半导体存储器市场现状分析及发展前景

半导体存储器市场现状分析及发展前景 一、 存储器行业面临的机遇与挑战 （一）存储器行业机遇 中国自2005年以来成为全球集成电路市场最大消费国后，市场规模不断扩大，根据海关总署统计，2017年-2021年间，中国集成电路进口规模快速增长，进口数量从3，763亿个增长至6，355亿个，增幅68．8%。而另一方面，同期间出口数量增幅仅为52．1%，贸易逆差持续扩大，国产化的进程仍待持续加速与深入推进。根据ICInsights数据，2021年中国集成电路自给率仅为16%，若不包括在中国设厂的非大陆企业，自给率仅有6%左右，而其中半导体存储器的国内自给率则更低，根据BCG及SIA数据不到1%，实现国产自主可控意义重大。中国亟需加快形成以国内大循环为主体，国内国际双循环相互促进的新发展格局，从自主创新到自主可控，以科技创新支撑和引领经济社会循环发展全过程，构建自主可控的存储产业链。 目前，DFLASH全球市场高度集中，主要由三星电子、美光科技、SK海力士等国际领先存储颗粒厂主导，并与全球范围内的领先终端客户、存储控制芯片企业、存储模组厂形成较为成熟的半导体存储器生态圈。在国家集成电路产业政策的推动下，我国DFLASH存储颗粒的工艺制程和堆叠层数等技术方面取得关键突破，以长江存储为代表的存储颗粒厂正缩小与国际领先存储颗粒厂的技术差距。长江存储经过多年的研发和设备投入，已逐步开始量产并向市场供应DFLASH存储颗粒，打破了长期由境外存储颗粒厂垄断的市场格局。存储颗粒的销售额和行业影响力巨大，但在产品实现中须与存储控制芯片配套才能组成为存储器产品并落地应用。海外存储控制芯片企业相较于国内存储控制芯片企业而言，因受到国际形势、国家信息安全、技术支持与运维服务力度等因素制约，无法满足国内客户需求。目前国内存储颗粒厂、存储模组厂正与国内技术较为先进的存储控制芯片企业合作，致力于打造技术领先的存储器产品，营造存储产业生态，形成产业闭环，共同服务于国内半导体存储器市场。 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。 根据IDC的数据，2021年全球数据总量达到了84．5ZB，预计到2026年，全球数据总量将达到221．2ZB。近年来，我国数字经济快速发展，规模占我国GDP总量已接近40%2，数字技术与实体经济的融合，衍生并积累了海量数据资源和丰富的数据应用场景，例如云平台与边缘计算普及、高速传输网络和高清视频推广和数字中国的推进。为更好地利用数据资源这一数字经济的关键生产要素，支撑经济社会数字转型、智能升级、融合创新，我国需要全面加强信息基础设施建设，强化信息资源深度整合，进一步提升数据资源的感知、传输、存储和运算能力。 数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体，已成为经济社会运行不可或缺的关键基础设施，在数字经济发展中扮演至关重要的角色。当前国家正大力推广以高技术、高算力、高能效、高安全等为特征的新型数据中心，根据工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》，到2023年底，全国数据中心目标机架规模年均增速保持在20%左右，平均利用率力争提升到60%以上，新建大型及以上数据中心电能利用效率（PUE3）降低到1．3以下。存储器是数据中心中承担存储和部分运算能力的主要模块，构建由大容量、安全可靠、高性能功耗比的存储器组成的专业存储系统是新型数据中心实现技术先进、绿色低碳目标的重要突破点。而数据中心也是引领存储市场增长的重要引擎，根据美光科技和闪存市场的数据，目前存储器在典型服务器采购成本中的占比约为40%，未来随着信息化、数字化水平的进一步提高带来的数据量倍增，该比例预计将达到50%且有进一步提升空间，数据中心有望成为存储器产业第一大应用市场。 （二）存储器行业面临的挑战 1、我国半导体存储器行业基础较为薄弱 国际市场上半导体存储器行业的领先企业大都经历了数十年以上的发展，并已在全球范围内占据较大的市场份额。国内半导体存储器行业起步较晚，存储颗粒厂、存储控制芯片企业、存储模组厂均处于成长期，与国际较为成熟的半导体存储器生态相比，在企业数量、个体竞争力、产业链协同度及生态完善性等方面均有所不足，基础较为薄弱，关键技术创新能力较弱，以至于部分高端市场目前仍由国际领先企业主导，特别是存储颗粒、存储控制芯片主要市场份额及前沿技术仍掌握在三星电子、美光科技、SK海力士等国际巨头中。国内以长江存储为代表的存储颗粒厂、以得一微为代表的存储控制芯片企业已具备一定的设计及量产能力，但整体与国际知名存储企业仍存在一定差距。 2、存储器行业高端技术人才队伍建设不足 集成电路技术门槛高，属于交叉学科，涵盖物理、化学、材料、化工等多个专业，并需结合计算机工程与应用、电子科学与技术、光学工程、机械工程、自动化等应用学科知识，从设计到生产均需要大量实践操作经验。根据芯谋研究与安谋科技报告，我国集成电路行业产业领军与尖端人才紧缺、关键技术创新能力较弱，仅以集成电路设计业人员为例，2021年人员规模为22．1万人，预计到2023年前后，需求将在32万人左右，存在10万人的缺口。同时，由于受到国际经贸摩擦不确定性不断增加和新冠疫情常态化的双重影响，2021集成电路企业计划从境外引进人才数量和比例显著低于2020年，人才缺口的压力严重制约了行业的快速发展，中国集成电路行业专业人才的培养、引进、流动、激励、引导等工作仍待进一步加强。 二、 存储器行业深度分析 目前国内三大存储器制造商分别是长江存储，福建晋华和合肥长鑫。长江存储主要负责DFlash技术研发，福建晋华和合肥长鑫则负责DRAM领域。目前DRAM最大希望就在合肥长鑫。 据公开数据统计，今年全球存储器行业市场规模将超过1500亿美金，其中DFlash大约在650亿美元左右，而DRAM大概在911亿美元。未来随着智能手机、PC、数据中心等对存储器需求不断增长，存储器行业将以20%左右的增长率成长。 存储器市场份额在三星、美光、SK海力士三巨头已经在DRAM领域形成了高市占率→高营业额→研发投入大→技术领先→抢占市场的良性循环。据统计，2020年Q3三星占据41．3%市场份额，SK海力士占据28．2%市场份额，美光占据25%市场份额，其他存储器行业占比5．5%。 作为电子系统的粮仓、数据信息的载体，存储芯片在保证重要信息存储的可靠性与安全性承担着关键作用，但目前我国存储芯片自给率较低，大量中高端芯片均通过进口获取。 根据海关总署发布的数据，2021年中国集成电路进口额27934．8亿元。其中，存储芯片进口金额已连续多年占据集成电路进口总额的三分之一左右，规模巨大。 我国是全球最主要的存储芯片消费市场之一，大陆存储芯片市场已连续多年占据全球存储芯片市场份额的50%以上。随着电子制造领域水平的不断提升，5G、大数据、物联网、汽车电子等新兴应用领域的不断涌现，催生了存储芯片市场的巨大需求，近年来市场规模总体也保持较快增长。 三、 存储器发展趋势 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，也催生了我国对存储器的强劲需求。此外，随着我国逐渐成为全球最大的消费类电子市场，其庞大的消费群体及旺盛的消费需求，吸引全球集成电路产业向中国市场转移，提升并丰富了我国集成电路产业链。同时，产业政策的支持吸引一大批高端人才回国发展，人才聚集使得国内企业逐步积累了自主知识产权和核心技术，为存储器的提供了产业基础，推动自给率提升，为行业带来新的发展机遇。 随着互联网+战略的不断推进，互联网与各行各业的融合程度也在不断加深，数据在行业发展中的战略地位也越来越突出，用户对数据给予了前所未有的重视，数据体量的增速将呈现指数增长态势。数据量的增加以及数据类型的不断丰富，直接推动了大数据产业以及包括数据存储。 我国信息消费蓬勃发展，网民数量超过7亿，移动电话用户规模已经突破13亿，均居世界第一。政府部门、互联网企业、大型集团企业积累沉淀了大量的数据资源。我国已成为产生和积累数据量最大、数据类型最丰富的国家之一。 随着互联网+战略的不断推进，互联网与各行各业的融合程度也在不断加深，数据在行业发展中的战略地位也越来越突出，用户对数据给予了前所未有的重视，数据体量的增速将呈现指数增长态势。数据量的增加以及数据类型的不断丰富，直接推动了大数据产业以及包括数据存储设备行业在内的细分行业的发展。 存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，其利用磁性材料或半导体等材料作为存储介质，实现程序和数据的存储。在计算机的运算过程中，输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都会保存在存储器里，可以说存储器是现代信息技术发展的核心部件之一。 四、 存储器行业产业链特征 与逻辑芯片不同，DFlash和DRAM等半导体存储器的核心功能为数据存储，存储晶圆的设计及制造标准化程度较高，各晶圆厂同代产品在容量、带宽、稳定性等方面，技术规格趋同，存储器的功能特性须通过存储介质应用技术及芯片封测等产业链后端环节实现。不同类别的晶圆选型、封测技术和应用技术的组合，能够为终端客户提供满足各种场景需要，在容量、带宽、时延、寿命、尺寸、性价比等方面各异的，千端千面的存储器产品。 存储晶圆厂商凭借IDM模式向下游存储器产品领域渗透，其竞争重心在于提升晶圆制程和市场占有率，在应用领域主要聚焦通用化、标准化的存储器产品，重点服务智能手机、个人电脑及服务器等行业的头部客户。除该等通用型存储器应用外，仍存在极为广泛的应用场景和市场需求，包括细分行业存储需求（如工业控制、商用设备、汽车电子、网络通信设备、家用电器、影像监控、物联网硬件等）以及主流应用市场里中小客户的需求。无晶圆制造的存储器厂商面向下游细分行业客户的客制化需求，进行介质晶圆特性研究与选型、主控芯片选型与定制、固件开发、封装设计与制造、芯片测试、提供后端的技术支持等，将标准化存储晶圆转化为千端千面的存储器产品，扩展了存储器的应用场景，提升了存储器在各类应用场景的适用性，推动实现存储晶圆的产品化和商业化，是存储器产业链承上启下的重要环节。领先的存储器厂商在存储晶圆产品化的过程中形成品牌声誉，进而提升市场表现，获得资源进一步加强对核心优势的投入，形成良性循环。 五、 存储器行业概况 存储器（Memory）是用来存储数据、信息和各类程序软件的记忆部件。依据存储介质不同，可以分为半导体存储、磁性存储和光学存储；其中，半导体存储器是以半导体电路作为存储媒介、用于保存二进制数据的记忆设备，是市面上的主流存储器，具有体积小、存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易等优点，被广泛应用于各类电子产品中。 目前，存储器行业已经发展成为全球集成电路产业规模最大的分支。半导体行业分为集成电路、光电器件、分立器件、传感器等子行业，根据功能的不同，集成电路又可以分为存储器、逻辑电路、模拟电路、微处理器等细分领域。根据世界半导体贸易统计（WSTS）对世界半导体贸易规模的最新报告，2021年全球半导体行业的整体规模达到5529．61亿美元，同比增长25．6%。其中存储器的市场规模接近1600亿美