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半导体存储行业深度报告:穿越存储60年,AI时代,新周期

作者:未来智库 来源: 头条号 89407/15

(报告出品方/作者:长城证券,唐泓翼)一、存储产业:现代文明传承与延续的基石存储的起源:文明的传承与延续是需求基石,推动存储介质的发展文明的传承与延续是信息存储的需求基石,存储需求的爆发增长,促进了存储介质的创新和发展。从文明诞生以来,人

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(报告出品方/作者:长城证券,唐泓翼)

一、存储产业:现代文明传承与延续的基石

存储的起源:文明的传承与延续是需求基石,推动存储介质的发展

文明的传承与延续是信息存储的需求基石,存储需求的爆发增长,促进了存储介质的创新和发展。从文明诞生以来,人 类就一直在寻求能够更有效存储信息的方式,从4万年前洞穴壁画、6000年前泥板上楔形文字、竹签、书本,现代的存 储模式已经主要为光盘、U盘、硬盘等等,存储器的更新换代从未停止。

1970年10月,Intel发布了第一款商用DRAM,正式宣告了磁芯存储器的灭亡。1970年,Intel发布了第一款商用 DRAM“Intel 1103”,其在惠普9800系列电脑上大量应用,至1972年Intel 1103成为全球销量最好的DRAM内存芯片,击 败了当时的磁芯DRAM内存,它的诞生正式宣告了磁芯存储器的灭亡,并最终成全了个人电脑革命。

2030年全球每年新增数据量将突破1YB,存储需求量级爆发式增长

到2030年全球每年新增数据量将突破1YB量级,相当于4万亿台256GB高端手机的存储能力,存储需求量级爆发成长。 华为数据存储与机器视觉产品线总裁周跃峰在2021创新数据基础设施论坛中表示,到2030年全球每年新增数据量将突破 1YB量级,相当于4万亿256GB高端手机的存储能力,存储需求量级爆发成长。

IDC预计到2025年,中国数据圈将增至48.6ZB,占全球的27.8%,成为全球最大数据圈。据IDC预测,全球数据圈(每年 被创建、采集或复制的数据集合)将从2018年的33ZB增至2025年的175ZB,增幅超5倍。其中,中国数据圈增速最为迅速。 2018年,中国数据圈占全球数据圈的比例为23.4%,即7.6ZB;预计到2025年将增至48.6ZB,占全球数据圈的27.8%,中 国将成为全球最大的数据圈。

数字存储的演进:存储器尺寸不断缩小至芯片,容量可达TB量级

随着技术的发展,存储器尺寸逐渐缩小,存储容量大幅提升。根据NIMBUS数据,1960年代,磁带平均容量仅为2.3MB, 1970年代软盘开始流行,平均容量同样仅MB量级。伴随着硬盘技术的发展及普及,存储器尺寸不断下降,存储容量大 幅提升。1990年代,硬盘存储容量已达到1GB量级。21世纪开始,DRAM、闪存进入人们视野,成为主流存储方式,平 均存储容量从GB量级逐渐提升至TB量级。

二、机械硬盘,雄风犹在

机械硬盘雄风犹在,企业级应用成未来主战场

机械硬盘雄风犹在,位列数字存储市场规模第三,市场集中度逐步提升。根据日本HDD协会数据,2022年机械硬盘市 场规模整体约183亿美元,约占数字存储的11.35%,位列第三。2008年以前,机械硬盘市场各厂商竞争激烈。伴随着消 费级市场的流失,厂商逐渐退出,市场集中度提升。2020年HDD市场主要玩家为希捷、西部数据和东芝,根据 Trendfocus统计数据,希捷、西部数据、东芝的市场份额分别为42.70%、37.00%和 20.30%,依次位列全球第一、全球第 二、全球第三。

机械硬盘是传统普通硬盘,信息通过电磁铁转换成电流

HDD(机械硬盘)是传统普通硬盘,主要由盘头、磁片、盘片转轴及控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口和缓存等 几个部分组成。磁头可沿盘片的半径方向运动,加上盘片每分钟几千转的高速旋转,磁头就可以定位在盘片的指定位置 上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头,由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上,信息可以通 过相反的方式读取。

1956~1979年:硬盘确立温氏架构

机械硬盘诞生于1956年,“温氏架构”于1973年问世。现代硬盘雏形诞生于1956年,由IBM制造,存储容量仅为5MB。 1973年,采用“温氏架构”的IBM 3340问世,标志着硬盘基本架构的确立。这种硬盘拥有几个同轴金属盘片,盘片上 涂有磁性材料。他们与能够移动的磁头共同密封在一个盒子中,磁头从旋转的盘片读出磁信号的变化。1970-1979年, IBM先后发明了Merlin技术、Thin Film磁头,驱动硬盘数据定位准确性、硬盘密度都大幅提升。

三、DRAM战场硝烟弥漫

DRAM硝烟弥漫,“百花齐放”到“三国鼎立”

根据CFM闪存市场数据,2022年DRAM市场规模整体约791亿美元,位列数字存储市场第一。近年来受益于数据资料中 心、智能手机、加密货币等市场需求,DRAM市场规模总体呈现上升趋势,2019年由于前期扩产能和去库存等因素,市 场规模有所下降。

从“百花齐放”到“三国鼎立”,三星、镁光、SK海力士成DRAM领域最终玩家,据Statista,2022年三家合计市场份 额达94%,分别为43.10%,27.72%和24.50%。纵观DRAM发展历史,产品以成本、技术、品质等为核心竞争要素,背 后需要企业在融资能力、产业链配套及人才梯队等全方位储备,考验企业系统性的资源调动能力。

DRAM搏杀惨烈,王朝几经更替

DRAM行业早期竞争激烈,历经美、日、韩的几代王朝更替,最终形成三星电子、SK海力士、美光三足鼎立格局。70 年代,Intel凭借1K DRAM研发成功迅速占领市场,IBM和德州仪器也开始入局。80年代,日本厂商凭借低价的优势份 额持续提升,韩国三星也在此时开始布局DRAM。90年代以来,开创DRAM产业的三大元老——英特尔、德州仪器和 IBM陆续退出DRAM市场。近10年来DRAM市场集中度逐渐上升,形成了三星电子、SK海力士、美光三足鼎立的格局。

半导体存储器DRAM,基本操作机制分为读和写

动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory)DRAM是一种半导体存储器,通常以一个电容和晶体管为一个 单元排成二维矩阵。DRAM利用电容内存储电荷情况来代表二进制比特是1或0。由于晶体管电路会有漏电电流,导致电 容上所存储的电荷数量并不足以正确地识别。因此DRAM需要周期性地充电,因此被称为“动态”存储器。

四、FLASH为新一代存储主力

FLASH市场规模约638亿美元,位列数字存储市场规模第二

2022年FLASH MEMORY市场规模整体约638亿美元,占总体存储市场规模约40%,位列数字存储市场规模第二。其中 据CFM闪存市场数据,2022年NAND FLASH市场规模约为601亿美元,据CINNO数据,2022年Nor FLASH市场规模约为 37亿美元。

Flash成为兵家必争之地

FLASH MEMORY作为新一代存储主力,近年来快速发展,已成为兵家必争之地。FLASH市场规模近年来呈现快速增 长趋势,特别是NAND FLASH已成为手机、笔记本等主力存储介质,而可穿戴设备、IOT 等应用兴起驱动 NOR FLASH 成长。

内存器件FLASH(闪存)具有非易失性

闪存(Flash)是属于内存器件的一种,其具有非易失性(Non-Volatile)。在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据, 其存储特性相当于硬盘,这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。

闪存是一种电压控制型器件。其存储单元类似MOSFET(金属-氧化物半导体场效应管)的三端器件,有源极、漏极和栅极。 而其在栅极与硅衬底之间有额外一层栅极,用以存储电荷,名称为“浮置栅极”其外部包裹二氧化硅绝缘层,因此电荷 不会泄漏,所以闪存具有记忆能力。

五、半导体风向标:存储市场近况及预判

半导体存储市场占半导体市场23%左右,是半导体行业一大分支

据WSTS数据,半导体存储器市场占半导体市场23%左右,是半导体行业一大分支。半导体行业可以细分为存储芯片、 逻辑芯片、模拟芯片、传感器、分立器件等。存储器是半导体行业的一大分支,2003年以来,全球存储器市场占半导体 市场的份额维持在20%-25%,其中2017年和2018年高达30.07%和33.70%。2022年,根据WSTS数据统计,全球存储器市 场规模占据半导体市场的23.17%。

半导体存储分为易失性存储芯片(RAM)、非易失性存储芯片(ROM)和其他。常见的易失性存储芯片有SRAM和DRAM, 非易失性存储芯片包括FLASH(闪存)和ROM(只读存储器),其中FLASH分为NAND FLASH和NOR FLASH两种。

存储是半导体风向标:与半导体行业变化基本一致,波动性更强

半导体存储器市场变化与半导体行业变化基本一致,但具有更强波动性。存储器作为半导体的子行业,其周期变化基本 和半导体行业周期变化一致,但存储器的波动性更强。因此,当半导体行业处于景气周期时,存储器市场表现更佳,以 2017年为例,半导体行业规模同比增长21.62%,存储规模同比增长高达61.49%。而当半导体行业处于不景气状态时, 存储市场亦会表现更不理想,以2019年为例,半导体行业规模同比下降12.05%,但存储市场下降高达32.62%。

DRAM和NAND FLASH是半导体存储器市场规模中最大的存储器,2022年DRAM和NAND Flash占比分别达55%和 42%。根据CFM闪存市场数据,2022年,DRAM占半导体存储器市场的55%,NAND FLASH占42%。此外,NOR FLASH随着新兴市场的崛起,市场空间将逐步恢复。

六、中国存储企业整装待发

国内存储芯片设计公司

兆易创新:Nor Flash领先企业。公司2022年营业收入为81.30亿元,同比下降4%,归 母净利润为20.53亿元,同比下降12%。 2022年存储业务占比59.36%,其中NOR Flash产品占 绝大比例,MCU占比已达34.80%。并购思立微后拓 展的传感器业务占比5.35%。

聚辰股份:SPD+车规级EEPROM动能强劲。公司目前拥有EEPROM等非易失性存储芯片、音圈马 达驱动芯片和智能卡芯片三条主要产品线,2022年营 收占比分别为87.12%、5.83%和7.04%。据web-feet统 计,2019年聚辰EEPROM市占率国内第一、全球第三。 2022年公司营收9.8亿元,同比增长80%;归母净利润 3.54亿元,同比增长227%。

国内存储涉及设备类公司

中微公司:国产ICP&CCP刻蚀龙头。2022年公司实现营收47.40亿元,同比+53%,归母净 利润11.70亿元,同比+16%。 2022年公司的ICP刻蚀设备在超过20个客户的逻辑、 DRAM和3D NAND等器件的生产线上进行超过100多 个ICP刻蚀工艺的量产,并持续扩展到更多刻蚀应用 的验证。

北方华创:半导体设备平台型龙头。2022年公司实现营收146.88亿元,同比+52%,归母净 利润23.53亿元,同比+118%。 2022年公司在刻蚀装备方面,面向12吋逻辑、存储、 功率、先进封装等客户,已完成数百道工艺的量产验 证,ICP刻蚀产品出货累计超过2000腔。

国内存储涉及封测端公司

长电科技:国内先进封测龙头。2022年,公司实现营收337.6亿元,同比+11%,归母 净利润32.3亿元,同比+9%。 在半导体存储领域,公司封测服务覆盖DRAM,Flash 等各种存储芯片产品,拥有20多年memory封装量产 经验,16层NAND flash堆叠,35um超薄芯片制程能 力,Hybrid异型堆叠等,都处于国内行业领先的地位。

通富微电:背靠AMD大客户,先进封装领先。2022年公司实现营收214.29亿元,同比+36%;归母净 利润5.02亿元,同比-48%。 2022年,公司存储器业务同比增长55.9%。公司处于 存储器封测领域国内第一方队,在DRAM和NAND方 面持续布局,产品覆盖PC端、移动端及服务器,在 高堆叠,嵌入式,2.5D/3D等高规格产品持续发力。

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精选报告来源:【未来智库】。「链接」

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