半导体存储器行业技术更迭快分析

半导体存储器行业技术更迭快分析 一、 半导体存储器行业技术更迭快 集成电路行业产品技术更新换代速度较快，产品的生命周期较短，所以一方面需要行业内企业能够准确地把握市场的最新发展动态，争取先入市场；另一方面在技术产品更新的过程中需要有较强的研发实力，如果产品开发周期过长，将导致市场份额的丢失，甚至因跟不上新技术的更迭而被淘汰，带来一定的发展风险。 二、 半导体存储器行业现状及趋势 半导体存储器一般指半导体集成存储器，用半导体集成电路工艺制成的存储数据信息的固态电子器件。它由大量相同的存储单元和输入、输出电路等构成。按功能的不同，半导体存储器可分为随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和串行存储器三大类。 三、 行业上游分析 半导体硅片是生产集成电路、存储器、传感器等半导体产品的关键材料。随着芯片制造产能的持续扩张，中国硅片产业市场规模呈高速增长趋势。2019-2021年，中国半导体硅片市场规模连续超过10亿美元，2021年市场规模达16．56亿美元，同比增长24．04%，预计2022年国内半导体硅片市场规模将增加至19．22亿美元。 中国大陆半导体硅片企业技术较为薄弱，市场份额占比较小，技术工艺水平以及良品率控制等与国际先进水平相比仍具有显著差距。国内半导体硅片龙头企业包括沪硅产业、中环股份、立昂微、中晶科技等，2020年市场份额分别为12．1%、10．6%、7．7%、1．5%。 光刻胶又称光致抗蚀剂，是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料，在半导体工业、PCB、平板显示等领域广泛应用。数据显示，我国光刻胶市场规模由2017年58．7亿元增至2020年84亿元，年均复合增长率为12．7%。2022年我国光刻胶市场规模可达98．6亿元。 随着国家政策的推动、高新技术的发展，以及下游需求的不断增长，特种气体市场规模持续快速增长。数据显示，中国特种气体市场规模由2017年的175亿元增长至2021年的342亿元，复合年均增长率达18．24%。 全球半导体设备行业复苏，服务器云计算和5G基础建设的发展，带动相关芯片的需求，2020年光刻机销售额与销量增速稳定提升。2021年全球光刻机销量为450台，随着下游市场需求持续升高，预计2022全球市场仍将持续增长，销量将达510台。 四、 行业未来发展趋势 存储颗粒由于受器件特点等因素影响，可靠性随着使用时间的增加而逐渐降低。存储控制芯片作为存储器产品不可或缺的组成部分，可实现存储颗粒的均衡使用、有效延长存储颗粒的使用寿命、提高存储颗粒的数据存储性能。因此，存储控制芯片公司与存储颗粒厂、存储模组厂的紧密合作可加快新型颗粒及新型存储器产品的上市时间。由于DFLASH工艺制程、堆叠层数和架构快速升级，DFLASH技术难度越来越高，存储密度不断提高，使得存储颗粒中的数据错误或数据丢失的概率显著增加，使用寿命也快速下降。 随着云计算、大数据、人工智能的发展以及存储器产品的容量需求不断增加，半导体存储器也衍生了如计算型存储、分布式存储、基于新型存储颗粒和存储接口的持久内存等新型存储器产品形态，其对存储控制芯片的架构、功耗要求、对存储颗粒的多通道并行管理能力、数据安全等方面要求也相应变高，使得存储控制芯片在存储器产品的价值不断提高。 从机械硬盘（HDD）到固态硬盘（SSD）的演进与革新是计算机存储设备最重要的历史变革之一。由于机械硬盘系通过旋转盘片搜索数据，当读写速度超过一定量级时，就会出现噪音或功耗变大等物理临界问题。固态硬盘则是将数据存储于半导体电路内，采用数字方式驱动，取消了机械部件，功耗较低且运行过程中不会产生噪音，完全消除旋转和寻道的延迟，大幅提高数据处理速度，特别是在大吞吐率的随机读写性能上有数个数量级的提高。根据Wikibon和艾瑞咨询报告，在SSD存储器价格不断接近HDD存储器的趋势下，SSD存储器出货量于2020年首次超过HDD存储器，并持续加速替代进程，特别是在性能和能源使用效率要求高的应用场合已成为首选。 五、 存储控制芯片的重要性 存储控制芯片是存储器产品核心部件之一，起到中枢控制和管理调度的作用，是存储器产品的处理器，也是存储颗粒快速商业化落地的关键因素。存储单元（bitcell）是存储颗粒中的最小单位，其器件特性往往会导致存放在存储颗粒中的数据因挥发而产生数据错误或数据丢失。存储控制芯片能够通过数据存储管理和数据纠错，有效降低上述数据错误或数据丢失的概率，增强存储颗粒使用时的可靠性。同时，存储控制芯片能够对数据在存储单元间进行有效分配并优化其利用效率，控制存储颗粒的擦除和读写管理，并通过灵活分配和调度以实现存储颗粒的均衡使用，有效延长存储颗粒的使用寿命，提高存储颗粒的数据存储性能。此外，终端应用客户在设计各类主机时，产品功能及应用场景各不相同，所采用的不同类型存储协议组合及其协议版本也有较大差异。存储协议约定了主机与存储器产品的通信交互和数据传输规则，而存储控制芯片可通过处理各类不同存储协议并根据不同存储颗粒的特点确定合适的数据管理方式，进而提高主机通信稳定性和数据传输效率，降低存储颗粒开发的复杂度，使得存储颗粒厂无需在设计存储颗粒时考虑不同应用场景下存储协议的适配。 由于存储控制芯片具有对存储颗粒的多通道并行管理能力，单颗存储控制芯片可控制、管理和调度多颗存储颗粒，并以增加同时管理的通道数量或存储颗粒数量的方式扩展存储器产品的整体容量。目前，存储器产品的结构通常由单颗存储控制芯片和一到多颗存储颗粒组成。 当存储器产品使用多颗存储颗粒或单颗粒容量变大时，存储控制芯片成本在存储器产品总成本的占比可能相对下降;但存储器产品对存储控制芯片控制和调度能力要求也显著提高，存储控制芯片的技术难度、产品附加值及产品价格也会同步提升。 六、 行业下游分析 2019年之后，我国5G商用加速；2020年后新冠疫情居家线上办公、网课需求大增；加上疫情之后人们健康意识提高，外出运动等活动增加等，使得我国5G手机、平板电脑以及可穿戴设备等消费电子出货量逐年增长，进而拉动了我国存储芯片需求的持续旺盛，从而使得我国存储芯片市场规模2019年到2021年继续呈现逐年增长态势。 近年来，国家不断出台利好政策扶持新能源产业，新能源汽车行业也得以快速发展。我国新能源汽车的产量和销量稳步上升，在2021年更是出现大幅上升，产量和销量分别达到354．5万辆和352．1万辆。新能源汽车的蓬勃发展促进了汽车电子产业并同时带动存储芯片行业的发展。 按照存储介质的不同，现代数字存储主要分为光学存储器、磁性存储器和半导体存储器三类。光学存储器包括CD、DVD等。磁性存储器包含磁带、软盘、HDD硬盘等。半导体存储器是目前存储领域市场规模最大的存储器件。自上世纪40年代电子计算机问世以来，计算机存储设备随着其他硬件设备的发展和软件、数据量的不断增长处于持续的迭代更新中。整体来看，存储介质经历了磁-光-半导体的变化历程，带来了单位存储器容量的大幅上升、数据读写速度的跃升以及存储器单位物理体积的显著缩小。 七、 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。 半导体存储市场中，DRAM和DFlash占据主导地位，根据ICInsights数据，2019年全球半导体存储器市场中DRAM占比达58%，DFlash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DFlash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DFlash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。 根据Omdia（IHSMarkit）数据，2020年全球DFlash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DFlash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，DFlash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3DDFlash的工艺升级，导致晶圆单位存储密度大幅度提升，DFlash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DFlash价格上涨，2020年市场规模实现增长。 根据Omdia（IHSMarkit）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DFlash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DFlash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。 八、 行业发展机遇 在中国互联网+、大力发展新一代信息技术和不断加强先进制造业发展的战略指引下，国内信息化、数字化、智能化进程加快，用户侧的视频、监控、数字电视、社交网络等应用和制造侧的工业智能化逐渐普及，刺激存储芯片的市场需求快速增长。此外，5G、物联网、数据中心等新一代信息技术在中国大规模开发及应用，也催生了我国对半导体存储器的强劲需求。