乐竞体育

半导体存储器行业上下游产业链发展趋势分析及重点企业竞争战略规划研究预测

发表时间:2022-08-15 08:53:42 | 作者:乐竞体育

  集成电路产业是现代信息产业的基础,集成电路主要分为存储芯片、逻辑芯片、模拟芯片、微处理器芯片等。根据世界半导体贸易统计组织(WSTS)数据,2020年全球集成电路产业规模为3,612.26亿美元,其中存储芯片规模为1,174.82亿美元,约占集成电路产业总体规模的32.52%,与逻辑芯片共同构成集成电路产业的两大支柱。

  中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国半导体存储器行业市场发展态势及投资前景可行性报告》

  2、半导体存储器简介:存储器是指利用磁性材料或半导体等材料作为介质进行信息存储的器件,半导体存储器利用半导体介质贮存电荷以实现信息存储,存储与读取过程体现为电荷的贮存或释放,半导体存储是集成电路的重要分支。半导体存储器按照是否需要持续通电以维持数据分为易失性存储和非易失性存储,具体简要分类如下:

  (1)易失性存储:易失性存储主要指随机存取存储器(RAM)。RAM需要维持通电以临时保存数据供主系统CPU读写和处理。由于RAM可以实现对数据的高速读写,因此通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。

  RAM根据是否需要周期性刷新以维持数据存储,进一步分为动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)。动态随机存取存储器(DRAM)需要在维持通电的同时,通过周期性刷新来维持数据,故称“动态”存储器。DRAM结构简单,因此单位面积的存储密度显著高于SRAM,但访问速度慢于SRAM;此外,由于DRAM需要周期性刷新以维持正确的数据,因此功耗较SRAM更高。DRAM作为一种高密度的易失性存储器,主要用作CPU处理数据的临时存储装置,广泛应用于智能手机、个人电脑、服务器等主流应用市场。

  (2)非易失性存储:非易失性存储主要指只读存储器(ROM),无需持续通电亦能长久保存数据的存储器。早期的ROM产品信息首次写入后即固定下来,以非破坏性读出方式工作,只能读出而无法修改或再次写入信息,故称“只读”存储器。ROM经过不断演变发展,经过掩膜只读存储器(MaskROM)、可编程只读存储器(PROM)、

  可编程可擦除只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和快闪存储器(Flash)等阶段,已经突破原有的“只读”限制。Flash主要包括NANDFlash和NORFlash。NANDFlash是使用电可擦技术的高密度非易失性存储。NANDFlash每位只使用一个晶体管,存储密度远高于其他ROM;在正常使用情况下,Flash所存的电荷(数据)可长期保存;同时,NANDFlash能够实现快速读写和擦除。NANDFlash为大容量数据存储的实现提供了廉价有效的解决方案,是目前全球市场大容量非易失存储的主流技术方案。

  NORFlash特点在于允许CPU直接从存储单元中读取代码执行(eXecuteInPlace,XIP),即应用程序可直接在Flash内运行,而不必再读到系统RAM中;但NORFlash写入和擦除速度慢,因此不适宜作为大容量存储器,仅在小容量场景具有成本效益。

  (1)全球半导体存储产业在波动中呈现总体增长趋势:半导体存储器作为电子系统的基本组成部分,是现代信息产业应用最为广泛的电子器件之一。随着现代电子信息系统的数据存储需求指数级增长,半导体存储出货量持续大幅增长,另一方面,由于存储晶圆制程基本按照摩尔定律不断取得突破,单位存储成本在长期曲线中呈现单边下降趋势,市场的总体规模在短期供需波动中总体保持长期增长趋势。

  (2)DRAM与NANDFlash是半导体存储的主流市场:半导体存储市场中,DRAM和NANDFlash占据主导地位,2019年全球半导体存储器市场中DRAM占比达58%,NANDFlash约占40%,此外NORFlash占据约1%的市场份额。

  随着电子产品对即时响应速度和数据处理速度的要求不断提高和CPU升级迭代,DRAM器件的主流存储容量亦持续扩大。近年来随着NANDFlash技术不断发展,单位存储成本的经济效益不断优化,应用场景持续拓展,用户需求不断攀升。在长期增长的总体趋势下,DRAM和NANDFlash的短期市场规模与产品价格受到晶圆技术迭代与产能投放、下游终端市场需求、渠道市场备货,以及全球贸易环境等多重因素影响,供求平衡较为敏感。

  ①NANDFlash市场:根据中金企信统计数据,2020年全球NANDFlash市场实现销售额为571.95亿美元,较2019年增长24.17%。2012年至2017年,全球NANDFlash在数据爆炸中保持持续稳定增长,特别是2016年至2018年初,受4G智能手机等移动终端需求驱动,以及存储原厂的生产工艺从2D向3D升级造成的产能切换,NANDFlash供不应求,量价齐升,市场快速扩张。2018年初,4G智能手机市场经过数年发展趋于饱和,同时存储原厂基本完成3DNANDFlash的工艺升级,导致晶圆单位存储密度大幅度提升,NANDFlash供过于求,价格迎来拐点并持续下跌,而由于存储原厂产能投放充足,存储原厂持续将产能传导至渠道市场,市场规模仍保持增长惯性,直至2019年大幅回落。2020年受新冠疫情影响,居家办公、远程通信需求持续拉动个人电脑、服务器市场增长,同时全球产能受疫情管制措施干扰,DRAM与NANDFlash价格上涨,2020年市场规模实现增长。

  ②DRAM市场:根据中金企信统计数据,2020年全球DRAM市场实现销售额为663.83亿美元,较2019年小幅增长6.75%。DRAM市场由于集中度更高,主要供应商的产能布局和市场需求之间的动态平衡更为脆弱,存储原厂产能规划对市场价格和总体规模影响较大。2018年由于三大存储原厂DRAM制程切换中产能储备不足,与NANDFlash年初即迎来价格拐点不同,市场缺货行情支撑DRAM价格仍然保持增长至2018第三季度,并助推2018年市场规模实现较高增长,此后DRAM与NANDFlash同样受疲软需求拖累,2019年DRAM价格及市场规模均大幅跳水,2020年市场需求有所恢复性增长。

  4、半导体存储产业链特征:半导体存储产业链形态与逻辑芯片产业有所不同。逻辑芯片产业从1990年代起,受降低成本和提升效率等要素驱动,原来主流的IDM(设计-制造垂直整合)模式向产业链分工模式切换,Fabless(设计)、Foundry(制造)、Test(测试)各环节开始独立,产业链纵向分化;而半导体存储器由于布图设计与晶圆制造的技术结合更为紧密,半导体存储主要晶圆厂仍采用IDM模式经营。同时,半导体存储器核心功能即为数据存储,存储晶圆标准化程度高,应用场景所需的功能则在NANDFlash主控芯片设计、固件开发以及SiP封装等产业链后端环节实现。因此存储原厂完成晶圆制造后,仍需开发大量应用技术以实现从标准化存储晶圆到具体存储产品的转化。

  由于以上的产业特征,部分存储原厂凭借晶圆优势向下游存储产品领域渗透,同时独立的存储器供应商(含品牌商)应运而生。存储原厂的竞争重心在于创新晶圆IC设计与提升晶圆制程,在产品应用领域,囿于产品化成本等要素限制,原厂仅能聚焦具有大宗数据存储需求的行业和客户(如智能手机、个人电脑及服务器行业的头部客户)。存储原厂的目标市场之外,仍存在极为广泛的应用场景和市场需求,包括细分行业存储需求(如工业控制、商用设备、汽车电子、网络通信设备、家用电器、影像监控、物联网硬件等)以及主流应用市场中小客户的需求。

  存储器厂商面向下游细分行业客户的客制化需求,进行晶圆分析、主控芯片选型与定制、固件开发、封装设计、芯片测试、提供后端的技术支持等,将标准化存储晶圆转化为存储产品,扩展了半导体存储器的应用场景,提升了半导体存储器在各类应用场景的适用性,推动实现存储晶圆的产品化,是半导体存储产业链承上启下的重要环节。领先的存储器厂商在存储晶圆产品化的过程中形成品牌声誉,推动存储产品企业塑造自身的品牌形象,进而巩固其市场地位并改善利润空间,推动其增加研发投入,形成良性循环。

  5、产业链上游存储晶圆市场格局及技术路线:存储晶圆的设计与制造产业具有较高的技术和资本门槛,早期进入存储器领域的全球领先企业通过巨额资本投入不断积累市场竞争优势,全球存储晶圆市场被韩国、美国和日本的少数企业主导。国际领先的存储原厂凭借多年技术积累,不断提升晶圆制程以提高单位面积的存储密度和降低存储芯片功耗,随着制程工艺不断逼近极限,芯片设计与晶圆制造的研发门槛不断提高,研发资本投入不断增加。同时,主要存储原厂还需通过持续大额资本支出来投放成熟制程产能,维持规模优势和市场份额。

  (1)NANDFlash市场竞争格局及技术路线:NANDFlash全球市场高度集中,2020年全球NANDFlash市场规模为571.95亿美元,由三星电子、铠侠、西部数据、美光科技、SK海力士、英特尔六家公司主导,其中三星电子全球市场份额约34%,此外,SK海力士收购英特尔NANDFlash业务已于2021年获得主要市场监管当局批准,全球NANDFlash市场将进一步集中。

  技术路线方面,主要存储原厂在激烈竞争中不断提升NANDFlash存储密度。目前,存储密度提升的主要技术路径包括提高存储单元的可存储数位(bit)量和提升3DNANDFlash的堆叠层数。根据每个存储单元存储的可存储数位量,NANDFlash分为SLC、MLC、TLC、QLC。SLC(Single-levelCell)为每个存储单元存储的数据只有1位,而MLC(Multi-levelCell)、TLC(Triple-levelCell)和QLC(Quad-LevelCell)每个存储单元存储的数据分别为2位、3位与4位,存储密度梯度提升。传统NANDFlash为平面闪存(2DNAND),3DNAND使用多层垂直堆叠技术,拥有更大容量、更低功耗、更优耐用性以及更低成本的优势。三星电子2013年率先开发出可以商业化应用的24层3DNAND,2020年3DNAND高端先进制程进入176层阶段。

  (2)DRAM市场竞争格局及技术路线:DRAM全球市场相较于NANDFlash更为集中,2020年全球DRAM市场规模为663.83亿美元,由三星电子、SK海力士和美光科技三家公司主导。技术路线方面,行业龙头三星电子于2014年率先实现20纳米制程量产(4GbDDR3DRAM),将技术路线nm时代,此后DRAM制程大约每两年实现一次突破,从1Xnm(16nm-19nm)到1Ynm(14nm-16nm)到1Znm(12-14nm)。2021年1月,美光科技率先宣布量产1αnm(接近10nm)DRAM产品,主流原厂开始进入1αnm制程阶段。目前市场高端制程为1Znm,该制程生产的芯片主要标准规格包括DDR4X/5及LPDDR4X/5。

  (3)中国大陆存储晶圆仍处于发展初期:近年来,在集成电路产业政策和国家集成电路基金等市场资本的扶持推动下,中国在DRAM与NANDFlash两大存储核心领域均取得关键技术突破,以长江存储和长鑫存储为代表的本土存储晶圆原厂技术实力与国际主流原厂快速缩小;依托中国市场广阔需求,市场份额取得实质进展。尽管国产晶圆生产取得实质进展,但是国产晶圆在技术实力和市场规模方面与国际存储原厂仍有显著差距。

  ①长江存储长江存储于2018年发布其研发的3DNAND独家技术Xtacking,随后分别于2018年和2019年第三季度分别实现32层和64层3DNAND量产。截至2020年末长江存储取得全球接近1%市场份额,成为六大国际原厂以外市场份额最大的NANDFlash晶圆原厂。

  ②合肥长鑫:合肥长鑫已于2019年9月建成第一座12英寸晶圆厂并投产,截至2020年末,合肥长鑫已能够量产19nm制程下DDR4/4X规格的DRAM产品,国产DRAM产能初步释放。

  6、产业链下游应用场景丰富,市场需求广阔:存储器产业链下游涵盖智能手机、平板电脑、计算机、网络通信设备、可穿戴设备、物联网硬件、安防监控、工业控制、汽车电子等行业以及个人移动存储等领域。不同应用场景对存储器的参数要求复杂多样,涉及容量、读写速度、可擦除次数、协议、接口、功耗、尺寸、稳定性、兼容性等多项内容。

  半导体存储器根据下游应用场景形成了不同的产品形态,NANDFlash主要包括嵌入式存储(用于电子移动终端低功耗场景)、固态硬盘(大容量存储场景)、移动存储(便携式存储场景)等,其中嵌入式存储与固态硬盘是NANDFlash的主要产品类别,市场规模占NANDFlash市场85%以上。

  NANDFlash中,嵌入式存储市场主要受智能手机、平板等消费电子行业驱动,固态硬盘下游市场主要包括服务器、个人电脑,移动存储广泛应用于各类消费者领域。DRAM中,LPDDR主要与嵌入式存储配合应用于智能手机、平板等消费电子产品,近年来亦应用于功耗限制严格的个人电脑产品,DDR主要应用于服务器、个人电脑等。返回搜狐,查看更多