嵌入式存储控制芯片市场现状分析及发展前景

嵌入式存储控制芯片市场现状分析及发展前景 一、 DFlash行业产品简介 DFlash是最为常见的非易失存储介质，标准化的生产过程、容量大、价格较低、且断电不会丢失存储信息的特征，决定了DFlash被广泛应用在资料存储的应用属性。从基本结构的构成来看，DFlash的结构从小到大分别为cell-line-page-block-plane-die；同一bitline下的基本存储单元为串联结构。D工作时的擦除单元为block，写入单元则为page。 DFlash作为主要的资料存储介质，其最终出货形态以eMMC/UFS（主要应用在移动设备）、SSD（主要应用在服务器和PC）产品为主。在移动设备领域，相较于eMMC的封装形式、UFS封装的闪存有着更高的写入速度、更好的性能。SSD产品则依据下游应用场景对容量和速度的要求部分，分为消费级、数据中心级和企业级固态硬盘。 目前全球具备DFlash晶圆生产能力的主要有三星、铠侠、西部数据、美光、SK海力士、英特尔等企业，国产厂商长江存储处于起步状态，正在市场份额与技术上奋起直追。根据Omdia的数据统计，2020年六大DFlash晶圆厂占据了98%的市场份额。 随着人工智能、物联网、大数据、5G等新兴应用场景不断落地，电子设备需要存储的数据也越来越庞大，DFlash需求量巨大，市场前景广阔。 作为非易失性存储的一种，DFlash是大容量存储器当前应用最广和最有效的解决方案。据相关数据统计，DFlash2020年市场规模为534．1亿美元。 二、 DRAM行业竞争格局 目前DRAM晶圆的市场供应主要集中在三星、SK海力士和美光，三大厂商2021年市场占有率合计已达到94．1%，其中三星市场占有率43．6%，SK海力士与美光分别占比27．7%与22．8%。国内DRAM晶元厂商主要为合肥长鑫，目前尚处于起步阶段。 三、 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。 四、 中国存储器行业市场规模及未来发展趋势 中国存储器行业是一个新兴的行业，由于数字化时代的到来，行业发展得越来越快。根据市场调研在线网发布的2023-2029年中国存储器行业市场行情动态及发展前景展望报告分析，目前中国存储器行业的规模约为人民币3000亿元，比上年增长了27．8%。 随着技术的不断进步，存储器行业迎来了新一轮发展。业内人士表示，未来几年，中国存储器行业将迎来全新的发展机遇。首先，5G技术的普及，将推动存储器行业的发展，5G技术将更有效地利用存储器，从而提升存储器的性能和容量。其次，大数据技术的发展，也是促进存储器行业发展的重要动力，大数据技术的普及，将更好地利用存储器，从而为存储器行业的发展提供新的机遇。 由于技术的发展，存储器行业的产品也发生了变化，新技术的应用，使得存储器行业能够提供更高性能、更大容量、更高密度的产品，从而更好地满足市场需求。随着云计算技术的发展，存储器行业也将继续受益。云计算技术的发展，使得存储器更好地服务于云平台，从而使存储器行业更有竞争力。 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1600亿美元，是半导体中规模最大的子行业，占比超过1/4。 根据观研报告网发布的《》显示，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1600亿美元，是半导体中规模最大的子行业，占比超过1/4。 六、 存储器行业发展情况和未来发展趋势 （一）存储器产品对存储控制芯片的依赖性不断加强 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。 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。以架构升级为例，按照每个存储单元可存储数位量不同可分为SLC、MLC、TLC、QLC等，TLC架构虽单元容量为SLC架构存储颗粒的3倍，但其使用寿命（即可擦写次数）仅为SLC的1/20，可靠性也同步降低，对数据纠错要求（ECC）从1~4bit增加到72bit。 DFLASH的技术发展特点，决定了存储颗粒在应用时对存储控制芯片的要求越来越高，依赖性也越来越强，对存储控制技术和存储控制芯片设计能力提出了更高的要求。存储颗粒厂需要与存储控制芯片企业达成深度合作，邀请存储控制芯片企业更早、更深入地参与对新型存储颗粒的协议标准制定、特性定义等环节中，探索相应存储控制技术和应用落地的可行性、反馈样品测试结果并提出分析和优化建议，尽快研发形成与之配套的存储控制芯片设计方案、固件算法、量产工具等，从而高效实现对新型存储颗粒的商业化应用。 （二）新型存储器产品的衍生进一步提升了存储控制芯片的价值 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。 计算型存储是指利用存储控制芯片的算力，将原本由主机CPU执行的部分数据处理任务交由存储控制芯片完成，减少了CPU的计算负担。计算型存储擅长处理数据密集型应用，在数据库管理、视频处理、人工智能层和虚拟化等场景的数据处理和数据加速中，相对CPU而言具有更快的响应时间和更低的时延，能够节省带宽，降低能耗，且由于数据在存储器内部进行处理，可实现较高的安全性和隐私性。 计算型存储由全球网络存储工业协会（SNIA）进行标准化定义和推广，并得到三星电子、Intel、英伟达、IBM等行业领先企业的支持和应用。2020年11月，Xilinx与三星电子宣布推出三星SmartSSD计算存储驱动器（CSD），是业界首款可定制、可编程的计算存储平台，其将计算功能推进至存储器中，可为各类应用加速，增速达10倍以上。 分布式存储指把数据分散存储到多个存储服务器上，并把分散的存储资源整合成虚拟存储设备，有效提高存储系统的存储读取效率。随着云计算、大数据、人工智能的发展，海量的数据使得分布式存储逐渐替代传统单个存储服务器存放所有数据的方式。以高密度DFLASH存储颗粒和高性能存储控制芯片组成的存储系统，是分布式存储的主流方案和未来演进方向。利用高性能存储控制芯片的存储控制技术和智能存储颗粒管理，可实现高性能、低延迟且完整的存储功能，并提供有效的数据去重、压缩和稳定的数据保护功能，满足大数据分析、视频监控、高性能计算、工业互联网、医疗影像、虚拟化云计算等非结构化数据量大、数据价值高、存储工作负载特点多样化等特点的新型应用场景。华为发布的全系列分布式存储可实现91．6%的最高硬盘空间利用率，稳定时延小于1ms，支持4，096节点扩展，满足多样性数据分析业务需求，灵活按需购买与部署，节省空间和能耗，可降低30%TCO（总拥有成本）。 持久内存（PersistentMemory）由新型存储颗粒和新型存储控制芯片实现，在现有存储层次结构中新增一个介于内存和固态硬盘之间的层级，提供了相同成本下比内存更大的存储容量、比固态硬盘更低的访问延迟。持久内存适用于高性能、大容量、持久性等存储工作负载特点的应用场景，擅长处理人工智能、机器学习、高性能计算等工作任务。主机CPU在执行工作任务时，可直接访问持久内存，无需在内存和固态硬盘间来回切换数据块。该结构可降低成本较高的内存使用需求，提高固态硬盘的利用率，以适应不同的数据类型、技术需求和预算限制。 为了充分利用持久内存的特性，构建于PCIe逻辑和物理层级之上、可对持久内存进行标准化管理、更好发挥持久内存的价值的CXL协议成为主流接口发展方向。基于CXL的新型存储控制芯片，实现了CXL协议中定义的多种新型存储协议，可支持内存、持久内存等，扩展存储容量，并支持资源共享（内存池）和交换，提升数据的高效处理和系统运算速度，使得持久内存得以快速应用落地。 （三）第三方存储控制芯片企业在存储控制芯片市场主导地位开始显现 近年来，存储器行业专业化分工程度不断加深，第三方存储控制芯片企业不断发展壮大，存储控制技术积累持续加深，可支持的存储协议和存储颗粒类型不断丰富、可覆盖的应用场景快速增加，存储控制芯片的出货量增长迅速。同时，随着存储应用场景的不断扩展以及市场需求量的增加，存储器产品在网络通信设备、家用电器、汽车电子、物联网硬件、影像监控、工业控制、商用设备等细分领域渗透率持续提高，存储模组厂的市场份额不断扩大，第三方存储控制芯片企业来自存储模组厂的采购需求也增长迅速。第三方存储控制芯片企业和存储颗粒厂在存储控制芯片市场形成了显著的互补和扩展关系。以消费级SSD存储控制芯片市场情况为例，根据闪存市场的数据，2020年存储颗粒厂自研自用存储控制芯片出货量占消费级SSD存储控制芯片总市场规模比例约为55%，第三方存储控制芯片企业销售的存储控制芯片出货量占总市场规模比例约为45%；2021年存储颗粒厂自研自用存储控制芯片和第三方存储控制芯片企业市场占比约各50%；预计2022年第三方存储控制芯片企业规模占比将超过存储颗粒厂自研自用存储控制芯片市场占比，约达到55%，第三