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存储芯片竞争格局分析报告
2016年7月出版
正文目录
1、哪里有数据,哪里就需要存储!
6
1.1、DRAM、NANDFLASH、NORFLASH是三大主流存储器6
1.2、存储产业链:
IDM模式占据主导,生产制造能力很重要7
2、基于自主可控的需求才是政策强推的根本原因8
2.1、存储关乎安全,自主可控势在必行8
2.1.1、存储是信息安全的根基,自主可控方能保障安全8
2.1.2、存储芯片依赖于进口,国产替代需求空间大9
2.2、存储芯片四大特性导致国产化任务艰巨,国内单一企业力量难以攻克10
2.2.1、技术差距大10
2.2.2、行业集中度高11
2.2.3、周期性强12
2.2.4、资金投入大14
2.3、存储芯片突围,国家重点支持,直面主战场15
2.3.1、抓技术15
2.3.2、拼规模17
2.4、攻克存储芯片进行时,建议中国政府持续加大政策支持18
2.4.1、国家意志下,国内多方力量已着手攻克存储芯片18
2.4.2、发展策略19
3、NANDFLASH:
前景广阔,3DNANDFLASH有望实现中国弯道超车19
3.1、移动应用和SSD是NANDFLASH需求最大两大领域19
3.2、SSD替代HHD是长久趋势,可引爆NANDFLASH市场需求20
3.2.1、SSD性能优越,替代HHD是长久趋势20
3.2.2、HHD仍是主流存储介质,SSD替代将引爆NANDFLASH市场需求24
3.3、移动存储配置多样,“容量提升+价格下降”推动NANDFLASH需求量继续增加27
3.3.1、移动终端的存储配置多式多样,NANDFLASH决定了终端存储容量27
3.3.2、容量提升+价格下降,移动终端NANDFLASH需求量继续增加28
3.4、NANDFLASH开展新一轮的扩产,3DNANDFLASH有望实现中国弯道超车29
3.4.1、从2D到3DNANDFLASH全面转型,3DNANDFLASH成为趋势29
3.4.2、3DNANDFLASH时代,中国厂商弯道超车机会来临31
4、DRAM:
市场需求稳中有升,中国厂商参与有望打破格局32
4.1、移动端和企业端应用需求将进一步提升,总体需求稳中有升32
4.1.1、移动端和企业端应用需求量将进一步提升32
4.1.2、新市场尚未打开,短期DRAM需求稳中有升34
4.2、中国厂商参与有望打破DRAM格局35
5、投资策略及相关公司分析37
5.1、投资策略37
5.2、主要公司37
5.2.1、深科技:
收购沛顿科技,占据存储封测制高点37
5.2.2、紫光国芯:
国家存储意志的先头兵38
5.2.3、兆易创新:
NORFlash领导者38
图表目录
图表1:
存储芯片发展路线图6
图表2:
存储芯片工艺技术路线图6
图表3:
2014年DRAM、NANDFLASH、NORFLASH产值在存储芯片的占比7
图表4:
Samsung、SKHynix、Micron等巨头均采用IDM模式8
图表5:
仅2015年第一季度发生多起信息存储安全事件9
图表6:
存储介质和存储控制芯片是存储信息安全的关键9
图表7:
我国存储芯片与国外制造工艺对比,差距非常巨大10
图表8:
2014Q4NANDFLASH厂商结构11
图表9:
2015Q2DRAM厂商结构11
图表10:
2008到2014年,存储市场厂商集中度进一步提升12
图表11:
4-5家竞争格局+扩产/减产,导致存储产业巨幅波动性13
图表12:
Samsung、SKHynix、Micron、Toshiba、Sandisk新一轮扩产计划13
图表13:
2015年存储占半导体产业的支出为最高,达38%14
图表14:
2015年存储厂商资本支出明显上升14
图表15:
半导体存储技术美国专利演变态势16
图表16:
主流存储器技术美国专利领先申请人的情况16
图表17:
仅2015年第一季度发生多起信息存储安全事件17
图表18:
2014年NANDFLASH下游应用情况20
图表19:
HHD(机械硬盘)21
图表20:
SSD(固态硬盘)21
图表21:
SSD性能远优越于HHD22
图表22:
短期SSD价格高企,普及应用难度较大,长期在技术效应和规模效应下价格降快速下降22
图表23:
2012-2015年SSD价格下降了一半23
图表24:
华为FusionServerRH8100V3机架服务器采用SSD24
图表25:
SSD助力数据中心高性能、低功耗24
图表26:
2010年之后WDC和Seagate的收入均开始下滑25
图表27:
1976-2014年机械硬盘出货情况,2010年出现拐点开始下滑,而SSD在2010之后5年复合增速69.3%25
图表28:
2014-2017年,笔记本电脑SSD渗透率持续提高25
图表29:
NANDFLASH在SSD里面的应用26
图表30:
预计2022年全球SSD市场规模或达2295亿美元,年均增长复合率40.7%27
图表31:
智能手机中各种Memory的集成形式,以及eMMC的主要构成28
图表32:
苹果和三星历代旗舰手机的最大ROM不断提升28
图表33:
近2年eMMC市场平均价格下降了一半,随着eMMC价格下降,将会导入更多新的终端应用产品29
图表34:
3D解决了NANDFLASH产品的极限困境29
图表35:
存储厂商开始全面向3DNAND转型30
图表36:
各大存储厂商扩产3DNANDFLASH情况30
图表37:
2014年DRAM下游应用结构32
图表38:
移动和企业市场的比例将增加33
图表39:
电脑用的DRAM(DDR)性能不断提升33
图表40:
手机/平板用的DRAM(LPDDR)性能不断提升33
图表41:
2005-2015年DRAM全球市场规模34
图表42:
2015Q3单季度DRAM市场情况35
图表43:
存储产业整合不断,DRAM厂商数量大幅减少,形成了三足鼎立的寡头垄断局面36
图表44:
DRAM的投资占其销售额的比重不断下降,投资趋于疲软36
存储与数据相伴而生,哪里有数据,哪里就会需要存储芯片。
而且随着大数据、物联网等新兴产业的发展,存储产业与信息安全等息息相关。
全球存储芯片总产值约800亿美元,其中DRAM市场457亿美元,NANDFLASH市场产值306亿美元,NORFLASH市场产值33亿美元,存储芯片市场空间巨大。
存储关乎安全,基于自主可控的需求才是政策强推的根本原因。
近年来,信息存储安全事件频发,信息存储安全一旦受到威胁,将危害到党政军、石油、化工、核能、金融等所有行业的发展,是国家安全整体战略的重要环节。
而目前我国储芯片空白,几乎100%依赖进口,信息安全形势严峻。
因此,我国必须强力推动存储芯片国产化的发展。
存储芯片具有技术差距大、行业集中度高、周期性强、资金投入大四大特性,国产化任务艰巨,国内单一企业力量难以攻克,国家意志正强力推进存储芯片国产化。
目前,紫光600亿元投入存储芯片工厂,未来将投资300亿美元主攻存储器芯片制造;武汉新芯240亿美元打造存储器基地;福建晋华集成电路与联电合作开发32纳米制程的利基型DRAM,投资370亿元发展存储芯片;合肥投资460亿元建设DRAM工厂。
可以看到,在国家意志下,国内多方力量已经着手推进存储芯片国产化。
我们也建议中国政府从技术合作、人才支持、系统整合、产业链配套等多角度全方位持续地加大对存储芯片的支持力度。
NANDFLASH前景广阔,3DNANDFLASH有望实现中国弯道超车。
SSD替代HHD是长久趋势,可引爆NANDFLASH市场需求。
目前,NANDFLASH正从2D到3D全面转型,而从2D走到3D,需要新的技术领域加入,给中国厂商留下了突破的时间与空间。
中国厂商若能整合跨领域人才和技术,3DNANDFLASH将成为中国存储芯片弯道超车切入点。
DRAM市场需求稳中有升,中国厂商参与有望打破格局。
移动端和企业端应用进一步提升DRAM需求量,DRAM市场整体需求呈现稳中有升的态势。
目前,DRAM市场以Samsung、SKHynix、Micron为主,未来几年中国厂商持续推进DRAM项目有望打破市场格局。
驱动因素、关键假设及主要预测:
1、存储产业关乎国家半导体产业发展,关乎国家信息存储安全,国产化刻不容缓。
存储芯片产值占半导体的22%,与微处理芯片并称为芯片行业皇冠上的明珠。
目前,存储芯片主要被三星、英特尔、东芝等国外大厂垄断,国内几乎全部依赖进口,而存储芯片作为存储信息介质设备,是信息安全的基石,随着国家经济实力不断提升,存储芯片国产化刻不容缓。
2、国内市场广阔,存储新技术层出不穷,3DNANDFLASH给予中国厂商发展新机遇。
2015年大陆DRAM采购规模估计为120亿美元、NANDFlash采购规模为66.7亿美元,各占全球DRAM和NAND供货量的21.6%和29.1%,这些存储芯片国内仍旧空白,几乎100%依赖进口。
一旦国产厂商能够生产制造性能优越的存储芯片,政府将引导众多厂商将会纷纷采购国产存储存储芯片,其国产替代空间巨大。
传统SRAM、ROM、DRAM、NANDFLASH存储技术主要掌握在Samsung、Micron、Sandisk、Toshiba等厂商手里,但FRAM、MRAM、PRAM、RRAM等新兴存储技术仍处于起步阶段,各家仍在同一起跑线上。
中国厂商在新存储技术布
局较好,以RRAM(阻变存储器)为例,截至2014年10月30日,在RRAM领域,全球申请人共提交了4168件专利申请,其中,中国申请人提交的专利申请量为410件,位居第四位。
中国厂商有望迎来发展机遇。
SSD替代HHD是长久趋势,可引爆NANDFLASH市场需求。
目前,NANDFLASH正从2D到3D全面转型,而从2D走到3D,需要新的技术领域加入,给中国厂商留下了突破的时间与空间。
中国厂商若能整合跨领域人才和技术,3DNANDFLASH将成为中国存储芯片弯道超车切入点。
市场认为,存储产业波动性巨大,成长性较弱,且寡头垄断,中国厂商很难有所突破。
其实在大数据时代下,HHD响应时效遭遇虚拟化难题和随机存取挑战,SSD替代HHD是长久趋势,而目前SSD出货存储量远远低于HHD出货存储量,这将打开NANDFLASH的市场空间,未来成长无忧。
当前存储产业是寡头垄断竞争的市场,但FRAM、MRAM、PRAM、RRAM等替代存储技术的发展,加上国内市场需求大、中国政府的发展决心,中国厂商将迎来发展机遇。
1、哪里有数据,哪里就需要存储!
1.1、DRAM、NANDFLASH、NORFLASH是三大主流存储器
存储器(Memory)与中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑阵列器件(FPGA)并称四大高端通用芯片,是计算机系统的两大核心部件之一,是电子信息领域的重大战略性支柱产品。
存储器作为四大通用芯片之一,发展存储芯片产业的意义不言而喻。
对电子产品来说,它就像粮食一样不可或缺。
它与数据相伴而生,哪里有数据,哪里就会需要存储芯片。
而且随着大数据、物联网等新兴产业的发展,存储产业与信息安全等息息相关。
按照存储介质的不同,存储芯片可以分为三大类:
RAM(randomaccessmemory,随机存储器)、ROM(readonlymemory,只读存储器)、固态硬盘等;采用磁能存储的软盘、硬盘、磁带等;以及采用光学存储的CD、DVD等。
按存储器在计算机系统中所起的作用,可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。
图表1:
存储芯片发展路线图
图表2:
存储芯片工艺技术路线图
2014年,全球存储芯片总产值约800亿美元,其中DRAM市场457亿美元,NANDFLASH市场产值306亿美元,NORFLASH市场产值33亿美元。
图表3:
2014年DRAM、NANDFLASH、NORFLASH产值在存储芯片的占比
1.2、存储产业链:
IDM模式占据主导,生产制造能力很重要
存储芯片的产业链与普通半导体产业链相同,分为上游芯片设计、中游芯片制造、下游的芯片封测,再到终端产品的芯片应用。
与众多半导体产品的Fabless+Foundry+OSAT的垂直分工模式不同,存储芯片更多采用IDM模式,采用IDM模式的产值占比存储芯片总产值90%以上。
在国际存储器市场中,从三星、美光、东芝和海力士等产业巨头由“剩者”变“胜者”、台湾存储器业者从“产业”变“惨业”的经验教训来看,存储器通常是IDM模式,或者是制造和设计紧密合作的模拟IDM等产业模式,纯粹的存储代工或者游离的存储设计都难以成为最后的胜者。
图表4:
Samsung、SKHynix、Micron等巨头均采用IDM模式
IDM模式主导着存储芯片产业,究其原因,存储芯片技术标准化程度高,各家厂商生产的产品容量、封装形式都遵循标准的接口,性能也无太大差别,在同质化竞争情况下,存储厂商通过提升制造工艺,提供制造产能,利用规模优势降低成本,从而赢得市场,因此生产制造是存储厂商的核心能力。
随着存储芯片生产制造工艺的复杂度不断提升,其制造工厂的投资额度也将大幅提升,对存储厂商的资金实力、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储厂商的投资风险,这种垂直分工模式的比重有望提高。
目前,一些存储厂商与封装厂商成立合资公司,或者通过战略合作形成类似IDM模式来发展存储芯片,实际就像垂直分工模式迈进了一步。
2、基于自主可控的需求才是政策强推的根本原因
2.1、存储关乎安全,自主可控势在必行
2.1.1、存储是信息安全的根基,自主可控方能保障安全
社会信息化程度越高,产生的信息数据越多,信息安全的问题就越突出。
多年以来,信息安全行业主要的着眼点在信息传输保护和攻击防御方面,产生了防火墙、VPN、IPS、UTM等众多网络安全设备,但忽视了信息安全的重要领域——信息存储安全。
信息存储安全在信息储存的过程和信息生命周期内,保障信息的真实性、机密性、完整性、可用性、可靠性、不可抵赖性等特性,是信息安全的主要基础之一。
相比信息传输安全,信息存储安全一旦受到威胁,会导致当前和过往的信息均被泄漏,造成的危害更大,关系到党政军、石油、化工、核能、金
融、交通、制造、物流、电商、水利等所有行业的发展,是我国国家安全整体战略的重要环节。
仅在2015年第一季度,就发生了多起信息存储安全事件,形势严峻。
图表5:
仅2015年第一季度发生多起信息存储安全事件
要解决我国信息存储安全问题,必须实现存储设备的自主可控。
所有存储设备都可以简化为两个部分:
存储控制芯片和存储介质。
存储介质是最基础的环节,它是信息的载体,其重要性不言而喻。
存储控制芯片控制信息的存入和读出,是信息存储安全的“咽喉”。
保证存储控制芯片的安全性,就给整个存储设备装上了“防盗门”。
目前所发现的存储安全事件,绝大部分都和存储控制芯片的后门相关,存储控制芯片做到自主可控,是信息存储安全产品的关键技术。
图表6:
存储介质和存储控制芯片是存储信息安全的关键
2.1.2、存储芯片依赖于进口,国产替代需求空间大
我国笔记本、智能手机出货量均居全球首位,华为、联想等厂商崛起,以及阿里巴巴、腾讯、XX互联网厂商带动数据中心爆发,国产厂商对存储需求量巨大。
2015年大陆DRAM采购规模估计为120亿美元、NANDFlash采购规模为66.7亿美元,各占全球DRAM和NAND供货量的21.6%和29.1%。
这些存储芯片国内仍旧空白,几乎100%依赖进口。
存储芯片作为国家存储信息安全关键抓手之一,一旦国产厂商能够生产制造性能优越的存储芯片,政府将引导众多厂商将会纷纷采购国产存储存储芯片,其国产替代空间巨大。
2.2、存储芯片四大特性导致国产化任务艰巨,国内单一企业力量难以攻克
2.2.1、技术差距大
存储芯片的制造工艺非常复杂,其中3DNAND闪存的制造更为困难。
目前,全球各家存储厂商对3DNAND的制造工艺都十分保密。
一般来讲,3DNAND产品都是采用一体成形制造法,在第一层NAND薄膜生长后,使用光罩及刻蚀,随后连续成长8层薄膜及刻蚀之后,最后便只需一道光罩,总计需要27张光罩,该方法在2007年由东芝提出。
目前,三星的TACT、VSAT,东芝的P-BiCS和3DVG,都属于一体成形3D内存技术。
国内的NANDFLASH、DRAM制造技术基本缺失。
紫光集团此前从未涉及存储芯片领域,单纯通过资本投资,在没有强有力的Memory厂商收购或者合作的情况下,很难将存储芯片项目顺利地开展。
武汉新芯的主要技术来自与Spansion的合作,其3DNAND堆栈可能只有8层,而国际主流堆栈是32-48层,三星的技术可达64层,与之相差甚远。
福建晋华集成电路的DRAM技术源于与联电的合作,合肥的DRAM技术源于与兆基科技的合作,想获取先进的核心工艺也非常困难。
此外,知识产权(IP)是芯片行业竞争的利器。
目前,存储芯片专利几乎都被国际巨头垄断,无论是武汉新芯,还是福建晋华,其技术均是依托技术授权合作。
如果中国存储厂商在未来几年的大力投入下取得相应的成就,随之而来不可避免的就是IP战。
图表7:
我国存储芯片与国外制造工艺对比,差距非常巨大
2.2.2、行业集中度高
存储行业市场集中度高。
以DRAM市场为例,1970年代起步时候大约40-50家,1990年代末还有14家,到2004年只剩下5家实力较为突出,而如今全球仅3家就占据市场90%的份额,已经成了Samsung、SKHynix、Micron寡头垄断的竞争格局。
图表8:
2014Q4NANDFLASH厂商结构
图表9:
2015Q2DRAM厂商结构
图表10:
2008到2014年,存储市场厂商集中度进一步提升
在这种垄断竞争下,国内很难有厂商能够从小崛起,特别是在以规模取胜的存储产业中,要想从全球它们口中分一杯羹,难度极大。
2.2.3、周期性强
存储产品的技术标准化程度高,生产制造能力成为存储厂商的核心竞争力。
现阶段全球存储器产业维持4-5家寡占的平衡竞局,它们很难协调运作,各厂台面下投资动作暗潮汹涌,只要有一家扩产或者减产都对全球存储芯片的供需局面造成影响。
当行业处于景气高涨的时候,它们手里有充裕资金进行下一轮产能扩充或者工艺升级,其中任何一家存储大厂进行扩产的时候,其它家存储厂商如果不扩产其市场份额将被挤压,产品也将会被对手新一代产品所替换,因此不扩产只能等死,扩产或许能够挣得一线生机,从而形成恶性扩产的现象,导致产能过剩,行业萧条将来临。
当行业处于景气萧条的时候,各大厂商开始压缩产能,行业供需关系反转,价格上升,景气度开始上扬。
图表11:
4-5家竞争格局+扩产/减产,导致存储产业巨幅波动性
当前,Samsung、SKHynix、Micron、Toshiba、Sandisk等大厂正在进行新的一轮产能扩充,建厂计划如火如荼,PC、智能手机之后短期内尚未有大规模消耗存储芯片的终端产品出现,根据存储产业周期特性,存储产业平衡状态有可能在未来3-4年内被打破。
图表12:
Samsung、SKHynix、Micron、Toshiba、Sandisk新一轮扩产计划
2.2.4、资金投入大
参考国际存储芯片大厂的资本支出,根据调研机构SemiconductorIntelligence数据,在2015年各半导体公司的资本支出预算中,Samsung资本支出预算151亿美元(这里不考虑Samsung在其它领域的投资),同比增长13%;SKHynix资本支出51亿美元,同比增长12%;Micron资产支出38亿美元,同比增长186%;其它存储厂商资本支出20亿美元,同比增长43%。
2015年,存储行业是整体半导体资本支出最高的领域,占比达到38%。
图表13:
2015年存储占半导体产业的支出为最高,达38%
图表14:
2015年存储厂商资本支出明显上升
面对上述四大存储特性,国内厂商在没有任何技术优势的情况下,很难凭借单一企业的力量实现存储芯片的突破。
2.3、存储芯片突围,国家重点支持,直面主战场
存储器和CPU一样,是芯片领域的战略制高点,是芯片产业皇冠上的明珠,所以一定是正面主战场,靠游击战是不行的。
主流存储器,不管是DRAM还是NAND,拼的都是先进工艺和规模,美、韩、日之前都是走的这条路。
20世纪初期,我国台湾地区借8英寸过渡到12英寸晶圆厂的世代交替的历史时期,通过加速投资存储芯片(5年内投资300亿美元以上,拥有20条12英寸晶圆生产线,大大超出同期三星的投资),期待以拥有全球最多的12英寸晶圆厂来取胜,然而最终以失败告终。
台湾在存储器领域的失败自然有其多方面原因,其中重要原因就在于台湾存储芯片Foundry的模式,其核心技术来源于欧美的授权,所以只能做落后产品和利基型市场,这种核心技术受制于人,光靠规模取胜是行不通的。
因此,我国要做存储器产业,一要抓住核心技术,既要引进尖端人才,又要外延快速获取;二要做好长期大规模投入、大规模亏损的心理准备,冷板凳需要做十年,才有机会迎来上场进球的机会。
这两者都不能落下。
2.3.1、抓技术
半导体存储科技发展日益蓬勃,除了相关技术外,存储器专利也成为了它们竞争的利器。
根据iRunway的统计,多年来半导体存储器行业一直在传统的存储技术(SRAM、ROM、DRAM、NANDFLASH)上有大量的专利布局,近15年来,存储厂商开始侧重对FRAM、MRAM、PRAM、RRAM等替代存储技术进行商业性布局。
从专利申请厂商来看,Micron、Samsung、Toshiba、Sandisk等大厂掌握了众多核心专利。
从美国的半导体存储基础专利申请情况来看,Sandisk、Micron、Intel拥有最多的基础专利,其中Micron、Samsung、Toshiba、IBM和Intel这5家公司拥有的基础专利占总量的25%左右。
基于对存储技术的垄断,存储厂商之间经常发生专利诉讼,自1993年以来,半导体存储器技术涉诉专利激增,Sandisk、ConversantIP、TI、兰巴斯和高智公司涉及的诉讼专利数量最多。
而今,存储器行业已经形成了寡头垄断的竞争局面,既有的专利将对新进入者构成重大门槛。
图表15:
半导体存储技术美国专利演变态势
图表16:
主流存储器技术美国专利领先申请人的情况
面对存储芯片技术的市场现状,中国厂商要想掌握存储核心技术,外延合作和自主研发两条腿都必不可少。
在外延合作上面,传统存储技术(SRAM、ROM、DRAM、NANDFLASH)已经非常成熟,关键技术掌握在Micron、Samsung、Toshiba、Sandisk等厂商手里,中国厂商必须瞄准这些企业,与它们合作。
例如紫光集团收购西部数据15%股份(西部数据又190亿美金收购闪迪),江波龙与Marvell战略合作,武岳峰资本参与并购美国DRAM大厂ISSI。
在自主研发上面,FRAM、MRAM、PRAM、RRAM等新兴存储技术仍处于起步阶段,各家仍在同一起跑线上。
值得一提的是,根据国家知识产权局专利局统计,截至2014年10月30日,在RRAM(阻变存储器)领域,全球申请人共提交了4168件专利申请,其中,美国、日本、韩国的申请人提交的专利申请量位居前三位,分别为1519件、1091件、720件,中国申请人提交的专利申请量为410件,位居第四位。
我们认为,新技术开发关键在于人,中国厂商需要引进经验丰富的人才,例如紫光集团拟引进台湾DRAM教父高启全。
图表17:
仅2015年第一季度发生多起信息存储安全事件
2.3.2、拼规模
存储芯片设计技术相对简单,产品形态标准化程度高,且易于扩大市场份额,存储芯片厂商都是在掌握核心技术基
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