。 存储芯片 市场供需分析：利基存储受需求影响，大宗存储周期明显 NOR Flash：市场规模触底回升 NOR Flash经历十年低迷，在新的下游刺激下触底回升 NOR Flash凭借其特定的优势在功能手机时代红极一时。相对于NAND Flash，NOR Flash写入和擦除速度较慢，但读取速度要快很多。功能手机功能简单，存储芯片只需要存储少量用户信息及系统代码，写入和擦除的需求较少，主要需求在于内存数据的读取。此外，由于功能手机对存储空间要求不高，NAND Flash的高密度存储优势难以显现。 在智能手机时代，NAND Flash凭借其高密度存储的优势成为手机存储新的宠儿。智能手机的各类软件的应用增大了对存储空间的要求，手机的存储空间迅速的增加，智能手机使用的eMMC/eMCP等均为封装NAND Flash和控制芯片的存储方案。 2006年之后的10年间，NOR Flash的市场空间随着功能手机数量的减少而逐年降低。虽应用领域广泛，但除功能手机外类似于电脑BIOS的应用领域使用的存储空间较小，一般在1MB–32MB左右，单芯片价值较低，2015年之前的电子产品数量又不足以弥补其ASP低的缺点，所以其市场空间一路走低。根据CINNO Research，2018年的NOR Flash的总销售额为25.96亿美元，而这一规模在2006年已超过70亿美元。经过十余年的发展，在通货膨胀的背景下，NOR Flash的市场空间未增反降。 现NOR Flash的市场空间下行已成为历史，新兴领域的发展正为NOR Flash带来新的机遇。在物联网、可穿戴设备、屏幕以及车载电子等下游领域的推动下，NOR Flash将重拾增势，进入新的增长期。 物联网是NOR Flash发展的核心推动力 物联网设备的特点是具备简单的网络连接功能与计算能力，若采用传统的处理器芯片+DRAM+NAND Flash的方案，不仅增加一颗芯片，而且价格昂贵的DRAM也不能满足低成本的要求。 与手机、计算机等设备相比，一般的物联网模块的系统更简单，处理数据更少，对存储空间要求较少，一般在几兆至几百兆之间。此时，采用NOR Flash替代DRAM与NAND Flash是最优的选择，得益于芯片内执行的特点，处理器可直接从NOR Flash里调用系统代码并运行，同时满足存储与运行内存的要求。目前主流的物联网模块一般包括处理器（通常为MCU或SoC形式的AP芯片）、NOR Flash以及传感器和通信器件。 物联网是NOR Flash发展的核心推动力 传统家电，新兴的设备还有户外常见的智能设备都将成为NOR Flash下游应用场景。任何一个以上所述领域单独的市场空间都不大，但将各种细分品类相加后就会有一个非常可观的数量。兆易创新2018 年NOR Flash出货量为20亿颗，按公司当年10%市占率粗略计算，2018年全球出货量接近有200亿颗。远高于手机出货量，正说明使用NOR Flash的设备数量极其之庞大。 设备的功能也越来越强大，NOR Flash的存储空间的需求正在日益增长。功能的增加对存储空间的要 求也逐步提升。将来伴随着IoT模块功能的增加，系统所使用的数据量会随之增加，所以使用的NOR Flash的存储空间也会逐步变大。存储空间的增加会导致单颗芯片售价增加，从而带动市场空间的提升。 TWS耳机带来3亿美元新增市场 TWS是True Wireless Stereo的缩写，即真正的无线立体声。2016年苹果公司推出的AirPods为第一款TWS耳机，随后TWS耳机逐渐开始风靡。根据前瞻产业研究院数据，2016-2018年TWS耳机出货量分别为918万/2000万/4600万副，每年销量都几乎呈现翻番的趋势。 在突破了苹果的相关专利之后，其他厂商逐渐开始跟进，并于2019年开始爆发。同时，苹果公司于2019年先后推出AirPods 2与AirPods Pro，TWS耳机市场被彻底引爆。2019年全年TWS耳机销售量突破1亿副，相对于2018年依然呈现翻番趋势。 TWS耳机销量翻番的趋势将于2020年继续延续。参考苹果手机推出后带动智能机的发展，以及最终苹果手机在市场上的占有率，非苹果品牌TWS耳机最终市占率将至少超过一半，其销量远远未达到天花板。近年来AirPods销量持续增加，虽2020年销量继续翻倍困难，但销量继续增加仍是当前的趋势。 TWS耳机市场的火爆也给NOR Flash市场带来可观的增量空间。由于采用双耳无线蓝牙连接，多数耳机还兼顾入耳监测、语音助手等功能，已不是仅仅具备处理音频的简单系统，因此系统对存储芯片的要求便逐渐增加。我们测算到2021年，NOR Flash在TWS耳机领域的市场空间将达到20亿人民币。 大规模OLED应用助力NOR Flash市场 AMOLED由于其更薄、驱动电压低、像素独立驱动发光等优点而被广泛应用。AMOLED显示器的电流和亮度的差异如下左图所示，称为Mura现象。为使显示效果稳定，需要获取画面显示效果后，根据Mura数据计算出De-Mura补偿数据，并将De-Mura数据存储到Flash中，在画面显示的时候读取DeMura数据并进行补偿。如下右图所示，显示效果已得到大大的改善。 每个AMOLED屏幕都要搭载一颗NOR Flash。未来AMOLED屏幕将进一步向低价格手机渗透。随着屏幕分辨率的提高，De-Mura补偿的数据也会随之增加，因此单块AMOLED屏幕所搭载的NOR Flash 的价值量也会增加。我们预测，未来每年AMOLED屏幕搭载的NOR Flash的市场空间在1亿美元左右。 TDDI 成为NOR Flash的回归的又一驱动力 TDDI为触控与显示驱动器集成，主要是为了减小原显示与触控芯片分立的系统架构中噪声较大的问题。TDDI的设计有以下优势：更好的触控性；降低耗电量、延长电池使用寿命；使得显示屏的边框更窄；减少供应链的复杂程度。受益于以上优势，TDDI技术自2015年被提出之后，出货量迅速增加，2018年出货量超过4亿件，预计到2022年将达到8.35亿，4年复合增长率接近20%。 TDDI将触控功能整合进入驱动IC，但由于触控功能分位编码所需容量较大，无法将其整合进入TDDI芯片内，需要外挂一颗NOR Flash。经测算,TDDI的增长将为NOR Flash带来约5亿人民币的市场增量。 车载系统领域，NOR Flash具备优势 随着汽车功能的日渐增多，车内电子系统的设计越来越复杂，开始支持GUI(图形用户界面)、语音识别、高级数据处理等功能。ADAS（高级辅助驾驶系统）、仪表盘系统、HVAC(暖风、通风和空调系统)、信息娱乐系统等系统都将产生大量数据存储需求，且与NAND Flash相比，NOR Flash具备许多优势，因此车载电子将成为其重要的新兴增长点。 根据测算，汽车电子的NOR Flash未来市场空间将超过百亿人民币，是NOR Flash市场的重要组成部分。目前Cypress是汽车市场的领导者，2019年市占率为65%，但兆易创新已成功迈入汽车市场，已依据AEC-Q100标准认证了GD25全系列产品，是目前唯一的全国产化车规闪存产品，有望在此快速发展的市场分到一席之位。 ADAS系统主要涉及自动操作或调整、增强汽车系统以实现更安全、舒适的驾驶体验。通常情况下，车辆为保证数据的完整性，需要慎重考虑车辆事故突然掉电的情况下数据不丢失的问题，因此NOR Flash便成为不可或缺的存储芯片。下图所示为ADAS子系统结构，三颗芯片分别搭载一颗NOR Flash。 汽车仪表盘、信息娱乐系统的高清显示屏需要搭载一颗大容量的NOR Flash芯片。随着车载电子系统的功能越来越强大，最新的仪表盘系统还包括将驾驶信息投射在汽车挡风玻璃上的平视显示器。这些显示系统一项重要的指标是启动速度，即时启动最佳解决方案就是采用NOR Flash。除启动代码、系统数据外，Flash内部还存储着图像数据，系统启动后可迅速将数据显示在屏幕上，减少系统反应时间。我们预测，NOR Flash在车载领域的市场空间将达8到12亿美元。 5G基建拉动大容量NOR Flash需求 NOR Flash提供5G基站中FPGA/SoC启动配置支撑。具有可编程特点的FPGA和互补式片上系统（SoC）在5G基础设施上得到广泛的应用。NOR Flash在初始响应和启动FPGA与SoC时能够提供高可靠性，且读取数据速度快，数据保存时间长，因此主要用于FPGA、SoC的固件镜像存储。 NOR Flash工作温度范围广，其低功耗特性利于无线基础设施户外高温环境散热；有些NOR Flash还添加安全功能，确保特有IP安全性，保证网络持续安全可用。每座5G基站中需大约4-6颗左右的512Mbit/1Gb的NOR Flash。据预测，2022年NOR Flash在5G基站领域的市场空间将达3亿人民币。 智能电表拉动NOR Flash需求增长 智能电表进入更换周期，招标量持续三年增长。我国首批安装的智能电表已进入更换周期，自2017年起连续三年快速增长。2019年国网和南网招标量总和突破了7000万只，投资额接近180亿元，预计2020年将会保持增长。 智能电表新标准带动NOR Flash需求提升。新标准对有功功率和无功功率的读取时间间隔进行了调整，并使数据量存储期限延长至一年。这大大提升存储芯片的容量需求，新标准将分为两个独立模块，各自配置MCU和存储IC，因此电表的存储IC会切换为两颗128M及以上容量的NOR Flash。据预测，NOR Flash在智能电表领域的市场空间将达到1.5亿美元。 NOR Flash市场曾一度萎靡，未来将有快速发展的机会 经过以上讨论我们认为，NOR Flash已经告别过去数十年的市场空间下行历史，在新兴应用的推动下，市场规模将重回增长。根据Knowledge Sourcing Intelligence Analysis的数据，未来NOR Flash在新兴应用的推动下，2025年市场规模将突破40亿美元。 DRAM市场周期变化，目前处于上升周期 像所有存储器一样，DRAM价格变化呈现周期趋势。如下所示，DRAM价格在2013年初到2016年中经历了一波价格下跌之后开始一波上扬，在2017年底到达高点，然后又连续跌了2年，到2019年底触底。回顾上一波价格的上涨与下跌，其行情的变化主要来自于供需失配： 2017年，供给端，DRAM厂家同年将部分产能转移至3D NAND，并无扩产计划；需求端，2017年无论是手机还是服务器销量均跨上历史高点，下游需求旺盛。供需失配的结果就是DRAM颗粒缺货严重，全年价格一直处于上升趋势。 从2018年开始，需求端手机销量开始下滑，服务器销量增速也开始下降，供给端则由于三大厂商开始逐步扩产而增加供给。在新一轮的供需失配情况下，高昂的价格更加抑制了下游的需求，因此价格便一路下滑。 DRAM下游应用以服务器、移动电子产品为主 根据Yole统计及预测，目前DRAM市场上以DDR4与LPDDR产品为主，市占率之和约为90%。DDR5在未来将逐渐替代DDR4。利基型DRAM市场规模将进一步缩小，GDDR的市场规模则会有些许增加。DDR系列产品主要应用于个人计算机与服务器，LPDDR则应用于移动端电子产品。GDDR负责图像处理领域，在手机与计算机上均有应用。 根据Gartner统计及预测，DRAM下游需求市场格局较为稳定，移动端电子产品为首，服务器次之，两者之和约为65%，个人电脑约为20%，且近年一直呈现缓慢下降趋势。 DRAM需求持续增长 2020年由于疫情影响，企业缩减开支、个人推迟消费可能导致计算机、电子消费市场短期低迷，但长期来看，疫情解锁了企业远程办公、学校在线教育等需求，将拉动云服务需求增长，推动云数据中心超级计算机需求提升；5G建设将带动基站服务器与5G移动手机需求量增加；云端游戏不断推陈出新，对终端画面处理能力要求也有所提升。因此，我们认为，DRAM的需求量将持续增长。 服务器2020年将重拾增势 长期看，在未来增量需求及替代需求驱动下，服务器出货量仍将长期保持增长态势。 增量需求：5G时代云计算将加速普及，边缘计算、物联网等新增应用将会带来巨量的数据流量，井喷的数据流量需要更强算力的服务器支持，运营商、云服务厂商将进入大量建设数据中心的阶段，服务器需求将持续增长； 替代需求：由于产品老化、性能升级等原因，服务器更换周期一般为3-5年，2017、2018年采购的大量服务器将于未来几年进行更换，带动服务器需求。 经过多年的高速增长后，受云服务商采购下滑、宏观经济不确定性等因素影响，服务器出货量在2018年3季度创出新高后持续下滑。但多项数据表明，2020年服务器市场有望恢复增长态势。 Intel的数据中心（DCG）部门主要面对服务器市场。作为服务器的重要上游材料，其产品销售数据反应下游服务器制造商未来的出货量情况。DCG业务营收同比增速自2018年3季度开始下滑，自2019年3季度恢复正增长，2020年1季度营收继续上升，同比增速达到42%，预示着服务器市场亦将迎来新增长。 其他服务器上游，如控制芯片厂商信骅、硬盘厂商西部数据等公司公开数据也已表明未来服务器出货量将要回暖。 云服务的数据中心是服务器的重要应用领域，且服务器占据了数据中心资本开支的绝大部分，提供云服务的厂商的资本开支数据（CAPEX）可反应服务器市场的发展情况。 美国前四大互联网服务供应商：亚马逊、微软、谷歌、脸书的2020年第一季度资本性支出较去年同期增长40%，说明其对于服务器购买量在本年度大幅增长。 手机出货量有望回升，运行内存变大亦成趋势 根据counterpoint数据，手机出货量在2017年创出新高后缓慢下降；多数手机的使用周期都为2-3年，2017年手机出货量最高，理论上2020年将迎来手机销售量回升，由于疫情原因，换新机的时间可能有所推迟，但更换新机的需求量依然存在，预计疫情结束后将迎来“新旧换机潮”。 与4G通信技术相比，5G通信技术用户体验速度可达到1Gbps，是4G的100倍。据中国通信院，2019年5G手机市场渗透率约为1%，2025年5G用户将达到8.16亿户，移动用户渗透率将达到48%左右，4G到5G的“升G换机潮”即将来临。同时，5G手机对运行内存存储容量要求也有所增加。 2020年第一季度、第二季度全球手机出货量同比下降17%与25%，尽管如此，Canalys数据显示，随着中国经济市场率先复苏，中国智能手机市场成交量在第二季度有所回升。可以想见，随着疫情结束，全球手机市场成交量、出货量均将迎来反弹。 苹果是2020年第二季度全球唯一出货量逆势增长的头部手机厂商，据Canalys统计，苹果2020年第二季度全球出货4510万台iPhone，同比增长25%。据摩根预测，苹果手机对DRAM需求约为DRAM移动手机需求的13%，总需求的5%。 单部手机的内存变大已成趋势： 手机运行大小和运行速度没有直接的关系，但内存越大同时运行的程序更多、可运行更大的程序，当正运行程序的数据量接近运行内存大小时，内存大小将直接影响手机的运行速度。目前，手机软件的大小正伴随着功能的增加而逐渐变大，手机运行内存逐渐增大也已成为趋势。 苹果和安卓系统运行机制不一样，其运行内存的大小也不存在可比性。但我们可以在下图中不同时间推出的手机内存大小对比看出，手机内存越来越大已经成为趋势。 GDDR需求增长 5G云端处理技术使大量计算在云端进行，大幅降低了对硬件设备的配置门槛，玩家数量将呈现爆发式增长。据中国通信院，2018年中国游戏用户数量为6.26亿，创造了248亿美元的收入。预计未来五年复合年增长率保持7.3%，2023年收入将达到352亿美元。对应用场景复杂、游戏元素多元、多人和沉浸式游戏体验的大制作云游戏，画面质感对玩家体验至关重要，预期个人电脑与移动终端对GDDR需求将会增长。 索尼与微软近年推出PS5 pro、PS6与Xbox X系列新型游戏机，预计2020年下半年游戏机产量将达到1350万台，2021年达到2250万台，主要对16GB GDDR6产生大量需求。 未来供给小幅增加 据中国闪存市场报道，2020年，SK海力士可能会对无锡C2F工厂进行设备投资，增设DRAM产线，主要用于生产10nm级DRAM技术，月产能约3万片；三星再次启动新一轮扩产计划，向投资平泽1号、2号工厂投资7.3兆韩元，初期月投产规模分别约2万片和3万片DRAM。国内产商合肥长鑫预计在2020年内，将产能由2019年末2万片/月提升至12万片/月。 供需同步增长，价格企稳 综合上述分析，当前，服务器需求显著提高，手机需求暂时被抑制但在有望逐步重回历史高点，供给端各大厂商均有扩产计划，预计2020年末同比供给增长6%左右。综合需求与供给，预计下半年DRAM价格会有小幅上涨，并于Q4或年末趋稳。 NAND：受供需影响，价格呈周期性波动 NAND Flash是市场规模仅次于DRAM的存储芯片，2019年市场规模为460亿美元。作为周期性行业，其市场跟随半导体行业周期性波动，前前后后经历了数轮周期。2013年前后，由于智能手机的兴起，NAND需求量大幅上升，价格迎来一轮上升。2016-2017年的周期主要是由于在2D NAND-3D NAND转化过程中，产能不足以及良率提升所带来的供给短缺。2019年年底至2020年一季度，由于疫情影响，远程办公和在线教育的需求增加，导致价格出现了小幅上涨。 需求变动:智能手机市场有望年内复苏 作为NAND Flash的一大应用领域，2020年初受疫情影响，全球智能手机出货量显著下滑。随着国内疫情雾霾散去，国内疫情基本得到控制，国外方面，诸多国家也已经逐步开展复产复工，我们预计手机出货量仍然会保持增长态势。并且随着智能手机性能的逐步升级，5G手机渗透率的逐步提升，单部手机的存储容量也在不断提升，我们预计智能手机端NAND Flash需求将会进一步扩大。 需求变动：数据中心带动需求不断增长 上半年，PC和数据中心需求强劲，进入下半场，我们认为，得益于云专业服务市场规模的不断扩大，数据中心投资的增长，服务器出货量的不断上扬，企业级SSD的需求仍将保持上行态势。据Cisco的预测，2020年超大型数据中心的数量将达到485个。据IDC预测，全球数据圈（以数据圈代表每年被创建、采集或是复制的数据集合）将从2018年的32ZB增长至2025年的175ZB，增幅将超过5倍。 供给端：各大厂商纷纷扩产 2019年由于存储器处于价格低位，存储器厂商资本支出大幅下降，据估计，2019年存储器资本支出下降了22%，2020年受疫情影响，这个数字会有所缓和，SEMI预计，2020年预计晶圆厂设备领域需求将增长5%，2021这个数字会进一步扩大至13%，瑞穗银行预测，2021年预计资本支出的增长率将反弹至33%，达470亿美元。尤其3D NAND成为主流，3D NAND产线上的投资成为重点方向。 供给端：主要厂商产能情况 供给端：库存压力正在缓解 在一季度各厂商NAND营收增长的同时，库存的压力也逐渐显现，相比较于2019年的水平，目前各厂商的库存略高于正常水平，而且各厂商也在努力调整中，TREND FORCE预计，三季度供过于求的比例大约为2.7%，我们预计年内能够实现供需基本均衡。长期来看，我们认为在原厂的积极调整下以及下游需求恢复的情况下，原厂库存有望得到缓解。 NAND价格长期仍然承压 NAND存储器价格主要受供需决定，下游需求端我们认为，SSD与手机、平板对NAND的需求仍将保持高速增长，在国内经济逐渐恢复的情况下，5G手机、服务器市场仍将保持强劲需求，虽然原厂库存压力仍然存在，我们预计短期内NAND价格会出现小幅反弹，年内价格有希望缓慢上涨，长期来看，由于供给端的产能逐步扩大，以及96层NAND良率的不断提升，未来可能会出现供大于求的情况，价格在长期也将面临下降的压力。 loading... 驭势资本是一家以研究驱动的硬科技精品投资银行，深耕集成电路、5G、物联网、数据智能和汽车科技领域，为顶尖的科技创业者提供专业资本服务。核心团队在硬科技领域拥有丰富的投融资经验，先后投资及服务的项目包括微众银行、翱捷科技、宏晶科技、晟矽微电子、地大信息、赛微电子、曼荼罗、美林数据、事成股份…… 首席接客官：老马 手机 : 17092199993 |
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