政府力推的存儲晶片是什麼格局?DRAM、NAND FLASH、NOR都是啥?

2021-02-24 半導體行業聯盟

       

 

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存儲與數據相伴而生,哪裡有數據,哪裡就會需要存儲晶片。而且隨著大數據、物聯網等新興產業的發展,存儲產業與信息安全等息息相關。全球存儲晶片總產值約800億美元,其中DRAM市場457億美元,NAND FLASH市場產值306億美元,NOR FLASH市場產值33億美元,存儲晶片市場空間巨大。

存儲關乎安全,基於自主可控的需求才是政策強推的根本原因。近年來,信息存儲安全事件頻發,信息存儲安全一旦受到威脅,將危害到黨政軍、石油、化工、核能、金融等所有行業的發展,是國家安全整體戰略的重要環節。而目前我國儲晶片空白,幾乎100%依賴進口,信息安全形勢嚴峻。因此,我國必須強力推動存儲晶片國產化的發展。

存儲晶片具有技術差距大、行業集中度高、周期性強、資金投入大四大特性,國產化任務艱巨,國內單一企業力量難以攻克,國家意志正強力推進存儲晶片國產化。目前,紫光600億元投入存儲晶片工廠,未來將投資300億美元主攻存儲器晶片製造;武漢新芯240億美元打造存儲器基地;福建晉華集成電路與聯電合作開發32納米製程的利基型DRAM,投資370億元發展存儲晶片;合肥投資460億元建設DRAM工廠。我們看到,在國家意志下,國內多方力量已經著手推進存儲晶片國產化。我們也建議中國政府從技術合作、人才支持、系統整合、產業鏈配套等多角度全方位持續地加大對存儲晶片的支持力度。

NAND FLASH前景廣闊,3D NAND FLASH有望實現中國彎道超車。SSD替代HHD是長久趨勢,可引爆NAND FLASH市場需求。目前,NAND FLASH正從2D到3D全面轉型,而從2D走到3D,需要新的技術領域加入,給中國廠商留下了突破的時間與空間。中國廠商若能整合跨領域人才和技術,3D NAND FLASH將成為中國存儲晶片彎道超車切入點。

DRAM市場需求穩中有升,中國廠商參與有望打破格局。移動端和企業端應用進一步提升DRAM需求量,DRAM市場整體需求呈現穩中有升的態勢。目前,DRAM市場以Samsung、SK Hynix、Micron為主,未來幾年中國廠商持續推進DRAM項目有望打破市場格局。

投資建議:存儲晶片作為半導體的基礎晶片,戰略意義重大,看好中國著力發展存儲產業,有望創建新陣營。相關標的:1)存儲晶片產業領導者:紫光國芯。2)封裝配套企業:深科技、華天科技、長電科技、通富微電。3)材料與設備企業:七星電子、上海新陽。此外,我們關注兆易創新(IPO獲通過)。

其中,我們首推深科技,深科技旗下的沛頓科技已給金士頓和美光配套存儲封測多年,技術國際一流,深度受益存儲晶片國產化。

首推深科技中國廠商做存儲晶片,暫時沒有核心技術,製造端不用說了,需於國外合作,封測端國內已有企業最有可能深度參與。深科技下的沛頓科技長期配套金士頓和美光的封測,技術世界一流,且久經時間驗證,在國家大力投資存儲晶片,封測端將首選沛頓科技作為供應商。國內目前已規劃的存儲晶片工廠對封測費用需求超百億元,而沛頓科技2015年收入4.5億元元(淨利潤1.37億元,是賺錢的生意),潛力巨大。深科技的傳統代工業務逐步切入華為、VIVO等大客戶,業績增長穩定,有支撐。深科技率先在開發成都啟動員工持股制度,長城開發(即深科技)持股70%,成員公司管理層及員工持股30%。深科技作為CEC集團下的上市平臺,積極探索國企改革。

一、哪裡有數據,哪裡就需要存儲!


(一)DRAM、NAND FLASH、NOR FLASH是三大主流存儲器

存儲器(Memory)與中央處理器(CPU)、數位訊號處理器(DSP)和可編程邏輯陣列器件(FPGA)並稱四大高端通用晶片,是計算機系統的兩大核心部件之一,是電子信息領域的重大戰略性支柱產品。存儲器作為四大通用晶片之一,發展存儲晶片產業的意義不言而喻。對電子產品來說,它就像糧食一樣不可或缺。


它與數據相伴而生,哪裡有數據,哪裡就會需要存儲晶片。而且隨著大數據、物聯網等新興產業的發展,存儲產業與信息安全等息息相關。


按照存儲介質的不同,存儲晶片可以分為三大類:RAM(random access memory,隨機存儲器)、ROM(read only memory,只讀存儲器)、固態硬碟等;採用磁能存儲的軟盤、硬碟、磁帶等;以及採用光學存儲的CD、DVD等。按存儲器在計算機系統中所起的作用,可分為主存儲器、輔助存儲器、高速緩衝存儲器、控制存儲器等。

2014年,存儲晶片總產值約800億美元,其中DRAM市場457億美元,NAND FLASH市場產值306億美元,NOR FLASH市場產值33億美元。

(二)存儲產業鏈:IDM模式佔據主導,生產製造能力很重要

存儲晶片的產業鏈與普通半導體產業鏈相同,分為上遊晶片設計、中遊晶片製造、下遊的晶片封測,再到終端產品的晶片應用。與眾多半導體產品的Fabless+Foundry+OSAT的垂直分工模式不同,存儲晶片更多採用IDM模式,採用IDM模式的產值佔比存儲晶片總產值90%以上。在國際存儲器市場中,從三星、美光、東芝和海力士等產業巨頭由「剩者」變「勝者」、臺灣存儲器業者從「產業」變「慘業」的經驗教訓來看,存儲器通常是IDM模式,或者是製造和設計緊密合作的模擬IDM等產業模式,純粹的存儲代工或者游離的存儲設計都難以成為最後的勝者。

IDM模式主導著存儲晶片產業,究其原因,存儲晶片技術標準化程度高,各家廠商生產的產品容量、封裝形式都遵循標準的接口,性能也無太大差別,在同質化競爭情況下,存儲廠商通過提升製造工藝,提供製造產能,利用規模優勢降低成本,從而贏得市場,因此生產製造是存儲廠商的核心能力。隨著存儲晶片生產製造工藝的複雜度不斷提升,其製造工廠的投資額度也將大幅提升,對存儲廠商的資金實力、管理能力要求更加苛刻,而Fabless+Foundry+OSAT的垂直分工模式可以降低存儲廠商的投資風險,這種垂直分工模式的比重有望提高。目前,一些存儲廠商與封裝廠商成立合資公司,或者通過戰略合作形成類似IDM模式來發展存儲晶片,實際就像垂直分工模式邁進了一步。


二、基於自主可控的需求才是政策強推的根本原因


(一)存儲關乎安全,自主可控勢在必行

1、存儲是信息安全的根基,自主可控方能保障安全

社會信息化程度越高,產生的信息數據越多,信息安全的問題就越突出。多年以來,信息安全行業主要的著眼點在信息傳輸保護和攻擊防禦方面,產生了防火牆、VPN、IPS、UTM等眾多網絡安全設備,但忽視了信息安全的重要領域——信息存儲安全。信息存儲安全在信息儲存的過程和信息生命周期內,保障信息的真實性、機密性、完整性、可用性、可靠性、不可抵賴性等特性,是信息安全的主要基礎之一。相比信息傳輸安全,信息存儲安全一旦受到威脅,會導致當前和過往的信息均被洩漏,造成的危害更大,關係到黨政軍、石油、化工、核能、金融、交通、製造、物流、電商、水利等所有行業的發展,是我國國家安全整體戰略的重要環節。僅在2015年第一季度,就發生了多起信息存儲安全事件,形勢嚴峻。

表1:僅2015年第一季度發生多起信息存儲安全事件

序號

信息安全重大事件

1

美國政府可能獲取了約20億部手機的SIM卡密碼。

2

蘋果手機和雲存儲的「後門」,威脅了我國上億手機用戶安全。

3

黑客組織Equation Group,通過硬碟固件後門,竊取硬碟數據,涉及三星、西數、希捷、邁拓、東芝、日立等多家硬碟公司產品,我國是世界第三大硬碟進口國,影響面巨大。

4

某電商用戶數據洩漏導致用戶被騙,對我國電子商務行業

信譽造成重創

要解決我國信息存儲安全問題,必須實現存儲設備的自主可控。所有存儲設備都可以簡化為兩個部分:存儲控制晶片和存儲介質。存儲介質是最基礎的環節,它是信息的載體,其重要性不言而喻。存儲控制晶片控制信息的存入和讀出,是信息存儲安全的「咽喉」。保證存儲控制晶片的安全性,就給整個存儲設備裝上了「防盜門」。目前所發現的存儲安全事件,絕大部分都和存儲控制晶片的後門相關,存儲控制晶片做到自主可控,是信息存儲安全產品的關鍵技術。

2、存儲晶片依賴於進口,國產替代需求空間大

我國筆記本、智慧型手機出貨量均居全球首位,華為、聯想等廠商崛起,以及阿里巴巴、騰訊、百度網際網路廠商帶動數據中心爆發,國產廠商對存儲需求量巨大。2015年大陸DRAM採購規模估計為120億美元、NAND Flash採購規模為66.7億美元,各佔全球DRAM和NAND供貨量的21.6%和29.1%。這些存儲晶片國內仍舊空白,幾乎100%依賴進口。存儲晶片作為國家存儲信息安全關鍵抓手之一,一旦國產廠商能夠生產製造性能優越的存儲晶片,政府將引導眾多廠商將會紛紛採購國產存儲存儲晶片,其國產替代空間巨大。

(二)存儲晶片四大特性導致國產化任務艱巨,國內單一企業力量難以攻克

1、技術差距大

存儲晶片的製造工藝非常複雜,其中3D NAND快閃記憶體的製造更為困難。目前,全球各家存儲廠商對3D NAND的製造工藝都十分保密。一般來講,3D NAND產品都是採用一體成形製造法,在第一層NAND薄膜生長後,使用光罩及刻蝕,隨後連續成長8層薄膜及刻蝕之後,最後便只需一道光罩,總計需要27張光罩,該方法在2007年由東芝提出。目前,三星的TACT、VSAT,東芝的P-BiCS和3D VG,都屬於一體成形3D內存技術。

國內的NAND FLASH、DRAM製造技術基本缺失。紫光集團此前從未涉及存儲晶片領域,單純通過資本投資,在沒有強有力的Memory廠商收購或者合作的情況下,很難將存儲晶片項目順利地開展。武漢新芯的主要技術來自與Spansion的合作,其3D NAND堆棧可能只有8層,而國際主流堆棧是32-48層,三星的技術可達64層,與之相差甚遠。福建晉華集成電路的DRAM技術源於與聯電的合作,合肥的DRAM技術源於與兆基科技的合作,想獲取先進的核心工藝也非常困難。

此外,智慧財產權(IP)是晶片行業競爭的利器。目前,存儲晶片專利幾乎都被國際巨頭壟斷,無論是武漢新芯,還是福建晉華,其技術均是依託技術授權合作。如果中國存儲廠商在未來幾年的大力投入下取得相應的成就,隨之而來不可避免的就是IP戰。

2、行業集中度高

存儲行業市場集中度高。以DRAM市場為例,1970年代起步時候大約40-50家,1990年代末還有14家,到2004年只剩下5家實力較為突出,而如今全球僅3家就佔據市場90%的份額,已經成了Samsung、SK Hynix、Micron寡頭壟斷的競爭格局。

在這種壟斷競爭下,國內很難有廠商能夠從小崛起,特別是在以規模取勝的存儲產業中,要想從全球它們口中分一杯羹,難度極大。

3、周期性強

存儲產品的技術標準化程度高,生產製造能力成為存儲廠商的核心競爭力。現階段全球存儲器產業維持4-5家寡佔的平衡競局,它們很難協調運作,各廠臺面下投資動作暗潮洶湧,只要有一家擴產或者減產都對全球存儲晶片的供需局面造成影響。當行業處於景氣高漲的時候,它們手裡有充裕資金進行下一輪產能擴充或者工藝升級,其中任何一家存儲大廠進行擴產的時候,其它家存儲廠商如果不擴產其市場份額將被擠壓,產品也將會被對手新一代產品所替換,因此不擴產只能等死,擴產或許能夠掙得一線生機,從而形成惡性擴產的現象,導致產能過剩,行業蕭條將來臨。當行業處於景氣蕭條的時候,各大廠商開始壓縮產能,行業供需關係反轉,價格上升,景氣度開始上揚。

當前,Samsung、SK Hynix、Micron、Toshiba、Sandisk等大廠正在進行新的一輪產能擴充,建廠計劃如火如荼,我們認為PC、智慧型手機之後短期內尚未有大規模消耗存儲晶片的終端產品出現,根據存儲產業周期特性,存儲產業平衡狀態有可能在未來3-4年內被打破。

4、資金投入大

我們參考國際存儲晶片大廠的資本支出,根據調研機構 Semiconductor Intelligence數據,在2015 年各半導體公司的資本支出預算中,Samsung資本支出預算151億美元(這裡不考慮Samsung在其它領域的投資),同比增長13%;SK Hynix資本支出51億美元,同比增長12%;Micron資產支出38億美元,同比增長186%;其它存儲廠商資本支出20億美元,同比增長43%。2015年,存儲行業是整體半導體資本支出最高的領域,佔比達到38%。

面對上述四大存儲特性,國內廠商在沒有任何技術優勢的情況下,很難憑藉單一企業的力量實現存儲晶片的突破。


(三)存儲晶片突圍,國家重點支持,直面主戰場

存儲器和CPU一樣,是晶片領域的戰略制高點,是晶片產業皇冠上的明珠,所以一定是正面主戰場,靠遊擊戰是不行的。

主流存儲器,不管是DRAM還是NAND,拼的都是先進工藝和規模,美、韓、日之前都是走的這條路。20世紀初期,我國臺灣地區借8英寸過渡到12英寸晶圓廠的世代交替的歷史時期,通過加速投資存儲晶片(5年內投資300億美元以上,擁有20條12英寸晶圓生產線,大大超出同期三星的投資),期待以擁有全球最多的12英寸晶圓廠來取勝,然而最終以失敗告終。臺灣在存儲器領域的失敗自然有其多方面原因,其中重要原因就在於臺灣存儲晶片 Foundry的模式,其核心技術來源於歐美的授權,所以只能做落後產品和利基型市場,這種核心技術受制於人,光靠規模取勝是行不通的。因此,我國要做存儲器產業,一要抓住核心技術,既要引進尖端人才,又要外延快速獲取;二要做好長期大規模投入、大規模虧損的心理準備,冷板凳需要做十年,才有機會迎來上場進球的機會。這兩者都不能落下。

抓技術

半導體存儲科技發展日益蓬勃,除了相關技術外,存儲器專利也成為了它們競爭的利器。根據iRunway的統計,多年來半導體存儲器行業一直在傳統的存儲技術(SRAM、ROM、DRAM、NAND FLASH)上有大量的專利布局,近15年來,存儲廠商開始側重對FRAM、MRAM、PRAM、RRAM等替代存儲技術進行商業性布局。從專利申請廠商來看,Micron、Samsung、Toshiba、Sandisk等大廠掌握了眾多核心專利。從美國的半導體存儲基礎專利申請情況來看,Sandisk、Micron、Intel擁有最多的基礎專利,其中Micron、Samsung、Toshiba、IBM和Intel這5家公司擁有的基礎專利佔總量的25%左右。基於對存儲技術的壟斷,存儲廠商之間經常發生專利訴訟,自1993年以來,半導體存儲器技術涉訴專利激增,Sandisk、Conversant IP、TI、蘭巴斯和高智公司涉及的訴訟專利數量最多。而今,存儲器行業已經形成了寡頭壟斷的競爭局面,既有的專利將對新進入者構成重大門檻。

面對存儲晶片技術的市場現狀,中國廠商要想掌握存儲核心技術,外延合作和自主研發兩條腿都必不可少。在外延合作上面,傳統存儲技術(SRAM、ROM、DRAM、NAND FLASH)已經非常成熟,關鍵技術掌握在Micron、Samsung、Toshiba、Sandisk等廠商手裡,中國廠商必須瞄準這些企業,與它們合作。例如紫光集團收購威騰電子15%股份(威騰電子又190億美金收購閃迪),江波龍與Marvell戰略合作,武嶽峰資本參與併購美國DRAM大廠ISSI。在自主研發上面,FRAM、MRAM、PRAM、RRAM等新興存儲技術仍處於起步階段,各家仍在同一起跑線上。值得一提的是,根據國家知識產權局專利局統計,截至2014年10月30日,在RRAM(阻變存儲器)領域,全球申請人共提交了4168件專利申請,其中,美國、日本、韓國的申請人提交的專利申請量位居前三位,分別為1519件、1091件、720件,中國申請人提交的專利申請量為410件,位居第四位。我們認為,新技術開發關鍵在於人,中國廠商需要引進經驗豐富的人才,例如紫光集團擬引進臺灣DRAM教父高啟全。

拼規模

存儲晶片設計技術相對簡單,產品形態標準化程度高,且易於擴大市場份額,存儲晶片廠商都是在掌握核心技術基礎上憑藉規模取勝。韓國就是在6英寸晶圓廠過渡到8英寸晶圓廠的世代交替時,以9座8英寸晶圓廠的產能優勢,一舉取代日本廠商躍居全球DRAM產業的第一。Samsung、Micron、Sandisk等存儲大廠每年花幾十億美元甚至上百億美元的資本支出就是希望通過加大規模提高市場佔有率。中國廠商要想在存儲產業取得突破,必須做好長期大規模投入、大規模虧損的心理準備,冷板凳需要做十年,當年京東方發展液晶面板也是如此。如今,紫光集團旗下的同方國芯投資800億元建設存儲工廠,表示在未來5年投入3000億元人民幣打造全球第三大晶片製造商。

無論是抓技術,還是規模,都是一件耗時耗力的工程,必須要國家戰略的支持才能完成!


(四)攻克存儲晶片進行時,建議中國政府持續加大政策支持


1、國家意志下,國內多方力量已著手攻克存儲晶片

紫光集團:600億元建設存儲晶片工廠,未來5年300億美元主攻存儲器晶片製造

2015年同方國芯定增募集800億元,600億元投入存儲晶片工廠,37.9億元收購臺灣力成25%股權,162億元投入對晶片產業鏈上下遊公司的收購。對於投資新建的存儲類晶片工廠,工廠實施完成並完全達產後,預計可新增120000片/月的存儲晶片生產產能。此外,紫光集團董事長表示,紫光未來將投資300億美元主攻存儲器晶片製造。

武漢新芯:240億美元打造存儲器基地

武漢新芯成立於2006年,先前曾與中芯國際一起運營中芯旗下的一座12寸晶圓廠,2013年中芯國際退出合作,武漢新芯獨立為單一公司,由武漢市政府負責。武漢新芯一直專注於存儲器產品的研發生產,此前主要生產NOR Flash產品,2013年之後開始著手3D-NAND的開發。

2016年3月,武漢新芯正式啟動存儲器基地項目,該項目將在5年內投資240億美元(約1600億人民幣),所用資金主要用於技術研發、項目基建、設備採購和產業鏈構建四個方面。在整個資金投入和產品研發進度順利推進的情況下,存儲器基地預計2018年量產,2020年實現月產能30萬片(其中3D-NAND 20萬片,DRAM 10萬片),2030年達到月產能100萬片。

該項目是武漢市極為重要的戰略項目,湖北省、武漢市將舉全省、全市之力,聚全球資源,將這一存儲器基地項目打造成湖北省調結構、實現轉型跨越發展的千億高科技產業項目。

福建與合肥:福建晉華投資370億元,合肥聯手兆基科技投資460億元,建DRAM工廠


福建:2016年5月,聯電宣布與大陸福建晉華集成電路合作開發32納米製程的利基型DRAM,技術將授權給晉華,同時聯電也可以保有研發成果。福建泉州晉江規劃1.7萬畝土地建設集成電路產業園,並成功引進福建晉華集成電路存儲器生產線項目,項目總投資370億元,已經被納入「十三五」集成電路重大項目清單,成為國家重點支持的DRAM存儲器生產項目。

合肥:合肥市政府聯手爾必達前社長坂本幸雄重啟爐灶創立的兆基科技,引進日本的技術,投資460億元建設DRAM工廠,該工廠預計量產時間為2018年下半年,屆時12英寸晶圓月產能高達10萬片。

近期,市場傳紫光集團攜手武漢新芯,共同逐力存儲晶片,更加凸顯國家建設存儲晶片的意志。


2、建議中國政府從人才到產業鏈配套全面持續加大對存儲晶片產業的支持

存儲晶片國產化是一項艱巨的工程,要敢於啃硬骨頭,存儲晶片的四大特性決定了國產化工程離不開中國政府的強力支持。我們認為,除了資金支持外,中國政府應當從人才到產業鏈配套等領域全面持續加大對存儲晶片產業的支持。具體建議如下:

1)技術合作。Micron、Samsung、Toshiba、Sandisk等大廠掌握了存儲晶片的核心技術,它們申請了大量的存儲晶片專利。中國政府應當積極尋求與掌握存儲晶片核心技術的廠商合作,引進並消化吸收。

2)人才支持。存儲晶片技術的開發關鍵在於人,中國廠商需要引進經驗豐富的人才,例如紫光集團擬引進臺灣DRAM教父高啟全。此外,中國廠商應擔注重內部人才培養,將高校科研資源積極引導至產業化。

3)系統性整合,避免資源浪費。建議中國政府統籌存儲晶片的發展全局,充分利用國內相關企業在存儲晶片的優勢,調動各部資源,統一協調攻克存儲晶片。

4)加強產業鏈配套。建議中國政府加強產業鏈配套,從設計、製造、設備、封測等各個產業鏈環節逐步培育國產力量。

三、NAND FLASH:前景廣闊,3D NAND FLASH有望實現中國彎道超車


(一)移動應用和SSD是NAND FLASH需求最大兩大領域

FLASH存儲器是非易失存儲器,可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程,主要包括NAND和NOR兩種非易失快閃記憶體技術。兩者在性能上各有差異,應用領域也不盡相同。NAND FLASH主要優勢在於存儲容量大,主要用於大容量存儲領域,例如智慧型手機和平板的eMMC/eMCP、企業級的SSD、移動存儲、U盤等。NOR FLASH容量小但速度快,支持XiP,主要應用在手機代碼存儲、PC的BIOS、DVD、USB key、機頂盒、網絡設備及物聯網設備等各個領域。由於NAND FLASH佔據FLASH 90%左右的產值,我們將著重介紹NAND FLASH的發展情況。

NAND FLASH主流兩大應用領域為移動應用(智慧型手機、平板電腦)和SSD。在移動應用領域,為了簡化儲器的使用,將NAND Flash晶片和控制晶片設計成1顆MCP晶片,下遊客戶只需要採購eMMC晶片,不需要處理其它繁瑣的NAND Flash兼容性和管理問題。2014年,NAND FLASH在智慧型手機應用佔比為38%,在平板電腦應用佔比10%。SSD應用的NAND FLASH佔比為29%。

(二)SSD替代HHD是長久趨勢,可引爆NAND FLASH市場需求

1SSD性能優越,替代HHD是長久趨勢

硬碟有機械硬碟(HDD)和固態硬碟(SSD)之分,HHD是傳統普通硬碟,主要由碟片、磁頭、碟片轉軸及控制電機、磁頭控制器、數據轉換器、接口、緩存等幾個部分組成;SSD用固態電子存儲晶片陣列而製成的硬碟,由控制單元和存儲單元(主流採取FLASH晶片)組成。

相比於HHD,SSD具有數據讀取速度快、運行無噪音、抗衝擊震動強、功耗低、發熱低、工作溫度範圍大等優點,使得SSD應用場景非常廣泛,從普通消費級到企業級、工業級。涵蓋的領域包括:普通消費電子、企業管控系統、工業領域、通訊、航天航空航海、軍事、太空探索、視頻監控、網際網路監控、嵌入式設備、能源等諸多領域。可以說,但凡涉及到大數據、大流量、大業務交互方面都能廣泛地用到SSD。

SSD替代HHD短期受價格因素阻撓,但長期趨勢不改


儘管SSD性能優越,但是市場對SSD取代HHD成為主流存儲介質的問題仍有分歧,其焦點就在價格問題上。一塊普通1TB機械硬碟的價格約50美元,也就是0.048美元/GB,而定位差不多的64GB固態硬碟的價格約23美元,也就是0.36美元/GB。可見,SSD和HHD每GB的成本比是15:1。

如果拿到數據中心級別的比,差異更加巨大。我們認為,HHD從上世紀70年代發展至今,由於機械架構的存在,硬碟不能像半導體那樣通過改進位造工藝提高性能,經過半個多世紀的發展,硬碟的主軸轉速基本沒有太大的提高空間了,其價格的下降的空間很小。而SSD的價格主要是由NAND FLASH的價格決定,NAND FLASH作為半導體產品,生產工藝的不斷改進,以及用戶對SSD接受度提升帶來NAND FLASH需求規模的提高,將給NAND FLASH產品帶來技術效應和規模效應,將帶來價格快速下降。從過去3年SSD的價格走勢來看,價格已經下降了一半。在SSD價格不斷下降的過程中,SSD的應用範圍也將不斷拓寬,替換HHD的長久趨勢不可逆轉。

HHD響應時效遭遇虛擬化難題和隨機存取挑戰,促使SSD方案前行


近年來,數據存儲量呈指數級增長,「數據洪流」正從根本上改變存儲的方式。這個變化與所需存儲量相關甚少,但與存儲用途息息相關。HDD便宜、易得且容量巨大,適合許多存儲情形,但是也有一些內在限制。在數據「讀/寫」過程中,HHD需要藉助「讀/寫」傳動臂在硬碟刪去進行物理性移動來實現數據讀寫操作,因此,HHD擅長讀取按順序存儲在扇區內和扇區間的數據,這樣「讀/寫」傳動臂的移動最少。但是,現在運算特性及虛擬化正在推動數據存儲隨機性的發展,加上圖片、視頻等數據膨脹,結果是,數據以愈加隨機的方式進行存放,迫使傳統HDD的讀/寫臂不停地移動,每次移動都會給系統增加延時,隨著虛擬機的增加和被搜索的數據量的增加,積少成多,導致了HHD的存儲瓶頸。這種瓶頸不在於存儲容量的欠缺,而是數據讀寫速度欠缺導致系統的嚴重延時。對於商業用戶來說,延時不是無關痛癢的小事,可能造成內容提供商流失眾多客戶,可能導致證券交易商喪失上億級的交易機會。

由於SSD沒有移動部件,它們消除了HDD的這一大缺點。SSD存取數據的物理特性意味著它們更適合隨機存取數據的需求。前面的討論我們主要關注存儲本身的每千兆字節成本($/GB)。但是對於商業用戶,只關注每千兆字節成本是片面的,而應關注取得業務成果的綜合成本。例如,使用更少的SSD來達到相同的成果,其資本支出降低;SSD的系統不僅需要更少的硬碟,其規格還更小,通常能容納一個HDD的空間能容納兩個SSD,其運營支出降低;SSD的業界平均MTBF約200萬小時,而HDD只是150萬小時,其可靠性增強。因此,儘管現在SSD每千兆字節成本較高,但在某些特定業務需求,SSD的綜合成本反而更優。

2HHD仍是主流存儲介質,SSD替代將引爆NAND FLASH市場需求

儘管現在HHD出貨量迅速下降、SSD市場佔比上升,但是HHD仍具有容量優勢,仍將在冷存儲中得到廣泛應用。SSD是硬碟存儲發展趨勢,就目前而言,SSD全球出貨量約8000-10000萬個,HHD全球出貨量約6億個,SSD所在比重約15%左右,考慮到目前單個HHD的平均容量遠超SSD,實際SSD存儲的容量遠低於15%。因此,當前存儲市場仍屬於HHD主導的市場。

HHD主導存儲市場多年已久,1976年到2014年,HHD硬碟出貨幾乎一直都在增長,2010年後出現拐點,HHD出貨量開始下滑。WDC和Seagate作為HHD廠商的代表,從它們的財務數據看,剔除2008年經濟危機影響外,2010年之後,WDC和Seagate的收入均開始下滑。也正是從這時候開始,SSD開始嶄露頭角,逐漸取代傳統的HHD,成為存儲領域的新生力量。

NAND Flash是SSD核心組件,佔SSD總成本的70-80%


SSD主要由存儲晶片(NAND Flash)、控制晶片(Controller)構成。存儲晶片NAND Flash是數據存儲的載體,佔用SSD PCB板大部分空間,是SSD的核心組件,大約佔SSD總成本的70-80%。SSD容量由NAND Flash決定,讀寫速度快、低功耗、抗震等特點也是基於NAND Flash特性。

SSD替代HHD,將打開NAND FLASH市場需求


2015年NAND FLASH出貨容量約為80EB,其中1/3用於SSD,即SSD的總容量為26EB,而今年HHD出貨容量約500EB,再考慮SSD的每千兆字節成本($/GB)大於HHD,SSD的市場規模(金額)仍有很大空間。而這些尚未考慮物聯網、雲計算等大數據應用爆發增長的需求,前面論述已經說明HHD響應時效遭遇虛擬化難題和隨機存取挑戰,以物聯網、雲計算為代表的隨機存取數據需求更需要SSD作為存儲介質。根據MTR預測,SSD市場預計將以40.7%的複合增長率狂飆8年,在2022年的時候增加15倍達到2295億美元的規模。而NAND FLASH又是SSD成本的大頭,意味著SSD快速打開NAND FLASH市場需求。

(三)移動存儲配置多樣,「容量提升+價格下降」推動NAND FLASH需求量繼續增加


1、移動終端的存儲配置多式多樣,NAND FLASH決定了終端存儲容量

智慧型手機的Memory配置五花八門,結構形式多樣,主要由兩大塊組成,俗稱RAM與ROM。RAM主要LPDDR DRAM,相當於電腦中的內存,對智慧型手機的性能影響最大,價格貴,目前已經發展到LPDDR3代。ROM則是FLASH,用來存儲智慧型手機中的各種數據,相當於電腦的硬碟,對智慧型手機的數據存儲容量直接相關。RAM與ROM如何結合是手機廠商選擇平臺重要思考的地方。目前主流形式有MCP、eMCP、POP(Package on Package)、以及eMMC+LPDDR2分離的方式,採取哪種方式一般是由主晶片平臺決定,容量是由市場需求決定。MCP是一種NAND FLASH與LPDDR1封裝在一起的方式,適用於低端手機。目前主流手機主要採用eMCP或者eMMC+LPDDR2分離的方式,eMCP是指將eMMC+LPDDR2 DRAM封裝在一起,而eMMC則集成NAND FLASH及控制器。我們認為,無論採用哪種RAM與ROM結合方式,NAND FLASH始終是智慧型手機重要ROM載體,決定了移動終端的存儲容量。智慧型手機如此,平板電腦亦是如此。

2、容量提升+價格下降,移動終端NAND FLASH需求量繼續增加

移動終端單機ROM容量不斷提升


最初,智慧型手機存儲方案採取用NAND MCP,最小為512M(NAND FLASH)+265M(DRAM),高的可達4G(NAND FLASH)+4G(DRAM),甚至更大的還有8G(NAND FLASH)+8G(DRAM)的。現在,智慧型手機主流存儲方案為32G、64G(NAND FLASH)+2G、3G(DRAM)。以蘋果和三星旗艦手機為例,蘋果最大ROM從iPhone4的32G提升到iPhone6的128G,三星最大ROM從Galaxy S2的16G提升到Galaxy S7的128G,智慧型手機單機ROM容量均在不斷提升。

eMMC價格不斷下降,將會導入更多新的終端應用產品


eMMC兼顧高效傳輸和高容量存儲,是移動終端(智慧型手機、平板電腦、智能盒子、可穿戴智能硬體等)的主流存儲方案。eMMC一直由於內部NAND FLASH晶片價格高企,在中低端產品無法大範圍應用,近年來隨著eMMC價格不斷下降,eMMC應用將從智慧型手機向智能盒子、GPS終端、移動閱讀終端等產品導入,將進一步拓寬NAND FLASH的應用範圍。

(四)NAND FLASH開展新一輪的擴產,3D NAND FLASH有望實現中國彎道超車

1、從2D3D NAND FLASH全面轉型,3D NAND FLASH成為趨勢

近年來,為了適應小體積、大容量的要求,NAND FLASH被迫向高集成度發展。在技術方面,目前16到19納米工藝已經是NAND FLASH產品的極限,任何進一步壓縮尺寸的嘗試都會帶來極高的成本且導致存儲位不再穩定可靠。而3D NAND在平面上可以採取更高製程,讓顆粒保持在35納米甚至40納米的製程上,通過多層結構增加容量,提高單個晶圓產出率、降低成本(每單位容量成本將會比現有技術更低),同時最大限度的保持快閃記憶體的壽命和可靠性。

早在2013年,Samsung就開始量產3D NAND FLASH,2014年Samsung發布首款採用2xnm製程、48層堆疊的3D NAND FLASH,大幅提升了製造成本效益,已經成為3D NAND FLASH的領導者。緊接著,Toshiba、SanDisk、SK Hynix、Intel和Micron等大廠也相繼跟進,並都規劃在2015年投入量產。

23D NAND FLASH時代,中國廠商彎道超車機會來臨

Flash 在進入 2x 納米後,製程微縮帶來的成本優勢越來越不明顯,推遲國際 Flash 大廠技術進程,因此 3D-NAND Flash 成為成本繼續降低的重要方法。而從2D走到3D,需要新的技術領域加入,傳統存儲晶片大廠需要花更多的精力花在3D封裝上,給中國廠商進入多留出一些時間。中國廠商若能整合跨領域人才和技術,將成為中國存儲晶片彎道超車好時機。

從武漢新芯的布局上,我們也可以看到中國在3D NAND FLASH的布局。2015年5月,武漢新芯與飛索半導體(Spansion)籤訂合作協議與交叉授權發展3D NAND Flash技術,攻堅3D NAND Flash技術。


四、DRAM:市場需求穩中有升,中國廠商參與有望打破格局


(一)移動端和企業端應用需求將進一步提升,總體需求穩中有升

1、移動端和企業端應用需求量將進一步提升

DRAM發明於1966年,商用於1970年,成熟於1990年,如今DRAM已經成為為PC、智慧型手機、平板電腦以及伺服器等產品不可或缺的零組件。DRAM通常以插槽用模塊形式供應市場,最為常見的就是PC用的內存條。據統計,2014年,PC(用於PC的DDR內存)佔比31%,移動手機(用於低功耗LPDDR)佔比32%,伺服器佔比12%,消費電子產品應用佔比4%,其它應用佔比21%。由於PC近年來出貨量一直在萎縮,智慧型手機的出貨量增速雖然減緩,但是單機DRAM使用量卻在不斷提升,加上全球數據中心的大力建設將消耗更多企業級DRAM,Micron公司CEO Mark Durcan預計未來幾年DRAM下遊市場應用結構將發生變化,移動和企業市場的應用比較將進一步提升。

2、新市場尚未打開,短期DRAM需求穩中有升

從歷年產業發展來看,過去,DRAM產業由於競先輪番擴產導致收入波動巨大,近年來,受惠於全球智慧型手機的持續熱銷,以及各家廠商對DRAM擴產相對謹慎,近三年DRAM產業進入穩定增長的發展階段。

從近期單季度產業發展來看,根據DRAMeXchange觀察,2015年第3季度全球DRAM總產值為112.98億美元,環比小幅衰退1.2%,然而移動存儲器佔總營收比重從第二季的33.7%,大幅提升至第三季的40%。第四季由於智慧型手機出貨量持續成長,移動存儲器在整體DRAM比重將隨之攀升。然而,受到市況供過於求影響,DRAM平均銷售單價持續下降,後續淡季再度來臨,加上位元產出因20/21nm提升,供過於求加劇無可避免,未來DRAM價格將持續走跌。目前,各家廠商策略性地將跌幅最大的標準型存儲器產能轉往毛利較高、價格較穩定的伺服器存儲器及移動存儲器領域,配合位元顆粒仍持續成長,整體DRAM營收規模尚未出現大幅的縮減。

智慧型手機的快速增長造就了過去幾年DRAM產業景氣回升,雖然單機DRAM容量還會繼續提升,但是,在智慧型手機增速放緩、PC出貨萎縮、DRAM價格繼續下行的情況下,加上物聯網、智能電視、可穿戴電子設備等新興市場尚未打開,我們認為DRAM短期市場需求穩中有升。

(二)中國廠商參與有望打破DRAM格局

DRAM起步於1970年代,在規模效應取勝的驅動下,產業整合不斷,而今市場已經趨於成熟。一方面,行業起步之初有40-50家,1990年代末還有14家,到2004年只剩下5家實力較為突出,而如今全球僅3家就佔據市場90%的份額,已經成了Samsung、SK Hynix、Micron三足鼎立的寡頭壟斷的競爭局面。另一方面,DRAM的投資趨於疲軟,2004~2008年間世界DRAM的投資佔其銷售額的比重平均為42.1%,而2009~2013年5年間的比重降為21.5%,而預期到2017年間的比重更將進一步減少到15~20%。為建立新生產線和提高工藝水平的投資減少以及壟斷增強、競爭趨緩,反使DRAM的平均售價躍增40%,導致整個DRAM市場提升了28%。現今建設一條新的晶圓生產線約需50億美元,除3大巨鱷之外,新廠商進入門檻難於跨越。

在中國國家意志下,紫光集團引進臺灣「DRAM教父」高啟全來發展DRAM;武漢新芯投資240億美元(約1600億人民幣)發展存儲晶片,其中計劃到2020年實現DRAM 月產能10萬片;福建晉華集成電路聯合聯電投資370億元發展DRAM存儲器生產項目;合肥聯手兆基科技投資460億元建設DRAM工廠。隨著DRAM工廠的建設,中國廠商有望打破DRAM格局。


五、投資策略:首推深科技


我們知道全球知名Memory廠商均是採用IDM模式,IDM模式也是經過歷史考驗,被證明是Memory廠商生存最佳經營模式。但是,我們認為,從中國國情出發,中國Memory產業將走「虛擬IDM」模式。什麼是「虛擬IDM」模式?就是在國家統籌下,製造與封測由不同廠商參與,它們之間或是存在參股關係,相互協作不是完全市場機制,而是由政府干預的生產經營模式。

在這種虛擬IDM模式下,我們認為,製造環節需要凝聚國家力量,通過產業合作或者收購才能有較快成效;封裝測試環節相對較易,國內現有廠商受益最為明顯;材料與設備環節國產化是長期趨勢,但短期困難重重。

深科技:收購沛頓科技,佔據存儲封測制高點

2015年,公司以1.1億美元收購獲得沛頓科技(深圳)有限公司100%股權,延伸存儲晶片封裝測試領域。沛頓科技主要從事DRAM和FLASH晶片封裝和測試業務,是內存製造商美國Kingston在國內投資的企業,其存儲封測在Kingston集團發展已經十幾年。目前,沛頓科技的DRAM封測能力已經成為中國大陸地區最大的生產商,模組生產能力也是全球最大的內存模組生產基地之一,同時也是金士頓亞洲區的最大分銷商。

沛頓科技具有FBGA DDR3、SiP/uSiP、MCP、eMCP、 LED藍光/綠光、內存條、優盤等存儲類產品的封裝、測試和PCBA組裝能力。擁有內存/快閃記憶體儲存設備的一站式服務,從從晶圓到模組組裝的用時不到10天。在產能方面,DRAM封測產能中國大陸第一,FLASH封裝產能也達幾千萬顆每年。我們認為,沛頓科技被深科技收購後,將進一步增加沛頓的產能。在收入方面,2015年,年沛頓科技實現收入4.5 億元,淨利潤1.37 億元。

展望國內存儲晶片競爭格局,沛頓科技是國內為數不多的掌握存儲晶片封裝測試核心能力,且能夠實現技術自主可控的大陸企業。在國家決意發展存儲晶片大勢下,沛頓科技有望成為攻克國內存儲晶片封裝測試的橋頭堡。


紫光國芯:國家存儲意志的先頭兵

紫光集團無疑是大陸存儲晶片產業的核心力量。2015年,同方國芯定增募集600億元投入存儲晶片工廠(製造環節),37.9億元收購臺灣力成25%股權(封裝測試環節)。未來5年更是投入300億美元投資存儲晶片產業。

兆易創新:NOR Flash領導者

北京兆易創新是中國大陸地區最大的代碼型快閃記憶體晶片本土設計企業,也是最大的串行NOR Flash設計企業。在2012年NOR Flash中國市場競爭格局中,兆易創新銷售8.3億元,中國市場佔比11.1%,僅次於美光科技、飛索半導體和旺宏,排名第四。根據芯謀諮詢的數據,2014年兆易創新在全球NOR Flash的市場佔有率為6%,全球排名第五位。

兆易創新近年來發展迅速。2008年,公司成功研發中國大陸第一顆8M位SPI NOR Flash晶片,填補國內空白。2009年,公司率先突破SPI NOR Flash晶片大規模量產。2010年,公司512K~32M容量晶片全部量產。2011年,公司64M~128M容量晶片全部量產,工藝水平提升至90nm。2012年,工藝水平提升至65nm。截至2014年底,公司存儲類產品累計出貨超過28億顆。

源:銀河證券


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