半导体存储行业专题报告：国产化需求凸显，产业迎机遇

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1存储器占半导体市场规模的三分之一

全球半导体市场跟随全球宏观经济呈现一定的波动性，2016下半年至2018年初处于上行周期，2018下半年至2019年行业处于下行周期，但是长期看，全球半导体市场需求呈现增长趋势，并于2017年突破4000亿美元。在整个半导体的市场中，存储占据约三分之一的市场规模，是半导体最大的细分市场之一。

DRAM和Flash运用最为广泛的存储器产品。根据工作方原理的不同，存储器主要分为随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM包括DRAM、SRAM等，DRAM由于读写速度快兼具成本优势，是目前计算机结构中内存储器的主流产品。ROM可在断电之后依然保持数据的有效性，包括PROM、EPROM、EEPROM等。Flash是一种非易失性存储器，具有断电不丢失数据同时可以快速读取数据的特点。NANDFlash可以实现大容量存储，是目前外存储器的主流产品。

2存储行业具有一定的周期性

21世纪以来，存储器产业经历四轮行业周期。存储产品高度标准化，用户粘性较弱，各大厂商主要依靠价格竞争占领市场。存储器电路设计差异较小，设计成本较低但制造成本较高，是典型的规模经济，大规模生产能够有效降低生产成本。目前，主要存储厂商的商业模式均为IDM，属于典型的重资产行业。因此与其他半导体行业相比，存储行业的周期性更强。从2003年至今，存储器行业出现4轮明显的快速增长时期：2002-2007年的互联网和功能机的普及、2009年-2010年海外智能手机的普及、2013年-2014年国内智能手机的普及、2016年-2018年服务器市场带动。

2016年下半年开始的景气上行推动新一轮供给扩张。2016年下半年开始，存储器需求旺盛，各大厂商供不应求，导致全年存储器价格上涨。根据DRAMexchange数据，2017年第四季度1600MHz4GBDDR3DRAM价格达到4.123美元，64GBMLCNANDFlash价格达到4.764美元。存储市场供给紧俏，价格抬升主要厂商盈利向好，龙头厂商纷纷增加资本开支扩充产能。根据ICinsight统计，2017年全球主要厂商DRAMcapex达到140亿美元，同比增长30%，NANDFlash、DRAM、SRAM之本开支占据全年半导体资本开支的40%。

龙头厂商过度投资叠加终端需求乏力，存储价格持续下滑。2018年，三星、SK海力士、美光等存储器厂商新增产线纷纷投产，市场供给明显增长。在需求端，2018年下半年，智能手机创新乏力，换机周期延长导致智能手机需求疲弱，存储器需求不及预期。供给持续放量、需求不及预期导致存储器库存持续提升，拖累全球半导体行业。伴随着三星、SK海力士、美光等存储器龙头厂商扩充产能投产，以及终端需求乏力，存储价格持续下滑。根据Garner数据，从2018年第一季度开始，全球半导体库存水位处于较高水平。截至2019年第二季度，1600MHz4GBDDR3DRAM价格达到本轮低点1.42美元，较最高点降幅超65.5%；64GBMLCNANDFlash价格回落到2.35美元，较最高点回落50.6%。

1三种主流技术：DDR、LPDDR、GDDR

高读写速度、低功耗是DDRDRAM不断演进方向。当前市场主流的DRAM产品标准为双倍速率产品（DDR）。早期SDRDRAM只能在IO时钟的上升沿或者下降沿读取数据，读取DRAM数据的频率和IO时钟一样，存储器数据访问速度受到较大的限制。DDRDRAM可以在IO时钟上升沿和下降沿读取数据，实现双倍速速的DRAM数据读取。相比于SDRDRAM，DDRDRAM需要在DRAMbank和数据输出电路之间设立一个大小为2n的预取缓冲器。DDR2DRAM则是将预取缓冲区增加到4n，同时使得IO时钟加倍，提高DRAM数据读取速度。DDR3DRAM采用同样的思路，将预期缓冲器提高到8n，IO时钟再次加倍，IO时钟变为DRAM内部时钟的4倍。DDR4DRAM则采用多组bank技术，每一个bank都有自己的8n的预取缓冲器，通过一个多了服用从正确的组中选择输出，IO速度可以再次加倍DDR4DRAM的IO时钟可以达到内部时钟的8倍。DDR5DRAM则是采用LPDDR4的通道拆分技术，将64位总线拆分成2个独立的32位通道，这样使得预取缓冲器可以达到16n，预取缓冲器的增加使得我们可以再次提高IO的时钟频率。总体而言，从DDRDRAM到DDR5DRAM的发展过程中，预期缓冲区从2n增加到16n，IO时钟频率增长超过16倍，最大数据传输速度从1.6GB/s增长到34.1GB/s；在功耗方面，DDRDRAM供电电压为2.5V，而DDR5DRAM降低到1.1V，能够实现更低的能耗。

LPDDRDRAM主要运用智能手机等移动终端市场。LPDDR为低功耗双倍数据速率，目的是降低DRAM芯片的功耗，改善智能手机等移动设备的功耗水平。与DDRDRAM的不同，LPDDRDRAM与处理器连接更加紧密，缩短与处理器之间的导线距离，降低导线电阻，实现能耗的降低。存储器直接处理器上方以package-on-package的形式越来越常见。小米10首次采用12GBLPDDR5内存芯片，将三星12GBLPDDR5产品K3LK4K40BM-BGCN和QualcommSnapdragon865（SM8250）以packageonpackage形式封装在一起。

LPDDRDRAM和DDRDRAM的另一个区别主要体现在通道宽度上，LPDDRDRAM没有固定的总线宽度，目前最常见的为32位总线，总线位数更低，实现更低能量损耗。同时，LPDDRDRAM采用更低的电压，通过温控调整刷新、部分阵列自刷新、深度掉电状态等方式实现刷新操作的优化，大大降低LPDDRDRAM的待机功耗。

GDDRDRAM主要针对图形处理等高带宽需求场景。GDDRDRAM为图形两倍数据速率，主要运用在具有高带宽需求的运用中，包括GPU等。与DDRDRAM相比，GDDRDRAM的总线宽度更高，并且每个芯片的数据读取总线直接连接到处理器中，不需要在固定的64位/32位的总线上进行多路复用。DRAM与处理器直接连接可以实现更高的DRAM内部工作的时钟频率，进一步提高IO工作频率，实现DRAM更高的存取速度。

从应用看，DRAM可以分为标准型DRAM、利基型DRAM、mobileDRAM、绘图用DRAM。标准DRAM主要运用于PC、NB、服务器等；mobileDRAM主要为LPDDRDRAM，智能手机、数码相机是其主要运用场景；利基型DRAM主要运用于液晶电视、数字机顶盒、红蓝光播放器、网络通讯等产品。根据DRAMExchange数据，2018年mobileDRAM市场规模为420亿美元，占2018年DRAM市场规模的占比达到42.5%。

2DRAM位元需求持续增长

智能手机单机DRAM位元配置持续提升。2018年下半年以来，由于智能手机创新乏力，消费者换机意愿减弱，全年智能手机出货量下滑拖累存储器市场。根据IDC统计，2018年全球智能手机出货量为14.049亿台,年同比下滑4.1%。虽然智能手机进入存量博弈时代，但软件运用不断丰富推升消费者对手机内存的需求，大内存成为各大终端厂商新型智能手机的卖点。根据DRAMExchange数据，2019年全球智能手机平均DRAM容量约为4.4GB，2020年有望提升至5GB，同比增长13.6%。根据南亚科数据，2019年安卓阵营旗舰机DRAM装载量为10-12GB。

5G移动通讯技术落地运用将掀起新一轮换机热潮，智能手机有望重回正增长，DRAM为受益核心半导体元器件。与4G通信技术相比，5G通信技术带来巨大的革新，5G通信技术用户体验速度可达到1Gbps，达到4G的100倍水平。5G创新刺激消费者换机新需求，DRAM为收益核心半导体元器件。根据赛迪顾问数据，2019年至2021年我国mobileDRAM市场规模复合增长率将达到27.99%。

图形计算需求拉动DRAM位元增长。数据爆发带动人工智能、大数据产业发展，GPU大量浮点运算单元在并行运算中优势明显，GPU广泛运用人工智能模型训练、图像处理等领域。显存作为临时存放中间计算结果容器影响着整体运算速度，显卡高端产品的内存容量越大。其中英伟达高端显卡中，GeForceRTX2080TI显存达到11GB。我们从中关村在线数据也看出，显存容量和显卡售价成正相关。

利基型DRAM下游市场广泛。利基DRAM主要运用于机顶盒、智慧音箱、安防摄像机、智能手表等可穿戴设备。未来在智能音箱、可穿戴设备的等带领下，利基DRAM有望维持稳定增长。根据美光数据，2021年全球DRAM需求量有望达到1800亿GB。

3DRAM产能供给趋稳，技术升级持续推进

供给端，各大厂商产能趋于稳定，行业库存持续去化。三星挪动部分DRAM生产线，将部分产能转向图像传感器，DRAM供给有所收缩，行业库存加速出清。根据Trforce预测，2020年第四季度DRAM产能1370KWPM，其中三星为485KWPM，占据全球产能的36.13%。制程方面，三星、美光主要以1y纳米为主并逐渐转向1Z纳米，SK海力士主要以1X、1Y为主，南亚科技主要量产20纳米，并逐步扩大1X纳米产量，华邦主要以38纳米和25纳米为主。

DRAM市场格局：三星、SK海力士、美光三足鼎立，长期垄断DRAM市场。在市场格局方面，三星、SK海力士、美光把持着全球超过95%的市场份额。根据ChinaFlashmarket数据，2019年三星电子占据全球DRAM市场45%的市场份额，SK海力士在全球DRAM市场占比达到29%；美光的市场份额达到21%，此外南亚科、华邦科技分别占据3%、1%的市场份额。三大巨头占据DRAM行业95%的市场规模，前五大行业巨头占据99%的市场规模。

典型重资产行业，赢家通吃，行业集中度不断提升。三星、SK海力士、美光等行业巨头均采用IDM经营模式，公司严格把控设计、制造、封装等环节，能够快速响应市场需求、根据性能需求改进制造工艺，有效降低生产成本，规模效应显著。从2010年至今，DRAM行业集中度不断提升，2010Q3、2010Q4三星、SK海力士、尔必达占据行业前三，前三强占据行业76.3%、76.2%的市场份额；随着2013年美光以20亿美元价格收购尔必达，美光成为全球第三大DRAM厂商，2013年第三季度占据全球DRAM的26.2%市场份额，前三大厂商占据91.8%的市场份额。2019年三星、SK海力士、美光占据行业95%的市场份额，DRAM行业集中度不断提升。

1Flash存储器主要包括NOR、NAND

Flash是将信息存储在浮栅晶体管的存储单元中。NORFlash单元是将存储单元的源漏极分别连接到字线单元的源漏极，形成并联结构。NANDFlash是将存储单元与漏极与字线的源极相连接，形成串联结构。

NORFlash高可靠性、可以直接执行代码、低容量等特点。NORFlash能够提供大量的地址线来映射存储器的地址范围，这使得随机访问和短读取时间有优势，这种优势使得NORFlash成为执行代码的理想选择。但是NORFlash尺寸较大，每比特单元成本较高，NORFlash容量密度一般在64Mb到2GBb之间。NORFlash在擦除前需要先写入“0”，擦除和写入速度较慢。在可靠性方面，NORFlash具有0坏块的特点，在存储器使用寿命期间具有非常低的坏块积累，数据可靠性更高。

NANDFlash的优点主要包括更小的单元尺寸和更快的写入和擦除速度。NAND不允许随机访问，并且需要通过IO映射或者间接读取的方式进行访问。因此在执行代码时，NANDFlash一般需要与DRAM一起使用，即将代码映射到DRAM中执行。

2NANDFlash

根据存储单元可存放数据位数，NANDFlash可以分为SLCNAND、MLCNAND、TLCNAND、QLCNAND。SLCNAND（Single-LayercellNAND）1存储器单元只能存放1比特数据，电路实现相对简单，电路可靠性仅次于NORFlash，但存储密度低。MLC-NAND（Multi-LevelCellNAND）1存储器单元能存放2比特数据，电路可靠性比SLC低。TLCNAND（Trinary-LevelCell）1单元能够存储3比特数据，存储器的可靠性快速较低，但存储成本相对较低。QLCNAND（4bitsNAND）能够存储四单元，存储密度更高，能够实现较低的单位存储成本。

3DNANDFlash能够有效提高存储器密度，降低生产成本。2DNAND依靠工艺技术、器件改进提升NANDFlash性能，但当2DNANDFlash尺寸微缩到十几纳米一下是，信号串扰等问题困扰2DNANDFlash进一步发展，同时技术微缩带来成本快速攀升。3DNANDFlash能够有效的实现Flash比特密度大的提升和位成本的降低。根据三星电子数据，16纳米2DNANDFlash比特密度为1.11Gb/mm2，而32层、48层3DNANDFlash容量密度则可以达到1.86Gb/mm2、2.56Gb/mm2。在成本方面，32层3DNANDFlash每比特成本比16纳米2DNANDFlash降低30%。

需求端：当前NANDFlash的驱动力主要来自于移动终端、消费级SSD、企业级SSD。NANDFlash下游主要包括数据中心、消费电子、移动通信、汽车、工业等领域。传统磁存储机械硬盘（HDD）主要通过磁盘记录信息，相比于HDD，SSD主要由NANDFlash和驱动电路构成，具有读写速度快等优点，是当前大数据运用背景下的最优选择。

云服务快速兴起，国内数据中心投资快速增长，企业级SSD市场进一步扩容。2018年全年我国数据中心投资额保持高速增长，国内企业级SSD市场快速增长。根据ChinaFlashmarket数据，2018年国内企业级SSD需求量达到596.82亿GB，同比增长77.67%，2019年达到715.30亿GB，同比增长20%。为对冲疫情对经济的冲击，国家大力推行新基建，加速数据中心的建设，SSD市场有望迎来进一步扩张，根据ChinaFlashmarket预测，2020年我国企业级SSD需求有望达到961.20亿GB，较2019年增长34.37%。

智能手机功能、应用持续升级，单机存储容量持续提升。智能手机功能持续升级，5G网络的发展将进一步推动智能手机应用增多，因此单机内存容量配置也将持续提升。根据ChinaFlashMarket数据，2019年我国消费级SSD市场规模达到80241亿GB，同比增长72.88%，2020年有望达到1310.79亿GB，同比增长63.33%。

各大厂商减少资本开支、削减产能，供需失衡趋缓。2018年NANDFlash供给过剩，NAND价格全面下滑，韩系厂商三星、SK海力士减少资本开支。根据DRAMExchange数据，2018年NANDFlash资本开支下调近10%，2019年美国厂商减少资本开支，2019年NANDFlash资本开支较2018年下滑2%。各大供应商纷纷调整扩产计划，供需失衡的局面趋于缓解。根据DRAMExchange数据，2019年第四季度NANDFlash整体位元出货季增长10%，NANDFlash供应商库存水位趋于正常水平，价格开始企稳。

三星、KIOXIA、西部数据、美光、英特尔、SK海力士垄断NANDFlash市场。NANDFlash行业集中度依然较高，行业巨头三星、KIOXIA、西部数据、美光、英特尔、SK海力士凭借自身资金、成本、技术等方面优势长期占据NANDFlash市场。根据DRAMExchange数据，2019年第四季度三星NANDFlash营收达到44.51亿美元，占据全球35.5%的市场份额；KIOXIANANDFlash营收达23.4亿美元，占据全球NANDFlash的18.7%的市场份额；西部数据NANDFlash营收达18.38亿美元，占比达到12.7%；英特尔NANDFlash营收为12.17亿美元，占据9.7%；SK海力士营收12.07亿美元，占据9.6%。全球前三大厂商占据68.9%的市场份额，前6大厂商占据99.4%的市场份额。

国内NANDFlash产业仍处于起步阶段，但半导体的国产化需求有望推动产业发展。国内长江存储于2018年实现32层3DNANDFlash的小规模量产，2019年实现64层3DNANDFlash的量产。根据TrForce报告，长江存储已于2020年一季度将128层3DNAND样品送交存储控制器厂商，预计三季度将进入投片，年底前量产，拟用于UFS、SSD等各类终端产品，并同时出货给模块厂。

3NORFlash

NORFlash可以分为并行NORFlash和串行NORFlash两种。串行的NORFlash接口相对简单，具备功耗、成本等方面优势，是目前NOR市场的主流。NORFlash具备芯片内执行特点，CPU可以直接在NORFlash上执行代码，不需要读取到RAM中执行。相比于NANDFlash存在坏块等问题，NORFlash的可靠性更高，在1~16Mb小容量存在具备成本优势。NORFlash对先进节点的要求较低，一般采用55纳米和65纳米为主。NORFlash擦除和写入需要先写入0，擦除和读写速度较慢，但NORFlash读取速度远胜于NAND。因此NORFlash主要用于功能手机、电视、机顶盒、USBkey等小容量运用场景，AMOLED、TDDI、TWS、汽车电子等新需求将为NORFlash市场带来新的增长机会。

AMOLED渗透率持续提升，为NORFlash市场带来新需求动能。AMOLED面板技术门槛较高，批量生产良率不一致，AMOLED亮度均匀性和残差成为AMOLED两大难题，AMOLED需要通过外部电路感知像素的电学特性和光学特性然后进行相应的补偿，当前De-mura编码电路整合入驱动电路成本过高，因此需要外挂一颗8Mb(FullHD)或者32Mb(QHD)的NORFlash芯片，NORFlash价值在0.2美元-0.4美元之间。AMOLED具备自发光、色彩细腻、亮度范围广等优点，能够实现更轻薄、驱动电压更低等优点，AMOLED成为未来消费电子显示重要选择。2017年iPhone开始使用AMOLED显示屏，安卓手机阵营逐步跟进，未来AMOLED在智能手机中的渗透率将会快速提升，NORFlash作为不可或缺的零部件将从中受益。根据countpoint预测，2020年使用AMOLED的智能手机有望达到6亿部，同比增长46%。因此，预计AMOLED将拉动1.2亿美元-2.4亿美元的NORFlash市场规模。

TWS成为NORFlash需求增长点。TWS无线耳机为了支持蓝牙连接和改善声学特性，TWS耳机需要将更多的固件存储在NORFlash中，使用NORFlash协助运算。根据拆机，新一代苹果AirPods搭载128MBNORFlash、三星TWS耳机GalaxyBuds搭载64MbNORFlash。苹果推出新款AirPods具备心率监测、降噪等新功能，对存储要求进一步提升，有可能搭载256MBNORFlash。2016年苹果推出第一代TWS无线耳机以来，三星、索尼、华为、小米等安卓阵营产商快速跟进，纷纷发布TWS无线耳机新产品，TWS无线耳机市场快速发展。2016/2017/2018全球TWS出货量分别为918万副、2000万副、4600万副，复合增长率达到124%。根据Countpoint预测，2020年全球TWS耳机出货量有望达到2.3亿副，同比增长90%。作为TWS耳机核心元器件，NORFlash厂商成为TWS耳机快速发展的受益者。根据智研咨询预测，2020年TWS有望为NORFlash带来3.9亿美元的市场空间，2021年将达到5.8亿美元，同比增长48.7%。

汽车智能化推动高端、高容量NORFlash市场快速发展。汽车智能化发展使得汽车需要更多的运行程序，单车NORFlash需求量持续提升。NORFlash从车用广播开始走向车用市场，因其快速启动、高可靠性、持久性强、低容量下成本较低等优点，NORFlash快速向车载显示等车用领域扩展。NORFlash的使用量也从车载广播的1MB提升到了车载显示12MB以上，甚至达到1GB。用于ADAS的后视摄像头也需要仪表盘能快速启动，ADAS的光达（Lidar）都将内建一个NORFlash控制内部各种功能。此外自动紧急刹车系统（AEB）、胎压侦测器（TPMS）、道路偏移警示等ADAS系统均带动车规级NORFlash需求提升。相比于消费级NORFlash，车规级NORFlash的可靠性要求、稳定性要求更为严苛，价值量更高。汽车智能化快速发展，ADAS系统在汽车中渗透率快速提升，车规级NORFlash需求快速增长，未来汽车电子NORFlash市场空间有望超过百亿人民币，成为NORFlash最重要的分支市场。

NORFlash同样广泛存在于无线基站，5G基站拉动Nor需求。与NANDFlash相比，NORFlash可以实现SOC和FPGA快速、可靠地启动，因此在NORFlash主要用于SOC、FPGA的固件镜像的存储，主要用于无线基站的AU和CU中。5G基站中需要的NORFlash需要在1GB以上，工作温度范围宽广。未来全球5G基站快速建设快速进行，基站用NORFlash需求量将迎来快速增长。除此之外工业、医疗等领域的发展也将成为NORFlash的驱动力。

NORFlash市场规模相对较小，但仍具有一定的不可替代性。NORFlash具备芯片内执行特点，可靠性更高，在小容量存在具备成本优势。因此，在软件运用相对简单的功能机时代，NOR占据Flash大部分市场。近年，随着功能机出货企稳及AMOLED、TDDI、TWS、ADAS等新需求的崛起，NORFlash市场开始企稳回升。根据智研咨询数据，2018年NORFlash市场规模转减为增，全年NORFlash市场规模达到25.96亿美元，同比增长7.67%。未来随着AMOLED、TDDI、TWS耳机、ADAS等需求的放量，NORFlash有望迎来新一轮上行周期，根据智研咨询数据，2022年NORFlash市场规模有望达到37.24亿美元，复合增长率达到9.44%。

Nor市场相对分散，是国产化程度最高的存储子领域。NORFlash市场规模小，美光、Cypress相继退出中低端市场，重点布局高端高容量车规级NORFlash。Cypress推出SemperNORFlash系列产品，主要运用于汽车的ADAS等领域；美光也推出相应高端车用NORFlash产品。根据CINNO数据，2019第三季度年华邦占据全球NORFlash26%的市场规模，宏旺占据23%，兆易创新占据18%，Cypress占据15%市场规模。

三星

SK海力士

美光

长江存储

合肥长鑫

福建晋华

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