存储芯片加速爆发! 数据中心关键赛道, 龙头厂商强者恒强

翰棋说财经2024-03-18 11:47:28  91

存储芯片赛道是高成长且强周期性的行业,存储芯片行业历经多个周期,目前正站在由AI需求驱动的第五轮周期起点。

自2000年以来,存储行业周期性表现明显,电子消费品的创新对存储芯片需求产生了巨大的推动作用。

当前随着AI服务器、AI PC、AI Mobile等需求的快速提升,云端和边缘端的存储和计算能力不断增强,

在存储价格方面,经过2023年的全面性涨价后,存储价格呈现回暖趋势。随着存储供应商坚定的减产策略的实施,以及库存的逐渐消化,预计存储原厂的稼动率降幅将逐季收敛。

从整体市场规模来看,存储行业是一个超千亿美元的庞大市场,占据半导体产业的主要细分市场地位。

长期来看,随着数据中心向异构化发展以及数据密集化的趋势加剧,单位服务器对应的存储器数量将持续上升。

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存储芯片行业概览

作为半导体的核心元器件之一,存储芯片在半导体市场中占据重要地位。

DRAM和NAND Flash作为当前主流的半导体存储器,其市场规模占比超过95%,是全球存储市场的重要组成部分。

这两种存储器以其高容量、低功耗、低成本等优势在存储市场中占据主导地位,未来仍将是推动存储行业发展的重要力量。

两者在数据中心应用市场的规模有望在2030年接近1800亿美元,近10年的复合增速达到14%。

存储原厂通常采用集成设备制造商(IDM)模式,该模式集晶圆代工、封装测试以及自有品牌存储产品的生产与销售于一体。

典型的IDM存储原厂包括美光、三星、海力士和西部数据等,都拥有完整的生产线和自有品牌产品。

存储内存颗粒在标准化方面已经取得了很高的成就,但要将这些标准化的存储晶圆转化为具体的存储产品,以满足下游客户的多样化需求,仍需要开发大量的应用技术。这些技术包括电路设计、固件开发、系统集成和测试验证等。

存储原厂的下游客户主要包括智能手机、个人PC、服务器等行业的龙头企业,这些客户对存储产品的需求量巨大,是推动存储行业发展的主要动力。

此外,存储原厂还会将其内存颗粒出售给独立品牌商,这样不仅可以扩大自身内存颗粒的市场占有率,还可以增加其应用场景和营收来源。通过与独立品牌商的合作,存储原厂可以进一步拓展其产品的销售渠道,提高市场知名度,并在激烈的市场竞争中保持领先地位。

DRAM

DRAM技术的发展正不断追求更高的传输速率和更低的功耗,以满足日益增长的数据存储和处理需求。

在技术节点上,DRAM原厂正积极推动制程技术的演进,逐步逼近物理极限,以实现更高的存储密度和性能表现。

存储产品的核心原材料是存储晶圆,而除此之外,还需要主控芯片(特别在NAND中使用)、内存接口芯片(在DRAM中使用)以及各类辅料。

而存储模组厂位于整个产业链的下游,其主要任务是从存储原厂购买存储颗粒或晶圆,并与应用芯片厂商合作,定制主控芯片等配件,完成模组的集成工序。

在存储器模组产业链中,无论是IDM厂商还是第三方模组厂商,都需要掌握一系列核心技术,包括存储晶圆分析、主控芯片选型与定制、固件开发、封装设计以及芯片测试等。

对于第三方模组厂商来说,可以选择自建封测厂来完成封装测试工序,也可以选择委托给独立的封装测试厂商来代工。这种灵活的生产方式使得第三方模组厂商能够更好地适应市场变化,满足客户的多样化需求。

DRAM模组产业链:

在传统的DRAM设计中,每个芯片通常配备八个DQ引脚,这些引脚作为数据传输路径,在处理器和存储器之间发挥着至关重要的通信作用。

由于需要大量空间与CPU、GPU等处理器进行通信,加之封装形式的限制,如引线键合或PCB连接,传统DRAM在处理海量数据时显得力不从心,无法实现高效的并行处理。

DRAM行业巨头如三星和SK海力士已经开始采取行动,从2023年第四季度开始提升DDR5的产能。结合当前市场需求和头部厂商的供给情况,预计到2024年中期,DDR5的渗透率将达到50%,并在下半年进一步提升。

国内厂商长鑫存储也在积极跟进这一趋势,于2023年11月推出了国内首款LPDDR5产品,这无疑是国内内存行业的一大突破。

国内内存接口芯片先发布局企业包括澜起科技和聚辰股份等。

NAND

NAND存储技术目前的主要发展趋势是追求更高的存储密度和采用3D堆叠技术。

3D NAND已成为NAND技术的主流发展方向。早期NAND闪存主要采用2D平面结构,通过在一个平面上拼接多个存储单元来扩展容量。随着存储单元尺寸从120nm缩小至14nm,2D结构在容量扩展和可靠性方面遇到瓶颈。为了突破这些限制,2007年东芝(现为铠侠)提出了3D NAND结构的技术概念。

2D NAND到3D NAND,堆叠层数快速增加:

在堆叠层数方面,三星公司预计将在2024年生产出超过300层的第九代V-NAND闪存,这一创新将不断推动堆叠层数的极限。

存储器厂商一直致力于追求更小的存储单元尺寸、更高的性能和更低的功耗。尺寸缩小使得每片晶圆能生产更多的芯片,高性能满足高速运算需求,而低功耗则有助于改善移动设备的电池续航和数据中心系统的散热问题。

大容量、高堆叠层数的3D NAND将成为行业的发展趋势。与平面NAND相比,3D NAND中的存储单元串以垂直方式堆叠,形成U形结构,从而实现了更高的密度缩放。这种技术创新将推动存储器行业不断向前发展,满足日益增长的数据存储需求。

全球NAND Flash市场的集中度相当高,主要份额大都被海外的几家巨头企业所占据。NAND市场的三大领导厂商分别为三星、铠侠和海力士。相较之下,规模相对较小的SLC NAND市场则主要被华邦电子、旺宏电子、东芯股份、兆易创新等几家企业所分割。

随着自动驾驶、人工智能、元宇宙等新型应用在国内市场的逐渐落地和普及,国内对数据存储的需求也呈现出不断上升的趋势,这也为国产NAND存储芯片市场带来了新的增长动力和发展空间。

长江存储的成立标志着国内NAND产业的新起点,2016年长江存储由紫光集团参与控股武汉新芯公司后成立。公司通过不断的技术突破和创新,持续缩小了与国际巨头的技术差距。2020年,长江存储已经成功研发出了128层的3D NAND闪存产品,成为国产NAND技术发展史上的一个重要里程碑。

产业链上下游相关布局厂商还包括兆易创新、北京君正、澜起科技、东芯股份、聚辰股份、普冉股份、恒烁股份以及国科微等。模组厂商主要有江波龙、德明利、朗科科技以及佰维存储等。长电科技、通富微电、华天科技和深科技等是封测领域的头部厂商。

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