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    源于美國,興于日韓,未來看中國!揭秘存儲行業60年興衰

    2021-04-20 14:33 智東西

    導讀:存儲行業遵循著摩爾定律,每 18 個月集成度提升 1 倍,意味著性能提升 1 倍,而單位價格卻下降一半。

    信息存儲的需求基石,來源于文明傳承與延續,隨著世界數字化趨勢而爆發增長。按照存儲介質的不同,現代數字存儲主要分為光學存儲、磁性存儲和半導體存儲三類。從存儲市場規模來看,2019 年機械硬盤市場規模約為 585 億美元,占據總體市場的 32%;DRAM 市場規模約為 603億美元,占 33%;FLASH 市場規模約為 480 億美元,占 26%。

    存儲行業遵循著摩爾定律,每 18 個月集成度提升 1 倍,意味著性能提升 1 倍,而單位價格卻下降一半。半導體存儲產品在過去的 60 多年里,每一種主流產品的技術都快速演進與迭代,對于玩家來說既是機遇也是危險,每一次新技術的迭代充滿著客戶選擇的未知,需要玩家全力以赴,如果踩準市場需求,則一個小玩家也能平地而起,而如果猜錯路線,則大玩家也面臨無情淘汰。

    一、存儲行業:文明傳承的基石

    從文明誕生以來,人類就一直在尋求能夠更有效存儲信息的方式,從 4 萬年前洞穴壁畫、結繩計數、6000 年前泥板上楔形文字、到后來的書本。直到信息爆炸的現代,存儲模式已經發展為光盤、U 盤、硬盤等等,存儲器的更新換代從未停止。

    隨著科技的發展,存儲需求量級發生了巨大的增長,也促使存儲量級及存儲介質發生了深遠的變化。據 IDC 預測,全球數據圈(每年被創建、采集或復制的數據集合)將從 2018 年的 32ZB 增至 2025 年的 175ZB,增幅超過 5 倍。其中,中國數據圈增速最為迅速,2018 年,中國數據圈占全球數據圈的比例為 23.4%,即 7.6ZB,預計到 2025 年將增至 48.6ZB,占全球數據圈的 27.8%,中國將成為全球最大的數據圈。數據產生量的爆發式增長驅動對存儲需求大幅增長,也促進了存儲方式的進一步創新和發展。

    ▲IDC 預估 2025 年全球數據產生量級超 175 ZB

    ▲常見存儲單位

    按照存儲介質的不同,現代數字存儲主要分為光學存儲、磁性存儲和半導體存儲三類。光學存儲包括 CD、DVD 等常見形式。磁性存儲包含磁帶、軟盤、硬盤等。半導體存儲是存儲領域應用最廣、市場規模最大的存儲器件,包括當前主流的易失性存儲器 DRAM,和非易失性存儲器 NAND FLASH、NOR FLASH等等。

    隨著技術的發展,存儲器尺寸逐漸縮小, 存儲容量大幅提升,單位GB 存儲價格迅速下降。1960 年代,磁帶平均容量僅為 2.3MB,而每 GB 價格卻高達 1791英鎊,1970 年代流行的軟盤價格更是高達 2-3 萬英鎊/GB。伴隨著硬盤技術的發展及普及,存儲價格迅速下降,1990 年代,單位 GB 存儲價格跌至 100 英鎊以下,CD-ROM 價格僅為 6.03 英鎊/GB。21 世紀開始,DRAM、閃存進入人們視野,成為主流存儲方式,存儲價格進一步下降,單位 GB 存儲價格平均為0.5-0.8 英鎊。

    硬盤仍存儲全球大部分數據 ,閃存存儲容量迅速上升。從全球存儲容量來看,2019 年全球存儲年新增總容量約為 1.8ZB,隨著互聯網的進一步發展,預計到2025 年全球存儲年新增總容量將達到 4.7ZB。盡管半導體存儲器已成為主流存儲器,但全球大部分數據仍然使用硬盤存儲。閃存存儲容量近年來大幅提升。2019 年,65.5%數據由硬盤存儲,而閃存、DRAM、磁帶、光學存儲器分別為20.0%、0.5%、8.0%、7.0%。由此可見,硬盤仍存儲全球大部分數據,是存儲市場不可或缺的重要存儲方式。

    從存儲市場規模來看, 2019 為 年機械硬盤市場規模約為 585 億美元,占據總體市場的32.25% ;DRAM 市場規模約為 603 億美元,占 33.24% ;FLASH 市場規模約為 規模約為 480 億美元,占 26.46% 。

    ▲2010-2025 全球存儲器 全球存儲器 出貨容量趨勢 容量趨勢(ZB)

    ▲2019 年存儲 年存儲 市場規模(億美元)及占比情況(億美元)及占比情況(%)

    半導體行業可以細分為存儲芯片、邏輯芯片、模擬芯片、傳感器、分立器件等。存儲器是半導體行業的一大分支,幾乎所有常見電子設備都需要使用存儲器,應用領域廣泛。

    半導體存儲器市場占半導體市場26% 左右,是半導體行業一大分支。2003 年以來,全球存儲器市場占半導體市場的份額維持在 20%-25%,其中 2017 年和2018 年高達 30.07%和33.70%。2019 年,全球半導體市場規模為 4123.07 億美元,存儲器市場規模為 1064.4 億美元,占據半導體市場的 25.82%。半導體存儲器是半導體行業中極為重要的組成部分。

    ▲半導體存儲行業規模 (億美元) 及同比增速(%)

    ▲各類半導體存儲器行業規模變化(億美元)

    存儲器作為半導體的子行業,其周期變化基本和半導體行業周期變化一致,但存儲器的波動性更強。因此,當半導體行業處于景氣周期時,存儲器市場表現更佳,以 2017 年為例,半導體行業規模同比增長 21.62%,存儲規模同比增長高達61.49%。而當半導體行業處于不景氣狀態時,存儲市場亦會表現更不理想,以2019 年為例,半導體行業規模同比下降 12.05%,但存儲市場下降高達 32.62%。

    2019 年存儲行業下降速度處于近 20 年來最快水平,但同時也為未來增長奠定基礎。2019 年由于供需錯配導致存儲價格下降,存儲行業規模大幅下降。但隨著服務器需求穩步上升、5G、物聯網進一步發展,未來半導體行業將迎來景氣周期,存儲行業也將受益。

    DRAM 和 和 NAND FLASH 。 是半導體存儲器市場規模中最大的存儲器。2018 年,DRAM占半導體存儲器市場的 58%,NAND FLASH占 40%。此外,NOR FLASH隨著新興市場的崛起,市場空間將逐步恢復。

    ▲存儲價格趨勢

    存儲行業遵循著摩爾定律,每 18 個月集成度提升 1 倍,意味著性能提升 1 倍,而單位價格卻下降一半 。半導體存儲產品在過去的 60 多年里,每一種主流產品的技術都快速演進與迭代,對于玩家來說即是機遇也是危險,每一次新技術的迭代充滿著客戶選擇的未知,需要玩家全力以赴,如果踩準市場需求,則一個小玩家也能平地而起,而如果猜錯路線,則大玩家也面臨無情淘汰。

    總體來說,存儲行業目前有以下三個特點:

    1、機械硬盤 ,雄風猶在, 企業級應用成未來主戰場。機械硬盤曾是存儲王者,是計算機的主要存儲介質。

    近年來由于 SSD(固態硬盤)集成度更高,HDD(機械硬盤)逐漸失去消費級市場份額。隨著云計算、互聯網的發展,企業級數據存儲需求增長較快,HDD 憑借成熟穩定、成本更優、壽命周期長等優勢,成為數據中心標配。近年來 HDD 全球字節出貨量明顯上升,2019 年達 1.18ZB,超全球存儲市場字節出貨量的一半。截止2019 年HDD市場 市場集中度較高 集中度較高 CR4 為79%,領先企業分別為, 三星、西部數據、希捷, 其市場份額為 份額為 33.6%、24.6% 和 15.7%。

    2 、DRAM 過去 50 年多年搏殺慘烈 , 王朝幾經更替。在過去 50 多年里,DRAM市場呈現每 4~5 年單位價格變為 1/10,其背后的殺伐異常慘烈。

    而縱觀 DRAM發展歷史,本身 DRAM 產品在成本、技術、品質等為核心競爭要素,而背后需要企業在融資能力、產業鏈配套及人才梯隊等全方位儲備,考驗企業系統性的資源調動能力。DRAM 廠商從曾經的“百花齊放”形成目前的“三國鼎立”局,三星、鎂光、 面,三星、鎂光、SK 海力士成為 DRAM 領域最終玩家,三家合計市場份額達 領域最終玩家,三家合計市場份額達95%, 而各家分別為 43.5% ,29.2%和 和 22.30% 。

    3 、FLASH 將為新一代 存儲主力,成兵家必爭之地。近年來隨著消費電子領域的需求增長,FLASH 市場規模呈現快速增長趨勢,特別是 NAND FLASH 已成為手機、筆記本等主力存儲介質,而價格方面基本符合摩爾定律的下降趨勢。NAND 市場格局主要有三星、鎧俠、西部數據 市場格局主要有三星、鎧俠、西部數據 等企業 主導,分占市場份額的33.5% 、18.9%和 和 14.3% ,行業 CR4 達 達 80.2% 。NOR FLASH 主要有旺宏、華邦、兆易創新等,市場份額占 邦、兆易創新等,市場份額占 NOR FLASH 市場的 26% 、25% 、19% 。

    二、機械硬盤 ,雄風猶在

    HDD(機械硬盤)是傳統普通硬盤,主要由盤頭、磁片、盤片轉軸及控制電機、磁頭控制器、數據轉換器、接口和緩存等幾個部分組成。磁頭可沿盤片的半徑方向運動,加上盤片每分鐘幾千轉的高速旋轉,磁頭就可以定位在盤片的指定位置上進行數據的讀寫操作。信息通過離磁性表面很近的磁頭,由電磁流來改變極性方式被電磁流寫到磁盤上,信息可以通過相反的方式讀取。

    每個硬盤的中心都有高速旋轉的磁盤,磁盤表面有高速掃過的記錄磁頭, 每個磁盤上都覆蓋著一層薄薄的微小的磁化金屬粒,數據以一種肉眼無法分辨的形式存在,很多組微小顆粒形成的磁化圖案記錄形成了數據,每一組成為比特,所有微粒都按照自身的磁性排列,形成兩種狀態之一,對應 0 或 1,將比特信息通過電磁鐵轉換成電流,數據就能被讀寫在硬盤上。這塊磁鐵會產生一個強大磁場,足以改變金屬微粒的磁性,當信息寫入磁盤,驅動使用磁讀寫器將其還原成有意義的形式。

    目前機械硬盤市場規模整體約市場規模整體約 585 億,占總體存儲市場規模約占總體存儲市場規模約 32%,位列數存儲市場規模第二,年出貨量約為不到 4 億個。

    機械硬盤出貨量 1996-2010 年穩定增長,從 1996 年的 1.05 億個增長至 2010年的 6.51 億個,達到歷史最高點。隨著存儲器的更新迭代,尤其是 SSD(固態硬盤)技術的進步,機械硬盤的地位受到挑戰,2011 年開始出貨量整體呈現下降趨勢,截至 2018 年全球機械硬盤出貨量下降至 3.72 億個。

    2010 以后機械硬盤廠商數量逐漸減少。2008 年以前,機械硬盤市場集中度較低,各廠商競爭激烈。而后,市場集中度提升,西部數據、希捷等廠商成為機械硬盤龍頭,占據全球市場超過 90%份額。

    ▲1996-2018 年機械硬盤出貨量(億)

    ▲2003-2014 年機械硬盤市場競爭格局變化

    總容量出貨上升, 出貨上升,HDD 成數據中心標配。云計算、互聯網等帶來了旺盛的數據存儲需求,且對存儲容量及穩定性要求較高。相比 SSD(固態硬盤),機械硬盤具有壽命長、成熟穩定、容量大的性能優勢,成為數據中心的首選。因此,雖然 HDD 產品出貨量近年來呈現下降趨勢,但總容量出貨明顯上升,HDD 2019年機械硬盤字節出貨量為 1.18ZB,出貨容量超過全球存儲年出貨容量的 50%。云計算、互聯網的發展將推動 HDD 產品持續增長。

    ▲2010-2025 機械硬盤字節出貨量(ZB )

    機械硬盤每 每 GB 價格呈現下降趨勢。機械硬盤面市之初價格較高,1980 年機械硬盤每 GB 價格約為 357.24 美元。隨著技術的進步,機械硬盤成本下降,價格也隨之下降,2017 年每 GB 價格僅為 0.028 美元。

    ▲1979-2017 年機械硬盤每 GB 價格(USD/GB )

    ▲1980-2017 年機械硬盤每 GB 價格變化幅度(%)

    現代硬盤雛形誕生于 1956 年,由 IBM 制造,存儲容量僅為 5MB。1973 年,采用“溫氏架構”的 IBM 3340 問世,標志著硬盤基本架構的確立。這種硬盤擁有幾個同軸金屬盤片,盤片上涂有磁性材料。他們與能夠移動的磁頭共同密封在一個盒子中,磁頭從旋轉的盤片讀出磁信號的變化。

    1970-1979 年,IBM 先后發明了 Merlin 技術、Thin Film 磁頭,驅動硬盤數據定位準確性、硬盤密度都大幅提升。

    1980 年,希捷公司由兩位前 IBM員工創立,開發并推出第一款 5.25 英寸規格 5MB 硬盤,這是首款面向個人用戶的硬盤,它的出現推動了計算機的誕生。1981 年,希捷又推出第二款容量達10MB 的硬盤產品,并在市場蔓延開來。而正是 1981 年,IBM 發布了 IBM 個人計算機,這是計算機領域具有里程碑意義的飛躍。受益于較為小巧的體積,簡單的操作,IBM 發布的個人電腦大受歡迎,隨著個人電腦普及,也帶動了家用 PC 硬盤快速增長。

    曾在 1980 年代末,IBM 已推出 MR(Magneto Resistive磁阻)技術令磁頭靈敏度大大提升,盤片的存儲密度較之前的 20Mbpsi(bit/每平方英寸)提高了數十倍,為硬盤容量的巨大提升奠定了基礎。1997 年,GMR(Giant Magneto Resistive)巨磁阻技術的成功研發進一步提升了存儲密度。如果用 MR 磁頭能夠達到 3-5Gb/平方英寸的存儲密度,使用 GMR 以后存儲密度可達到 10-40Gb/平方英寸。

    1991 年,IBM 出了首款應用 MR 技術的 3.5 英寸的1GB 硬盤 0663-E12,開創了民用級 GB 硬盤的先河,從此硬盤容量開始進入GB 數量級,3.5 英寸的硬盤規格也由此成為現代計算機硬盤的標準規格。

    2007 年日立環儲發布了全球首款 1TB 硬盤,硬盤售價為 399 美元,平均每美元可購得 2.75GB 硬盤空間。該硬盤采用垂直存儲技術,將平行于盤片的磁場方向改變為垂直,更充分地利用了存儲空間。此外,垂直存儲技術能耗小,發熱量減小,改善了數據抵抗熱退減的能力,提高了硬盤的可靠性。

    硬盤廠商進入整合期。2000 年起是硬盤行業的整合期,希捷、西數、IBM、三星、邁拓、昆騰、東芝、富士通等各大硬盤廠商競爭激烈。2000 年邁拓收購昆騰,2003 年日立環儲 IBM 硬盤事業部,2005 年希捷宣布收購邁拓,2009 年,富士通硬盤被東芝收購,形成希捷、西數、日立、三星、東芝“春秋五霸”時代。2011 年西部數據收購日立環儲、希捷收購三星硬盤,形成“三國鼎立”局面。

    ▲2004 年機械硬盤市場格局

    ▲2009 年機械硬盤市場格局

    2011年上半年日本發生地震,下半年泰國發生洪水。其中日本廠商是重要的磁頭、磁盤、馬達等 HDD 配件供應商,泰國是重要的HDD 制造基地,這兩次自然災害產生了重大影響,導致 2011 年 HDD 硬盤出貨量銳減,但也讓 HDD 硬盤價格上升。

    ▲2006-2011 年 年 HDD 平均售價

    ▲2010-2015HDD 出貨量(萬)

    但是,受限于物理結構瓶頸,機械硬盤體積難以縮小或成本較高,增長前景顯現停滯。從市場格局來看,三星的市場份額從 10.0%上升至 2019 年的 33.6%,西部數據從 29.6%下降至 24.6%,希捷從 31.4%下降至 15.7%,日立從 16.4%下降至 2.3%,大部分機械硬盤廠商減少了機械硬盤的生產。

    ▲2019 年機械硬盤市場格局

    SSD 崛起,HDD 市場受到沖擊。固態硬盤(Solid State Drives)由多個閃存顆粒和主控芯片組成,沒有運動結構設計;而機械硬盤有碟盤和讀寫磁頭組成。SDD 不僅擁有更快的讀寫速度,而且具有低功耗、防震抗摔性好、發熱低等優勢。

    ▲機械硬盤與固態硬盤性能對比

    隨著 SSD 平均價格與 HDD 平均價格差異的逐漸縮小,以及 SSD 各方面的性 各方面的性能優勢,硬盤市場逐漸被 SSD 占領,HDD 出貨量從 2013 年開始明顯下降。


    ▲HDD 出貨量(億)

    ▲HDD 與 與 SSD 平均價格對比($/TB)

    隨著云計算、5G、物聯網、人工智能、大數據帶來的全新發展,全球正形成以數據為核心的生態圈,企業級用戶對于數據存儲的大容量需求愈加明顯,將 HDD 在企業級領域的發展推向了新高度。2019 年全球云計算市場規模達 3556 億美元,2012-2019 年 CAGR 高達 18.0%,且有望繼續呈現快速上升趨勢。與此同時,2019 年全球 IDC(互聯網數據中心)市場規模增長至 793.1 億美元,2012-2019 年 CAGR 為 17.6%。

    ▲全球云計算市場規模(億美元)及同比增速( 全球云計算市場規模(億美元)及同比增速(% )

    ▲全球 IDC 市場規模(億美元)及同比增速(% )

    成熟穩定、成本更優,HDD 成數據中心標配。盡管 SSD 可以發揮閃存性能上帶來的應用加速,但大量的數據存儲依然需要生命周期更長、成熟穩定、成本更優的 HDD 企業級大容量硬盤來支撐。在數據中心、云存儲的趨勢下,HDD大容量硬盤依然是企業數據中心的標配,市場需求有望進一步增長 。

    三、DRAM 戰場,50多年搏殺

    動態隨機存取存儲器( (Dynamic Random Access Memory )DRAM 是一種半導體存儲器, 通常以一個電容和晶體管為一個單元排成二維矩陣。DRAM 利用電容內存儲電荷情況來代表二進制比特是 1 或 0。由于晶體管電路會有漏電電流,導致電容上所存儲的電荷數量并不足以正確地識別。因此 DRAM 需要周期性地充電,因此被稱為“動態”存儲器。

    DRAM 基本的操作機制分為讀(Read )和寫(Write)。讀的時候先讓字線(Bitline)充電到操作電壓的一半,開關晶體管(由位線控制),若電容內部存儲的值為 1,則 Bitline 的電壓會被電荷共享抬高到高于操作電壓的一半;反之,若內部存儲的值為 0,則會把 Bitline 的電壓拉低到低于操作電壓的一半。得到 Bitline 電壓后,經過放大器判別出內部值為 0 或 1。寫的時候把晶體管打開,若要寫 1 時則把 BL 電壓抬高到操作電壓使電容上存儲著操作電壓,若要寫 0 時則把 BL 降低到 0 伏特使電容內部沒有電荷。

    目前 DRAM 市場規模整體約 603 億,占總體存儲市場規模約 33%,位列數字存儲市場規模第一。 近年來受益于數據資料中心、智能手機、加密貨幣等市場需求,DRAM 市場規??傮w呈現上升趨勢,2019 年由于前期擴產能和去庫存等因素,市場規模有所下降。

    ▲近年來 DRAM 市場 規模及同比增速

    ▲2019 年DRAM 在存儲市場規模及占比

    自1966 年IBM 成功研發 MOS 型 RAM 存儲以來, 符合摩爾定律,每 18 個月集成度提升 1 倍。DRAM 型存儲運用的 MOS 技術,不僅能耗少、讀寫速度快且集成度高,因此 DRAM 成為而后數十年計算機內存的主流技術。截至2020年,三星已成功開發出基于 10nm 線寬的 DRAM 產品。

    在過去 50 多年里,存儲每 GB 價格總體呈現每 4~5 年價格變為 1/10,近年來 ,價格下降趨勢有所緩和。1973 年存儲每 GB 價格約為 3.22 億美元,數據存儲成本極高。隨著存儲技術的進步以及美、日、韓廠商之間的激烈競爭,存儲成本下降,2018 年每 GB 價格僅為 7.26 美元。

    ▲1973-2018 年DRAM 每 GB 價格(USD/GB )

    ▲1974-2018 年DRAM 每GB 價格變化幅度(% )

    DRAM 戰場硝煙彌漫,50 多年的搏殺,目前韓國企業獨占鰲頭,三巨頭成鼎立之勢 。近 10 年來 DRAM 市場集中度逐漸上升。DRAM 廠商從曾經的“百花齊放”形成目前的“三國鼎立”局面,三星、鎂光、SK 海力士成為 DRAM 領域最終玩家。

    ▲2001-2019 年DRAM 市場競爭格局趨勢

    ▲1975-2000 年DRAM 各國出貨變化情況

    1966 年由 DRAM 之父 IBM 的 羅伯特·登納德博士所在的 IBM Thomas J. Watson 研發中心成功研發 MOS 型晶體管+電容結構的 DRAM 存儲。1969 年加州的先進內存系統公司正式商業推出此款 DRAM。

    DRAM 型存儲運用的 MOS 技術, 不僅能耗少、讀寫速度快且集成度高 ,幫助存儲形式從笨重的磁鼓結構快速縮小,因此 DRAM 成為而后數十年計算機內存的主流技術。

    1970 年代前期Intel 一家獨大,占據全球超 80%份額。Intel 研究小組利用 MOS工藝開發出 1kb DRAM,并通過解決各項生產工藝缺陷,于 1970 年在其 3 寸晶圓廠成功量產 C1103,奠定了 DRAM 快速商業化的基礎。

    由于當時大中型計算機使用的磁鼓存儲器笨重昂貴,Intel 向計算機用戶大力宣傳 DRAM,1972 年憑借 1K DRAM 取得巨大成功。到 1974 年,Intel 的 DRAM市場份額達 82.9%。

    1970 年代后期,Mostek 擊敗 Intel ,成為 DRAM 市場最大廠商。1973 年美國其他廠商例如德州儀器、Mostek(由德州儀器的前員工于 1969 年創立)、日本廠商 NEC 等先后進入 DRAM 市場,德州儀器推出成本更低的 4K DRAM,Mostek推出針腳更少的 4K DRAM,均成為 Intel 的強勁對手。

    1976 年,Mostek 推出的 MK4116 采用了 POLY-II(雙層多晶硅柵工藝),容量達 16K,大獲成功,占領 75%的 DRAM 市場。而后繼續持續推出新產品,進一步獲得市場份額,在 70 年代后期,一度占據 DRAM 市場 85%份額。但后來為應對來自資本市場的惡意收購,導致股權結構大幅變動,經營戰略發生調整,管理層動蕩及技術人員流失,公司發展遭遇較大障礙。1978 年四個 Mostek 的離職技術人員創立了另一個未來的存儲巨頭–鎂光。

    回顧來看, 來看,Intel 由于多線作戰 焦點分散 、技術路徑選擇及市場預判失誤,喪失了 DRAM 的技術先發優勢,DRAM 市場份額呈現較快下降。Intel 的存儲一度風光無限,而后逐步喪失領先,令人唏噓,以后有機會再詳細展開。

    1976 年日本 VLSI 聯合研發體成立,設立了 6 個實驗室,從高精度加工技術、硅結晶技術、工藝處理技術、監測評價技術、裝置設計技術等方向入手,成功攻克了包括電子束光刻機、干式蝕刻裝置等半導體核心加工設備,以及領先的制程工藝和半導體設計能力。在VLSI項目的推動下,日企1977年研制成功64K DRAM,已成功趕上美企 DRAM 研發進度。

    隨后日本 DRAM 產業進入增長爆發期。1983 年日本 DRAM 內存在美國市場大獲成功,當時主流提供 256K 內存公司中,日本企業有富士通、日立、三菱、NEC、東芝等多家,而美企僅有摩托羅拉,而僅 NEC 九州工廠的 256K DRAM月產量,就高達 300 萬塊。1984 年,日立生產的 DRAM 內存已開始采用 1.5um生產工藝,三菱甚至公開 4M DRAM 關鍵技術。到 1986 年,僅東芝一家,每月 1M DRAM 產量就超過 100 萬塊。

    ▲1980 年代日本 DRAM 崛起

    “ 低價 優質”日本產品橫掃美國市場, 美國市場,Intel 含恨退出。到 1980s 年代中期,日本廠商的 DRAM 產品技術領先,產品質量更好而價格卻更低,幾乎橫掃了美國市場。截至 1986 年,日本存儲器產品的全球市場占有率上升至 65%,而美國則降低至 30%。1985 年,陷入泥潭的 Intel 不得已宣布退出 DRAM 市場。

    ▲1980-1989 年 年存儲平均價格( 存儲平均價格($/Mbyte )

    ▲日立 1984-1991 年股價年漲跌幅(% )

    其實早在日本啟動VLSI 研究項目的同時(1976 年),韓國政府已在龜尾產業區建立韓國電子技術研究所(KIET),分為半導體設計、制程、系統三大部門,并都交由從美國半導體產業回來的技術專家負責,大量招收美國歸來的韓系工程師,集中研發集成電路關鍵技術。但直到日本 DRAM 廠商受到打壓,韓國半導體企業才真正獲得良機。

    1985 年美國里根總統開啟了第二屆任期,而隨著美國與蘇聯的冷戰威脅減弱,以及美國政府赤字急劇增加,美國政府對日本經濟的扶持政策發生了轉變,日美貿易摩擦逐步增加,1985年美國主導的《廣場協議》開啟了日元升值之路,美國半導體協會也發起了對日本半導體等產品的反傾銷訴訟,而后達成了對日本半導體產品的價格監督協議。上述種種,直接導致日本 DRAM 產品價格大幅提升,產品性價比快速下降,這給了韓國半導體產業可乘之機。

    1970 年代中后期開始,韓國三星,LG、現代和大宇等財閥,通過購買、引進 DRAM 技術專利及加工設備,對其進行消化吸收并在此基礎上持續投入研發,以追趕技術差距。直到 1980 年代后期,家用 PC 電腦興起,且產品換機時間大幅縮短為3-5 年,普通消費者對價格敏感,而對使用壽命要求不高,且日本半導體產品受到美國壓制,韓國 DRAM 產品才得以逐步擴大市場份額。

    此后,三星繼續提高研發投入,到 1996 年又開發出第一個 1GB DRAM。三星電子 DRAM芯片出口額達到 62 億美元,位居第一;現代電子居世界第三。截至 2000 年,占 DRAM 份額前五的韓廠有兩家,分別為三星和現代,其中三星占 23.00%,位居第一;現代占 19.36%,位居第三,韓廠領導 DRAM 市場。

    ▲2000 年 DRAM 市場格局

    ▲1975-2000 年DRAM 市場份額變化情況

    三星電子受益 三星電子受益 PC 電腦興起快速成長。1995 年受益于 Windows95 的帶起電腦銷售熱潮,三星電子營收從 1994 年的 143.75 億美元增長至 1995 年的 242.96億美元,毛利率和凈利率也同比增長。1996-1998 年間由于 DRAM 價格下降,公司營收也體現出不同程度的下降。

    ▲三星 1993-1999 年營收及毛利 、凈利率情況

    ▲三星 1990-1999 股價年漲跌幅(% )

    在日美韓的 DRAM 廝殺之中,鎂光科技 是為 數不多的存活下來美系 DRAM 廠商。1990 年到 1995 年,受益于 PC 的發展,鎂光營收從 3.33 億美元增長到29.53 億美元,復合增速達 54.70%;且毛利率和凈利率均呈現上升趨勢。然而1996-1998 年間,供過于求帶來的 DRAM 價格跌落驅動公司營收逐年下降,毛利率和凈利率也逐年下降,1998 年發生了虧損。

    ▲鎂光 1990-1999 年營收及毛利、凈利情況

    ▲鎂光科技 1990-1999 股價年漲跌幅(%)

    縱觀 1991-1999 年存儲價格走勢, 前半場價格先抑后揚,后半場加速下跌。1992年住友樹脂廠的爆炸導致內存價格回升,1995 年 Windows95 的發布也加大了對內存的需求。然而 1995 年底全球各 8 英寸廠產能持續開出,驅動 DRAM 市場由賣方市場變為買方市場,造成價格大幅跌落。各廠商被迫削減 4M DRAM產量,降低 DRAM 廠投資規模和進度,并開始主導推出 16M DRAM 產品。

    ▲1990-1999 年存儲平均價格( 存儲平均價格($/Mbyte )

    2000 年全球遭遇互聯網危機,DRAM 價格跳水。1996-1998 年由于產能過剩引起的價格跌落在 1999、2000 年得到緩解。然而好景不長,2000 年全球遭遇互聯網危機,PC 市場規模大幅下降,而三星、鎂光、海力士、英飛凌等龍頭企業剛經歷擴產,供大于求引起了 DRAM 價格跳水,2001 年,DRAM 市場規模從 288 億美元跌至 110 億美元。

    2002-2006 年,價格壟斷和汽車領域 需求增長,驅動 DRAM 市場有所恢復。盡管 2005 年全球 GDP 下滑,PC、手機產能過剩導致需求增速放緩,但這一階段整體 DRAM 市場增長良好。2006 年,三星開發出世界第一個 50nm 1GB DRAM;海力士開發出世界最高速的 200MHz 512MB Mobile DRAM;2009 年三星開發出世界第一款 40nm DRAM 等等。隨著結構尺寸的縮小,存儲器工作速度增加,功耗降低,提高了自身的性能。

    2007-2012 年,金融危機疊加供過于求導致 DRAM 市場遭受暴擊 ,行業面臨洗牌 。2007 年微軟推出 Vista 系統,該系統對內存消耗較大,DRAM 廠商預期內存需求大增紛紛增加產能,但 Vista 銷量不及預期。導致供過于求。與此同時,三星仍然進一步擴大產能,加劇了行業虧損。2008 年,全球金融危機,DRAM價格更是一路下降,甚至跌破材料成本。經過短暫恢復,各大廠商開始向新工藝發展、擴大產能,2011 年,DRAM 供應量再次超過實際需求,奇夢達和爾必達先后宣布破產。

    ▲20 年代 存儲平均價格 趨勢($/Mbyte )

    三星、鎂光、海力士成 DRAM 領域最終玩家。經歷了 1999 年是內存界格局的巨變,現代與 LG 合并,后從現代集團拆分改名海力士;鎂光收購德州儀器內存部門。到 2001 年三星、鎂光、海力士、英飛凌占據市場 8 成份額。英飛凌因 2008 年金融危機,將內存部門拆分出去。直到 2011 年,DRAM 供應量再次供大于求,而價格暴跌。奇夢達和爾必達先后宣布破產,三星、海力士、鎂光成為 DRAM 領域形成三國鼎立之勢。

    ▲2001-2010 年DRAM 市場份額逐步向三巨頭集中

    從 DRAM 市場 市場 變化分析對 對 SK 海力士和鎂光的 海力士和鎂光的 財務影響。從 SK 海力士和鎂光科技表現來看,1999 年和 2000 年兩者營收穩步上升。但隨后 DRAM 市場價格跳水,兩者 2001 年營收大幅下降,且毛利率和凈利率進一步下降。隨后市場回暖,2002-2006 年,營收呈現溫和上升趨勢,毛利潤和凈利潤表現有所改善。而 2007 年 Vista 銷量不及預期疊加 2008 年全球金融危機再一次給公司營收帶來床上,毛利潤甚至為負。DRAM 市場短暫恢復后,2011 年供過于求局面再次出現,毛利率和凈利率再次下降。DRAM 領域奇夢達、爾必達等廠商未能撐過此次危機,先后宣布破產。

    ▲SK 海力士 1999-2012 年經營情況

    ▲鎂光 1999-2012 年經營情況

    2010 年以后,三星、海力士形成三國鼎立局面。2014-2015 年,三大DRAM 廠商為提高自身市占率,繼續大打價格戰,DRAM 價格不斷下跌。

    2017-2018 年,受益于數據資料中心、智能手機市場需求,DRAM 市場迎來增 長。服務器 DRAM、移動 DRAM 需求成長,DRAM 廠商的供應量增長低于市場需求量,DRAM 價格一路上揚。此外,運算加密貨幣所需的繪圖型 DRAM 推動了市場供不應求加劇。

    ▲2010 年代 DRAM 市場呈現三足鼎立

    ▲2013-2017 年存儲平均價格($/Mbyte)

    2019 年,由于前期產能擴張和去庫存因素,存儲芯片價格下跌較多。 加密貨幣市場價格崩塌、智能手機市場進入成熟期,驅動市場進一步需求疲軟,DRAM市場規模下降。最后 DRAM 廠商從曾經的“百花齊放”形成目前的“三國鼎立” 廠商從曾經的“百花齊放”形成目前的“三國鼎立”局面,三星、鎂光、 局面,三星、鎂光、SK 海力士成為 DRAM 領域最終玩家 領域最終玩家 ,三家合計市場份額達 95% ,分別為 43.5% ,29.2%和 22.30%。

    ▲2010-2019 年DRAM 資本開支及同比增速

    ▲2011-2019 年全球 DRAM 市場規模

    從鎂光和 SK 海力士的經營情況看,2015-2016 年 DRAM 價格下降較快,兩者毛利率均比較低迷。2017-2018 年受益于數據資料中心、智能手機等需求的增長,以及廠商對供應量的控制,DRAM 量價齊升,營收增長,毛利率增長。2019年營業收入同比下降,主要原因是前期產能擴張和去庫存等。

    ▲2013-2019 年營收情況(億美元)

    ▲2013-2019 年毛利率趨勢(% )

    在過往歷史中,中國臺灣也與韓國同時期發力 DRAM 產業 產業 ,最終發展三十 多年來卻成效不大 ,值得中國企業引以為戒 。產業認為一方面原因在于臺灣政府對DRAM 產業支持力度有限,缺乏產業主導能力,導致臺灣 DRAM 產業始終小而散,無法建立起足夠的競爭優勢,失去了寶貴的時機。另一方面,由于半導體產業門檻高、周期強,只有擁有強大融資能力及產業定力的企業,在產業低谷時才能抵御虧損的壓力,而在平常時候,又需要持續高強度的資本支出保持技術及規模優勢,而小而散的企業,往往抵御風險能力不強,投資資本強度也不夠,從而一直處于被動和落后的狀態。

    縱觀、 美國、 日本 、韓國與中國臺灣半導體 發展史 , 可以有幾點經驗分享與探討。

    1 、 半導體行業, 具有一定程度的后發優勢 ,核心設備的迭代至關重要 。由于半導體工藝、設備及材料進步非???,而新玩家進入半導體行業時,沒有歷史資產及折舊包袱,并有機會用新設備及新材料,從而達到更好的產出率及更高的產品良率,故有一定的“后發優勢”。從日、美、韓的經驗顯現,中國半導體產業希望實現反超,離不開關鍵設備的迭代能力,但若希望基業長青,設備自主創新能力就至關重要。

    2、半導體產 業 , 初期成長,需要擁有較為可靠的電子中游制造及品牌 終端予以支持。日本、韓國能實現后發而先至,在成長初期,都基于已經擁有較好的電子中游制造能力及品牌終端需求支持,兩者缺一不可,這也是為什么除德國以外,其他國家始終沒有較大的 DRAM 廠商進入歷史舞臺。而中國目前迎來了較好的時機,也即是中國強大的電子中游制造能力及本土品牌終端的崛起,給予中國半導體產業良好的成長土壤。

    3、 半導體產業,需要人才,需要資金,更需要產業定力。從日本、韓國等 DRAM發展歷史經驗顯示,舉國體制、單點突破及以點帶面是發展半導體產業的有效方式。當前的半導體產業需要數以千億計的資本實力、以數十年計的產業定力,才能形成合力并堅持到產業的黎明。而從中國臺灣 DRAM 廠經驗中了解,若沒有此時此地的魚死網破及孤注一擲,也很難看到彼時彼地的美好未來與錦繡明天,一旦選擇開始,則必須全力以赴,沒有退路。

    四、FLASH:新一代存儲主力

    閃存(Flash) 是屬于內存器件的一種,其具有非易失性( Non-Volatile )。在沒有電流供應的條件下也能夠長久地保持數據,其存儲特性相當于硬盤,這項特性正是閃存得以成為各類便攜型數字設備的存儲介質的基礎。

    閃存是一種電壓控制型器件,其存儲單元類似 MOSFET(金屬-氧化物半導體場效應管)的三端器件,有源極、漏極和柵極。而其在柵極與硅襯底之間有額外一層柵極,用以存儲電荷,名稱為“浮置柵極”其外部包裹二氧化硅絕緣層,因此電荷不會泄漏,所以閃存具有記憶能力。

    NAND FLASH 和 NOR FLASH 是閃存的兩大主要產品。NAND 擦和寫均是基于隧穿效應,電子穿過浮置柵極與硅基層之間的絕緣層,對浮置柵極進行充電(寫數據)或放電(擦除數據);NOR 在擦除數據時也基于隧穿效應,但在寫入時采用熱電子注入方式。這一不同點也驅動 NOR 的工作功耗高于 NAND。

    NAND FLASH 寫入速度方便,而 NOR FLASH 讀取速度快。FLASH 器件在寫入操作前必須先執行擦除,NAND 擦除操作簡便,而 NOR 則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫入數據,然后才能做擦除,因此 NAND 寫入速度比 NOR 快很多。

    NOR FLASH 應用簡便。NOR 帶有通用的 SRAM 接口,可輕松掛接在 CPU 地址、數據總線上,應用程序可以直接在閃存內執行。而 NAND 則使用復雜的 I/O口來串行讀取數據。另外,由于 NAND 共用地址和數據總線,需要額外聯結一些控制的輸入輸出。

    ▲2019 年 FLASH 在存儲市場規模及占比

    FLASH MEMORY 市場規模整體約 460 億~480 億美元, 占總體存儲市場規模約 26% ,位列數字存儲市場規模第三。其中 NAND FLASH 約為 440 億美元,Nor FLASH 約為 20 億美元。

    NAND FLASH 市場規模整體呈現上升趨勢。NAND 技術不斷進步,2D NAND向 3D NAND 轉變, 3D NAND 堆疊層數提升,存儲容量增長。隨著消費類產品如智能手機以及企業 SSD 需求的增長,NAND 市場規模呈現上升趨勢。

    NAND FLASH 市場集中度較高。2019 年形成三星、鎧俠、西部數據、鎂光、SK 海力士、Intel 主導的 NAND FLASH 市場格局,分占市場份額的 33.5%、18.9%、14.3%、13.5%、9.7%和 9.5%,行業 CR4 達 80.2%。

    ▲2010-2020 年 NAND 市場規模

    ▲2001-2019 年 NAND 市場競爭格局趨勢

    盡管 NOR FLASH 寫入和擦除速度較慢,但讀取速度較快。初期電腦、筆記本以及功能手機等均應用 NOR Flash 產品,主要需求在于系統底層程序讀取,而對寫入和擦除要求不高,因此在功能手機時代,NOR FLASH 風靡一時。2005-2016 年智能手機快速崛起,NAND FLASH 的高密度存儲優勢逐漸顯現,大規模替代 NOR FLASH。2016 年 NOR FLASH 市場規模跌入谷底。

    近年來, NOR FLASH 市場規模逐漸擴大。 當電子設備啟動時,需要從存儲芯片內讀取系統信息并運行,該存儲芯片需要滿足可執行運行程序且掉電后存儲的數據不丟失。DRAM 掉電后數據會丟失,而 NAND FLASH 無法執行程序,因此 NOR FLASH 應用極其廣泛。以 TWS 耳機為代表的可穿戴設備、手機屏幕顯示的 AMOLED 和 TDDI 技術,以及功能越來越強大的車載電子領域,成為NOR FLASH 市場空間獲得重新增長的主要動力,2016 年開始,NOR FLASH市場規模逐步擴大。

    近年來中國臺灣廠商 NOR FLASH 份額較高 大陸 廠商兆易創新位列第 兆易創新位列第 3。 臺灣旺宏、華邦和大陸的兆易創新在 NOR FLASH 的市場份額逐漸上升,而三星、美光等半導體大廠逐漸退出。2020年,旺宏、華邦、兆易創新分別占NOR FLASH市場的 26%、25%、19%。

    ▲2006-2019 年全球 NOR FLASH市場規模(億美元)


    ▲Nor flash 市場格局變化趨勢整理

    FLASH 單位 GB 價格不斷下降。2003 年 FLASH 價格約為 228 美元,到 2017年該價格下降至 0.22 美元。隨著 2D NAND、3D NAND 的陸續出現及技術的成熟,FLASH 單位 GB 價格不斷下降。

    ▲2001-2018 年FLASH 每GB價格(USD/GB )

    ▲2001-2018 年FLASH 每GB價格變化幅度(%)

    Flash Memory(閃存)由東芝公司的當時舛岡富士雄博在 1980 年申請叫做simultaneously erasable EEPROM 的專利,但東芝剛開始疏忽了它。1984 年,舛岡富士雄博在 IEEE 國際電子元件會議上正式發表了這項發明。

    1986 年,Intel 迅速注意到這項發明的巨大潛力,并成立專注于 SSD 的部門;

    1988 年,Intel 根據這個發明,進而生產了第一款 256Kbit NOR 閃存芯片。

    1987 年,舛岡富士雄博士又發明了 NAND 閃存。NAND 閃存憑借更快的寫入效率、和更低的生產成本,很快成為手機等主流存儲介質。

    從后期發展來看, 從后期發展來看,NAND 集成度高、成本較低,讀寫速率適中,非常適合用于 集成度高、成本較低,讀寫速率適中,非常適合用于消費電子設備的大量數據存儲介質, 隨著手機 、筆記本電腦 等 市場需求 ,市場規模 迅速增長 。而 NOR Flash 物理底層架構導致單位成本較高,因此沒有大范圍成為存儲主流介質。

    而 NOR Flash 具有較高的讀取效率,較低的擦/寫速度,因此運用場景更像只讀 ROM 的一種,特點是寫入一次,基本上就不再擦寫,只用于讀取,且可以直接掛在數據總線上,運行程序效率異常高,用于各種嵌入式體系的基礎系統存儲。

    1988 年起, 多家廠商推出閃存產品, 便攜式電腦 推動閃存第一波成長。1988年,Intel 推出首款商用閃存芯片,主要用于計算機存儲。同年閃迪成立。此后,閃迪、Intel、西部數據、三星、東芝等廠商都推出了閃存產品。閃存市場呈現較快增長。

    在 1991 年規模達到 1.35 億美元,1992 年達到 2.70 億美元,1993年升至 6.40 億美元。1994 年年中,Intel 推出的奔騰處理器以及同步推出的筆記本大受市場歡迎,閃存市場在 1994 年規模達到 8.65 億美元,1995 年直接增長至 18.60 億美元。

    1997 年起 ,手機帶動消費級閃存市場 ,迎來再次爆發 。1996 年。東芝推出了SmartMedia 存儲卡,也稱為固態軟盤卡。三星開始發售 NAND 閃存。SanDisk推出了采用 MLC 串行 NOR 技術的第一張閃存卡。1997 年,第一部手機開始配置閃存,消費級閃存市場就此打開。1999 年,受益于手機、數碼相機、便攜式攝像機、PC 機外存、MP3 播放器等新生代信息電器,FLASH 憑借其性能可靠性和應用靈活性,市場規模迅猛提升,到 1999 年,市場規模上升至 45.61億美元。

    ▲1990-1999 FLASH 市場規模(億美元)

    1991 年,僅有 Intel 決定全新投入閃存業務,但 AMD、SGS-Thomson、富士通等在注意到 Intel 的轉變后,也進入了閃存的生產。1992 年,Intel 一家占據 FLASH 市場份額的 75%,AMD為第二大廠商,占據 10%。然而到 1999 年底,Intel 的市場份額下滑到 26%,AMD 占 16%,富士通占 15%,夏普占 13%。


    ▲1992 年FLASH 市場格局

    ▲1999 年 FLASH 市場格局

    NAND 產品性價比提升, 固態硬盤開始加速發展。2004 年,NAND 價格首次低于基于同等密度的 DRAM 價格,固態硬盤開始大范圍進軍筆記本電腦市場。2005 年,三星率先采用 70nm 制程量產 NAND 閃存,鎂光也推出 NAND 產品,NAND 總發售容量超過 DRAM。繼 2006 年,希捷和三星推出混合硬盤后,各廠商陸續推出固態硬盤產品,戴爾、蘋果對自身筆記本電腦配置 SSD,帶動了SSD 的需求,也促進了 SSD 技術的發展。

    市場需求日益增長,多家半導體廠商進入閃存市場。1990 年代末,閃存市場規模持續擴大,現存的閃存廠商無法完全滿足日益增長的市場需求,三星、東芝、閃迪等半導體廠商抓住市場擴大機會,進入閃存市場。此外,由于 FLASH 平均價格高于 DRAM 平均價格,部分生產 DRAM 的公司也紛紛將 DRAM 產線轉移至 FLASH。截至 2005 年末,閃存廠商已從 1995 年的少于 15 家增長至至少28 家。

    ▲2001-2014 年FLASH 市場格局

    ▲2001-2005 FLASH 和 和 DRAM 平均價格(USD/unit)

    2005 年,FLASH 價格大幅下降,一方面是由于數碼相機市場的衰退導致需求急劇減少;另一方面是因為進入閃存市場廠家增多,價格競爭日益激化。

    ▲2000-2010 年 FLASH 市場規模(億美元)

    ▲2001-2010 FLASH 平均價格

    3D NAND 技術不斷提升,SSD 面向企業級 應用發展。2012 年,三星創造了3D NAND,推出第一代 3D NAND 閃存芯片。隨后,閃迪、東芝、Intel、西部數據發售 3D NAND 產品。3D NAND 技術不斷發展,堆疊層數不斷提升,容量越來越大。2014 年,閃迪推出企業級 SSD。Intel 著手向企業級市場發售 3DNAND 產品,而鎂光則改道消費級市場發售 SSD。

    ▲企業級 SSD 出貨量走勢(萬個)

    通過整合并購,NAND FLASH 市場集中度逐步提 高,由三星、鎧俠、西部數據、 鎂光、海力士等主導。2011 年起,LSI 收購 Sandforce、SanDisk 收購 IMFT、蘋果收購 Anobit、Fusion-io 收購 IO Turbine。此后。2011-2019 年間,收購事件不斷,2016 年西部數據收購 Sandisk。到 2019 年形成三星、鎧俠、西部數據、鎂光、SK 海力士、Intel 主導的 NAND FLASH 市場格局,分占市場份額的 33.5%、18.9%、14.3%、13.5%、9.7%和 9.5%,CR6 高達 99.4%。

    ▲2019 年 NAND FLASH 市場競爭格局

    2016 年和 2017 年,NAND 價格迎來翻倍。當時處于 2D NAND 向 3D NAND切換空窗期,NAND FLASH 供應減少,而需求端智能型手機和 SSD 容量需求依然增長,導致供不應求,引起 NAND FLASH 價格增長一倍多。2018 年原廠不斷擴大 64 層/72 層 3D NAND 產量,導致市場供過于求,價格下降。

    ▲NAND FLASH 單位出貨價格趨勢 ($/unit)

    ▲NAND 閃存市場規模(億美元)

    SSD 在 消費類、數據中心以及行業應用需求強勁。SSD 全球出貨量從 2015 年的 1.3 億臺增長至 2020 年的 3.21 億臺,復合增速高達 19.82%。全球 SSD 市場消耗的產能已從 2016 年的 38%上升到 43%,尤其是企業級 SSD。

    SSD 搶占 HDD 市場,價格下滑是其成長動力,尤其是在消費類市場。2016 年和 2017 年由于 NAND FLASH 缺貨,SSD 價格上漲,抑制了市場需求的增長。2018年以來,SSD價格持續下滑,其中240GB和480GB價格累積跌幅達45%、52%,也正因為價格的下滑大大刺激了市場需求向更大容量的 240GB、480B、960GB 普及。

    ▲2015-2020 年 SSD 出貨量(億)

    ▲2013-2017 SSD 平均價格

    NOR FLASH 歷經十年低迷,新應用催生新增長 歷經十年低迷,新應用催生新增長。盡管 NOR FLASH 寫入和擦除效率較低,但讀取速度較快。功能手機主要需求在于內存數據讀取,而對寫入和擦除要求不高,因此在功能手機時代,NOR FLASH 風靡一時。2005-2016年智能手機快速崛起,NAND FLASH 的高密度存儲優勢逐漸顯現,大規模替代NOR FLASH。2016 年 NOR FLASH 市場規模跌入谷底。

    近年來, NOR FLASH 市場規模逐漸擴大。當電子設備啟動時,需要從存儲芯片內讀取系統信息并運行,該存儲芯片需要滿足可執行運行程序且掉電后存儲的數據不丟失。RAM 掉電后數據會丟失,而 NAND FLASH 無法執行程序,因此 NOR FLASH 應用極其廣泛。以 TWS 耳機為代表的可穿戴設備、手機屏幕顯示的 AMOLED 和 TDDI 技術,以及功能越來越強大的車載電子領域,成為NOR FLASH 市場空間獲得重新增長的主要動力,2016 年開始,NOR FLASH市場規模逐步擴大。

    新興廠商進入,主攻 NOR FLASH 。不同于 NAND FLASH,NOR FLASH 市場出現了很多相對較小的廠商。2018 年,旺宏、賽普拉斯、華邦、鎂光、兆易創新分占 NOR FLASH 市場閨規模的 21%、21%、21%、18%、11%。2021 年第一季度旺宏的市場份額上升至 26%,華邦上升至 25%、兆易創新上升至 18%,而鎂光退出前四大 NOR FLASH 公司。

    ▲2006-2019 年全球 NOR FLASH

    ▲2018 年 NOR FLASH 市場格局

    長江存儲的自主開發 3D NAND 快速量產,將迎來收獲期快速量產,將迎來收獲期。2016 年 3 月 28 日國家存儲器基地在武漢啟動,同年 7 月 26 日,總投資約 1600 億的長江存儲科技有限責任公司正式成立,長江存儲項目是 2016 年國家大基金單筆出資最大的項目。公開資料顯示,截至目前長江存儲已在武漢、上海、北京等地設有研發中心,全球共有員工 6000 余人,其中資深研發工程師約 2200 人。通過不懈努力和科技創新,長江存儲致力于成為全球領先 NAND 閃存解決方案提供者。

    2020 年 3 月,大基金二期表示積極支持湖北產業發展,將投資 800 億元左右于長江存儲。此外,2020 年,長江存儲宣布 128 層 TLC/QLC 兩款產品研發成功,且推出致鈦系列兩款消費級 SSD 新品。據日經社報道,長江存儲有望在 2021年底占據全球 NAND 市場份額的 7%。

    五、國內存儲產業鏈

    隨著半導體產業東移,我國相關行業玩家近些年成為了國際半導體產業鏈不可或缺的環節,并且我國又是半導體消費大國,國內需求基礎堅實。以下我們來梳理下存儲行業國內的主要玩家:

    存儲制造端: 長江存儲、長鑫存儲。

    武漢長江存儲:自研 3D NAND 堆疊工藝,引領全球。計劃總投資約 1600 億,全球員工已超 6000 余人,其中資深研發工程師約 2200人,已宣布 128 層 TLC/QLC 兩款產品研發成功,且進入加速擴產期,目前產能約 7.5 萬片/月。

    合肥長鑫存儲:DRAM 大廠產能快速建設。計劃總投資超過 2200 億元,已經建立了一支擁有自主研發實力、工作經驗豐富的成建制國際化團隊,員工總數超過 2700 人,核心技術人員超過 500。 2020年 11 月,大基金等產業資本增資長鑫母公司 149 億,且產業鏈預計長鑫存儲17nm 內存有望明年問世,目前預計產能可達 12 萬片/月。

    存儲芯片設計公司 :兆易創新、瀾起科技。

    兆易創新:Nor Flash 領先企業,積極布局 NAND 、DRAM 領域,打開成長天 領域,打開成長天花板。2019 年公司存儲芯片營收 25.56 億元,歷年閃存芯片累計出貨超 100 億顆;研發實力突出,已積累 638 項授權專利。Nor Flash 全球第三,38nm SLC NAND制程產品穩定量產。與長鑫存儲合作開發 DRAM,2021 年計劃采購 DRAM 產品 19.33 億元,并投入 3000 萬元于產品聯合開發平臺。

    瀾起科技:內存接口芯片全球前三, DDR5 蓄勢待發。

    2020 年公司內存接口芯片營收 17.94 億元。公司研發實力雄厚,發明的 DDR4全緩沖“1+9”架構被采納為國際標準;且是 JEDEV 固態技術協會董事會成員,具有重要話語權。已完成第一子代 DDR5 RCD 研發,完成小批量出貨。拓展配套電源管理芯片、溫度傳感器、串行檢測芯片,力爭提供一站式解決方案。預計 2021 年下半年實現 DDR5 上量。

    存儲涉及設備類公司:中微公司、北方華創等。

    中微公司:國產 CCP 刻蝕龍頭,ICP 刻蝕機進入驗證期。2020 年公司刻蝕設備收入 12.89 億元。核心技術人員超 400 人,是國產替代化進程領跑者。CCP 刻蝕設備可應用于 64 層 3D NAND 量產,并正在開發新一

    代 128 層關鍵刻蝕產品。ICP 刻蝕設備已進入驗證期,且繼續研發 1Xnm DRAM芯片和 128 層以上 3D NAND 芯片的刻蝕需求。2020 年定增 100 億元,擴張產能加強研發;投資上海睿勵檢測設備公司,豐富產品線。

    北方華創:半導體設備領先企業,刻蝕、薄膜沉積多產品發展。2019 年公司電子工藝裝備 31.91 億元,涉及刻蝕機、薄膜沉積設備、清洗機等多種存儲所需設備。技術和人才競爭優勢顯著,研發人員超 1000 人,先后完成 12 寸 90-28nm 制程刻蝕機公關工作,PVD、CVD、PVD 技術儲備均達28/14nm 節點。14nm 制程刻蝕機設備已交付驗證,將持續推進對先進制程設備的研發。

    精測電子:從 0 到 到 1 ,全面布局半導體前道、后道檢測領域。2019 年公司在半導體設備板塊實現零的突破,實現營收 469.56 萬元,已基本形成在半導體檢測前道、后道全領域的布局。國產化研發進程快,已取得 934項專利。合資武漢精鴻聚焦 ATE 領域,有效利用 IT&T 存儲領域積累,加快研發進程,已實現小批量訂單。定增投資上海精測 7.43 億元,膜厚產品已取得批量重復訂單,預計電子顯微鏡等相關設備將推向市場。

    盛美半導體:單晶圓清洗設備龍頭,承擔清洗設備國產化重任。2020 年實現營收 1.57 億美元。公司擁有自主研發的 SAPS 和 TEBO 兩項清洗技術,推出的 Ults Tachoe 清洗設備可將硫酸使用量降低十倍。2021 年 1 月 8日,首臺應用于大功率半導體器件制造的新款 12 寸單晶圓薄片清洗設備通過量產要求,提前驗收??偼顿Y 8.8 億元的盛美臨港項目,計劃于 2023 年竣工并開始試營,2026 年將達產 130 臺。

    沈陽拓荊:國內 PECVD 行業翹楚。公司已形成具有資深經驗的國內外專家團隊,通過多年技術積累,累計申請專利 453 項。12 寸 PECVD 設備 PT-300 是我國首臺自主研發的大規模集成電路專用薄膜生產設備。3D NAND PECVD 設備可實現超過 128 對的 SiO2、SiN多層薄膜堆疊結構,已出廠至客戶端。2019 年獲立霸股份 1.33 億元投資,將進一步加快對 PECVD 的研發。

    華海清科:首個國產 CMP 制造商。2019 年 CMP 設備營收 1.95 億元,建立穩定高效研發體系,授權及發明專利200 余項。作為國內唯一實現量產的 12 英寸 CMP 供應商,設備已取得量產應用,累計出貨 43 臺。CMP 設備在 3D NAND 已突破至 128 層,DRAM 領域突破至 1X/1Ynm。2020 年開始科創板上市進程,擬募資 3.5 億元用于 CMP 設備的進一步研發。

    存儲涉及材料類公司:滬硅產業、鼎龍股份、安集科技等。

    滬硅產業:大硅片國家隊,定增發力 300mm 硅片。2020 年實現營收 18.11 億元。技術優勢顯著,300mm 大硅片和 200mm 及以下半導體硅片認證產品數量持續增加。認證 300mm 硅片累計超過 50 種,實現了 64 層 3D NAND 產品驗證,19nm DRAM 芯片和 128 層 3D NAND 產品正處于認證和研發中。2021 年 2 月 25 日,定增募集 50 億元,擬使用 15 億元用于300mm 高端硅片研發與芯片制造,預計將新增 30 萬片/月可應用于先進制程的300mm 半導體硅片產能。

    鼎龍股份:拋光墊半導體材料龍頭,延續良好態勢。 2019 年 CMP 拋光墊業務實現營收 1233 萬元。公司研發實力雄厚,擁有專利500 余項。CMP 拋光墊產品布局完善,成熟制程產品持續開拓市場,先進制程產品已獲得客戶訂單。清洗液產品研發進展良好,已向客戶推介。2021 年 1 月15 日公告擬投資 1.67 億元建設集成電路 CMP 拋光墊項目,目標拋光墊年產能50 萬片,投資 2 億元建設年產 1 萬噸集成電路制造清洗液項目。

    安集科技:拋光液新產品放量。2019 年拋光液實現營收 2.36 億元。公司持續加大研發投入,技術人員穩定增長,已獲得 199 項發明專利,另有 216 項發明專利申請已獲受理。鎢拋光液已有多款產品應用到 3D NAND 先進制程,介電材料拋光液已在 3D NAND 先進制程中按計劃進行驗證。2019 年 IPO 募投中 1.2 億元用于 CMP 拋光液生產線擴建,2020 年前期研發產品受到客戶青睞,用量明顯上升。

    封測端:深科技、華天科技等。

    深科技:擬整合業務,聚焦存儲半導體封測。公司擁有 1600 余名技術人員,是國內最大的專業 DRAM 內存芯片封測企業,能夠實現封測技術自主可控。2020 年 10 月,公司公告與大基金二期設立合資公司,加碼存儲封測和模組制造,投資 30.67 億元建設 DRAM 存儲芯片封測/存儲模組/NAND Flash 存儲芯片封裝業務,以及產能分別達 4800 萬顆/246 萬條/320 萬顆。2021 年 2 月 24 日,公告稱擬整合通訊與消費電子業務,聚焦存儲半導體封測。

    華天科技:定增擴產,提高封裝技術。2019 年集成電路業務實現營收 78.61 億元。公司擁有 2500 余名研發人員,持續開展集成電路先進封裝技術和產品研發,已開發 3D NAND 存儲器 16 層疊層封裝技術。2021 年 1 月 20 日,定增募資中 15 億元用于存儲及射頻類集成電路封測產業化項目,將形成年產 BGA、LGA 系列集成電路封裝測試產品 13 億只的生產能力。

    中國是全球數據增長最快的國家之一,2019年大數據儲量高達9.3ZB,2020年預計達到12ZB。而在這海量數據快速增長的背后,是對信息存儲市場需求的快速增長。國存儲芯片發展較晚,2016年以前行業幾乎沒有生產能力,存儲芯片極度依賴于進口。面對國外企業在存儲芯片行業所擁有的壟斷優勢,近年來中國開始在存儲芯片行業投入巨資, 加上國內廠商奮力追趕,已在部分領域實現突破,逐步縮小與國外原廠的差距。