全球存儲芯片市場于波動中保持上升趨勢，市場規(guī)模從 2005 年的 546 億美元增至 2020 年的 1229 億美元，復合增速達 5.6%，IC Insights 預(yù)計 2021 年全球存儲芯片市場規(guī)模將同比增長 22%，2023 年將超過 2000 億美元。

一、存儲芯片：現(xiàn)代信息存儲媒介

1.1 半導體存儲：主流存儲媒介，DRAM 和 NAND 為其核心構(gòu)成

早期信息存儲以紙張、磁性媒介為主。早期的信息存儲主要依靠紙張，1725 年法國人發(fā)明了打孔卡和打孔紙帶，這是最早的機械化信息存儲形式。1928 年磁帶問世，磁性存儲時代開始，隨后在 1932 年，硬盤驅(qū)動器前身即磁鼓內(nèi)存問世，存儲容量約 62.5 千字節(jié)。1936 年，世界上第一臺電子數(shù)字計算機誕生，使用真空二極管處理二進制數(shù)據(jù)，使用再生電容磁鼓存儲器存儲數(shù)據(jù)，但體積龐大。1946 年，第一個隨機存取數(shù)字存儲器誕生，存儲容量 4000 字節(jié)，因體積過大后來被 1956 年 IBM 發(fā)明的硬盤驅(qū)動器（HDD） 替代。隨后，1965 年只讀式光盤存儲器（光盤，CD-ROM）普及。

半導體存儲技術(shù)發(fā)展已有半個世紀。1966 年動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）問世，存儲器進入半導 體時代，最早單顆裸片（Die）容量為 1kb，如今已達 16Gb 及以上。直到 1980 年，東芝發(fā)明了閃存 （Flash），此后 90 年代，先后出現(xiàn)了 USB、SD 卡等多種 Flash 應(yīng)用。2008 年，3D NAND 技術(shù)萌芽，到 2014 年正式商用量產(chǎn)。由此看，半導體存儲器發(fā)展已有 55 年，其中 DRAM 發(fā)展已有 55 年，F(xiàn)lash 發(fā)展 已有 40 年，由于 2D NAND 和 3D NAND 技術(shù)差別巨大，實際上 3D NAND 發(fā)展歷史僅僅十余年，技術(shù)成 熟度遠不如 DRAM。

半導體存儲器又稱存儲芯片，是以半導體電路作為存儲媒介的存儲器，用于保存二進制數(shù)據(jù)的記憶設(shè)備，是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分。半導體存儲器具有體積小、存儲速度快等特點，廣泛應(yīng)用服務(wù)器、PC、智能手機、汽車、物聯(lián)網(wǎng)、移動存儲等領(lǐng)域。根據(jù)存儲原理的不同，半導體存儲器可分為隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）：

（1）隨機存儲器（RAM）。與 CPU 直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器。可隨時讀寫且速度快，斷電后存儲數(shù)據(jù)丟失，是易失性存儲器。RAM 又可進一步細分為動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）和靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）。DRAM 用作內(nèi)存，需求量遠高于 SRAM。SRAM 速度很快但成本高，一般用于作 CPU 的高速緩存。

（2）只讀存儲器（ROM）。只能讀取事先存儲的信息的存儲器。斷電后所存數(shù)據(jù)不會丟失，根據(jù)可 編程、可抹除功能，ROM 可分為 PROM、EPROM、OTPROM、EEPROM 和 Flash 等。Flash 是當前主流 的存儲器，具備電子可擦除可編程的性能，能夠快速讀取數(shù)據(jù)而且斷電時不會丟失數(shù)據(jù)，往往與 DRAM 搭配使用。Flash 可進一步細分為 NAND Flash 和 NOR Flash：NAND Flash 寫入和擦除的速度快，存儲密度 高，容量大，但不能直接運行 NAND Flash 上的代碼，適用于高容量數(shù)據(jù)的存儲。NOR Flash 的優(yōu)勢是芯片內(nèi) 執(zhí)行——無需系統(tǒng) RAM 就可直接運行 NOR Flash 里面的代碼，容量較小，一般為 1Mb-2Gb。

DRAM 和 NAND Flash 為最重要的兩類存儲芯片。按照市場規(guī)模計算，DRAM 約占存儲器市場 53%， NAND Flash 約占 45%，二者份額合計達 98%，為存儲器市場主要構(gòu)成產(chǎn)品。

1.2 發(fā)展趨勢：DRAM 聚焦制程迭代，NAND 聚焦 3D 堆疊

1.2.1 DRAM：向高性能和低功耗發(fā)展，3D 堆疊、先進工藝、EUV 等是未來趨勢

DRAM 的工作原理是利用電容內(nèi)存儲電荷的多寡來代表一個二進制比特（bit），具備運算速度快、掉 電后數(shù)據(jù)丟失的特點，常應(yīng)用于系統(tǒng)硬件的運行內(nèi)存，主要應(yīng)用于服務(wù)器、PC 和手機等。在結(jié)構(gòu)升級方 面，DRAM 分為同步和異步兩種，兩者區(qū)別在于讀/寫時鐘與 CPU 時鐘不同。傳統(tǒng)的 DRAM 為異步 DRAM，已經(jīng)被淘汰，SDRAM（Synchronous DRAM，同步動態(tài)隨機存儲器）為 DRAM 的一種升級，讀/ 寫時鐘與 CPU 時鐘嚴格同步，主要包括 DDR、LPDDR、GDDR、HBM 等：

（1）DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM，雙信道同步動態(tài)隨機存取內(nèi)存）可以在一個時鐘讀 寫兩次數(shù)據(jù)，使得傳輸數(shù)據(jù)加倍，目前已發(fā)展到第五代，每一代升級都伴隨傳輸速度的提升以及工作電 壓的下降。根據(jù) Yole 預(yù)測，隨著 DDR5 的上市，市場將快速進行產(chǎn)品升級換代，預(yù)計 2025 年 DDR5 的份 額將接近 80%。

（2）LPDDR（Low Power DDR，低功耗雙信道同步動態(tài)隨機存取內(nèi)存）通過與處理器緊鄰（焊接 在主機板上而非插入或以封裝層疊技術(shù)直接堆在處理器上方）、減少通道寬度以及其他一些犧牲部分反應(yīng) 時間的方法來降低體積和功耗。LPDDR 內(nèi)存多用于智能手機、筆記本、新能源車上，而 DDR 多用于服 務(wù)器、臺式機、普通筆記本上。

（3）GDDR（Graphics DDR，繪圖用雙信道同步動態(tài)隨機存取內(nèi)存）為專門適配高端繪圖顯卡而特 別設(shè)計的高性能 DDR 儲存器。GDDR 與一般 DDR 不能共用，時鐘頻率更高，發(fā)熱量更小，一般用于電 競終端和工作站。

高性能和低功耗是性能升級的兩大主要趨勢。一般來說，繪圖用 DRAM 數(shù)據(jù)傳輸速度高于計算機用 DRAM，計算機用 DRAM 高于手機用 DRAM。近年來，各類 DRAM 更新迭代快速，高性能和低功耗是 兩大主要趨勢，目前 DDR、LPDDR、GDDR 已發(fā)展至第 5~6 代，較前一代傳輸速率大幅提升，功耗大幅 度降低。手機 DRAM 方面，目前業(yè)內(nèi)已量產(chǎn) LDDR5；計算機用 DRAM 方面，目前已演進至 DDR5；繪 圖用 DRAM 方面，最新一代的 GDDR6 已商用數(shù)年。

從 2D 架構(gòu)轉(zhuǎn)向 3D 架構(gòu)演變可能是未來 DRAM 的技術(shù)趨勢之一。2D DRAM 內(nèi)存單元數(shù)組與內(nèi)存邏輯電路分占兩側(cè)，3D DRAM 則是將內(nèi)存單元數(shù)組堆棧在內(nèi)存邏輯電路的上方，因此裸晶尺寸會變得比較小，每片晶圓的裸晶產(chǎn)出量會更多，意味著 3D DRAM 在成本上具備優(yōu)勢。

DRAM 從 2D 架構(gòu)轉(zhuǎn)向 3D 架構(gòu)演變的典型產(chǎn)品為 HBM。HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬 儲存器）是 AMD 和 SK 海力士推出的一種基于 3D 堆棧工藝的高性能 DRAM，適用于高儲存器帶寬需求的應(yīng)用場合，如圖形處理器、網(wǎng)絡(luò)交換及轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備（交換機、路由器）等。HBM 與 GDDR 都與 GPU 緊密整合，但 HBM 的位置不在 GPU 旁，而是在連接 GPU 與邏輯電路的中介層上。這些 DRAM 芯片具有大量的硅通孔（TSV），連接 HBM 內(nèi)的各個芯片，以及其底部的邏輯芯片。因此，DRAM 顆粒可以相互 堆疊，使得芯片在垂直面上能實現(xiàn)小面積和高容量。

DRAM 工藝制程演進至 10+nm，將繼續(xù)向 10nm 逼近。DRAM 的制程接近 10nm，各廠家都處于 10nm+階段。業(yè)界命名 DRAM 前三代 10nm+制程分別為 1X（16-19nm）、1Y（14-16nm）、1Z（12-14nm）。行業(yè)龍頭三星電子、SK 海力士和美光在 2016~2017 年期間進入 1X nm 階段，2018~2019 年進入 1Y nm階 段，2020 年后進入 1Z nm 階段。最新的 1αnm 仍處于 10+nm 階段，三星于 2020 年 3 月率先完成技術(shù)開發(fā)， 美光和海力士緊隨其后，各家大廠將繼續(xù)向 10nm 逼近。

光刻技術(shù)由 DUV 轉(zhuǎn)向 EUV。目前 DRAM 使用最為成熟的光刻技術(shù)是 193nm 的 DUV 光刻機，EUV 光刻機使用 13.5nm 波長，可通過減少光罩次數(shù)來進一步壓低成本，提高精度和產(chǎn)能。在工藝制程達到 14nm 后，采用 EUV 的經(jīng)濟性開始顯現(xiàn)，而 DUV 需使用多重曝光（SAQP）技術(shù)才能形成更細線寬的電 路，因此成本上處于劣勢。目前 DRAM 廠商仍可通過工藝改進使用 DUV 生產(chǎn) 10+nm DRAM，未來 DRAM 生產(chǎn)轉(zhuǎn)向 EUV 將是必然。三星、SK 海力士分別于 2020 年和 2021 年引入 EUV 技術(shù)來制造 DRAM， 美光預(yù)計在 2024 年生產(chǎn)基于 EUV 的 DRAM。目前 EUV 經(jīng)濟效益低于 DUV，但 EUV 將帶來更簡化的流 程，且成本會隨著工藝完善而不斷降低。

1.2.2 NAND：3D NAND 商用時間短，高密度存儲、3D 堆疊是未來趨勢

20 世紀 80 年代，2D NAND 技術(shù)誕生并商業(yè)化，閃存行業(yè)獲得高速發(fā)展。1967 年，Dawonhng 和 Simon S 共同發(fā)明了浮柵 MOSFET，這是所有閃存、EEPROM 和 EPROM 的基礎(chǔ)。1984 年，閃存之父 Fujio Masuoka 代表東芝在 IEEE 1984 綜合電子設(shè)備大會上正式介紹了閃存。1986 年，英特爾推出了閃存 卡概念，成立了 SSD 部門。1987 年，Masuoka 發(fā)明 2D NAND，此后，英特爾、三星電子和東芝先后推 出 2D NAND 產(chǎn)品。90 年代初，閃存市場迅速擴張，1991 年產(chǎn)值僅 1.7 億美元，1995 年達到 18 億美元， 復合增速達 80%。2001 年，東芝與閃迪宣布推出 1GB MLC NAND。2004 年，基于同等密度，NAND 的 價格首次降至 DRAM 之下，成本效應(yīng)將閃存帶入計算領(lǐng)域。

3D NAND 于 2014 年開始商業(yè)化量產(chǎn)，主流廠商基本實現(xiàn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換。2007 年，東芝最早推出 BiCS 類型的 3D NAND。2013 年三星推出第一代 V-NAND 類型的 3D NAND。2014 年，SanDisk 和東芝宣布推 出 3D NAND 生產(chǎn)設(shè)備，三星率先發(fā)售 32 層 MLC 3D V-NAND，至此 3D NAND 市場開始快速擴張。

3D NAND 存儲單元向 TLC、QLC 等高密度存儲演進。NAND Flash 根據(jù)存儲單元密度可分為 SLC、 MLC、TLC、QLC 等，對應(yīng) 1 個存儲單元分別可存放 1、2、3 和 4bit 的數(shù)據(jù)。存儲單元密度越大，壽命 越短、速度越慢，但容量越大、成本越低。目前 NAND Flash 以 TLC 為主，QLC 比重在逐步提高。

3D 堆疊大幅提升容量，相同單元密度下壽命較 2D 結(jié)構(gòu)延長。3D NAND 是一項革命性的新技術(shù)，首 先重新構(gòu)建了存儲單元的結(jié)構(gòu)，并將存儲單元堆疊起來。3D NAND 帶來的變化有：（1）總體容量大幅提 升；（2）單位面積容量提高。對于特定容量的芯片，3D NAND 所需制程比 2D NAND 要低得多（更大線 寬），因而可以有效抑制干擾，保存更多的電量，穩(wěn)定性增強，例如同為 TLC 的 3D NAND 壽命較 2D NAND 延長。

工藝制程演進相對緩慢，3D 堆疊層數(shù)增長迅速。從 2014 年到 2020 年，各家廠商 3D NAND 堆疊層 數(shù)從 32 層增長至 128 層，大致 3 年層數(shù)翻一倍，而工藝制程在 2D NAND 時期就達到 19nm，轉(zhuǎn)換成 3D NAND 工藝制程倒退至 20-40nm，而后又逐步往更高制程演進，制程演進相對邏輯芯片較慢。從各廠商 的技術(shù)藍圖來看，NAND Flash 堆疊層數(shù)預(yù)計在 2022 年將達到 2XX 層，而工藝制程則可能停留在 20- 19nm 左右。

堆疊層數(shù)仍有較大提升空間。按照 SK 海力士的預(yù)測，3D NAND 在發(fā)展到層數(shù)超過 600 層的階段時 才會遇到瓶頸，目前市場上主流產(chǎn)品低于 200 層，未來技術(shù)升級空間較大。

主流廠商基本實現(xiàn)從 2D NAND 到 3D NAND 的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，三星電子領(lǐng)先 1-2 年。從 2014 年 3D NAND 量產(chǎn)開始，到 2018 年主要 NAND 廠商基本完成從 2D 到 3D 的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換。2018 年 NAND Flash 廠 商三星電子、東芝/西部數(shù)據(jù)、美光、英特爾等原廠的 3D NAND 生產(chǎn)比重己超過 80%，美光甚至達到 90%。目前，各家廠家已實現(xiàn) 128 層（鎧俠和西部數(shù)據(jù)是 112 層）的量產(chǎn)，176 層正成為主流，2XX 層以 上的研發(fā)和量產(chǎn)正在推進，其中三星研發(fā)進度最為領(lǐng)先，比其他廠商領(lǐng)先 1-2 年。

1.3 新興技術(shù)：市場應(yīng)用有限，尚無法構(gòu)成實質(zhì)性替代

除 DRAM 和 NAND Flash 以外，NOR Flash 近年來受到越來越多的關(guān)注。

NOR Flash 制程迭代重啟，向 55/40nm 節(jié)點推進。1988 年，Intel 推出第一款 NOR Flash 商用產(chǎn)品， 制程 1.5um，2005 年 Intel 推出 65nm 產(chǎn)品。然而，受市場萎縮的影響，NOR Flash 制程進展長期停滯。但 近年來隨著可穿戴設(shè)備、AMOLED/TDDI 和汽車電子等需求增長，NOR Flash 行業(yè)自 2016 年以來恢復增 長。目前高密度 NOR Flash 產(chǎn)品的主流工藝從 65nm 節(jié)點向 55nm/40nm 節(jié)點推進，而低密度 NOR Flash 產(chǎn)品仍在以 65nm 及以上節(jié)點制造。

SPI 接口 NOR Flash 為主流，具有體積小、功耗低、成本低和速率高等優(yōu)點。NOR Flash 主要有兩種 傳輸接口：SPI（串行外設(shè)接口）和 I2C（并行存取接口）。相比于 I2C，SPI 僅需 6 個信號便可實現(xiàn)控制 器和存儲器之間的通信，減少了設(shè)計復雜性，縮小了電路板面積，降低了功耗和系統(tǒng)總成本。SPI 傳輸速 度一般為幾十 Mbps，而 I2C 的傳輸速率一般在 400Kbps。使用 SPI 技術(shù)的 NOR Flash 一般被稱為 SPI NOR Flash，而使用 I2C 的被稱為 Parallel NOR Flash。目前國內(nèi)的 NOR Flash 廠商眾多，兩種接口的 NOR Flash 均有研發(fā)生產(chǎn)。

新興存儲技術(shù)應(yīng)用有限，預(yù)計市場份額將長期處于低水平。根據(jù) Yole，目前市場上除 DRAM、 NAND Flash、NOR Flash 其他存儲技術(shù)的市場份額合計僅 2%，預(yù)計到 2026 年新興的存儲技術(shù)，包括 PCM、MRAM、RERAM 等，份額仍將不到全市場的 3%。

SRAM、EPROM、EEPROM 基本被替代或應(yīng)用于較為局限的場景。

（1）SRAM 成本高昂，用于 CPU 高速緩存。相比于 DRAM，SRAM 快速且功耗低，但是成本高昂， 且由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，SRAM 占用面積大，因此成本高，不適合用于高密度存儲低。一般用小容量的 SRAM 作為高速 CPU 和低速 DRAM 之間的緩存（cache）。

（2）EPROM 已被替代。EPROM 中存儲的信息在掉電時也能保持，可通過強紫外線照射對信息進行 擦除，是一種可重寫的存儲器芯片。EPROM 在 Flash 推出后被取代。

（3）EEPROM 用于模組芯片小容量信息存儲。EEPROM 與 EPROM 一樣是只讀的，其擦除信息的 速度極快。相比于 Flash，EEPROM 儲存密度小，成本高。一般地，EEPROM 用于解決模組芯片的數(shù)據(jù) 存儲需求，如攝像頭模組內(nèi)存儲鏡頭與圖像的矯正參數(shù)、液晶面板內(nèi)存儲參數(shù)和配置文件、藍牙模塊內(nèi) 存儲控制參數(shù)、內(nèi)存條溫度傳感器內(nèi)存儲溫度參數(shù)等等。

新型存儲發(fā)展方向均是將 DRAM 的讀寫速度與 Flash 的非易失性結(jié)合起來，目前尚無方案可替代 DRAM 和 NAND Flash。目前較為流行的新型存儲有四種：PCM、FRAM、MRAM、ReRAM：

（1）PCRAM（相變隨機存儲器）。具有工藝尺寸小、存儲密度高、讀寫速度快、功耗低、可拓展性 強等優(yōu)點，但由于 PCM 必須逐層構(gòu)建，且每一層都必須采用關(guān)鍵的光刻和蝕刻步驟，導致成本與層數(shù)等比例增加，因此其不具備規(guī)模效益。目前布局的廠商有 Intel、美光、三星等。

（2）FRAM（鐵電存儲器）。可實現(xiàn)超低功耗、快速存儲，有望在消費類小型設(shè)備中得到應(yīng)用，如手機、功率表、智能卡以及安全系統(tǒng)。但由于 FRAM 存儲密度低，且因鐵電晶體的固有缺點，訪問次數(shù)有限，超出了限度，F(xiàn)RAM 就不再具有非易失性，因此 FRAM 無法替代 Flash。目前布局的廠商有 Fujitsu、德儀、Cypress 等。

（3）MRAM（非揮發(fā)性的磁性隨機存儲器）。具有 SRAM 的高速讀寫能力，以及 DRAM 的高集成度，可以無限次重復寫入，價格昂貴，工藝復雜，設(shè)計難度高。布局的廠商有三星電子、IBM、NXP 等。

（4）ReRAM（電阻式隨機存儲器）。與閃存相比，其優(yōu)勢是讀取延遲更低且寫入速度更快，但由于 ReRAM 技術(shù)在物理方面非常困難，且性能和可靠性不具備競爭力。目前在研廠商包括松下、臺積電、聯(lián) 電等。（報告來源：未來智庫）

二、供需分析：高成長與強周期并存

2.1 需求端：存儲為長期高成長賽道，數(shù)據(jù)中心、AI、自動駕駛驅(qū)動成長

存儲芯片是長期高成長的賽道。只要有數(shù)據(jù)就離不開存儲，新型終端或應(yīng)用的誕生及爆發(fā)，拉動數(shù) 據(jù)存儲需求不斷增長。復盤歷史，存儲器市場出現(xiàn)過多輪新終端或應(yīng)用驅(qū)動的成長周期，如 90 年代 PC 的滲透，2000 年代功能機的滲透及 iPod 等推出，2010 年代智能機的滲透及云計算的爆發(fā)，未來存儲器需 求將在 5G、AI 以及汽車智能化的驅(qū)動下步入下一輪成長周期。

存儲芯片市場規(guī)模維持長期增長，在半導體市場的占比波動上行。全球存儲芯片市場于波動中保持上升趨勢，市場規(guī)模從 2005 年的 546 億美元增至 2020 年的 1229 億美元，復合增速達 5.6%，IC Insights 預(yù)計 2021 年全球存儲芯片市場規(guī)模將同比增長 22%，2023 年將超過 2000 億美元。存儲芯片在整個半導體中的占比 2002 年在 10%出頭，到上一輪景氣度高點 2018 年，達到 33.1%，整體處于波動上行的狀態(tài)。2019 年和 2020 年，由于存儲器周期下行，該比例有所下降，根據(jù) WSTS，2020 年該比例約為 27%。

從結(jié)構(gòu)上看，DRAM 和 NAND Flash 為存儲芯片的核心品類。根據(jù) IDC，DRAM 和 NAND Flash 兩 者自 2005 年以來一直占據(jù)存儲芯片市場的大部分份額，兩者合計占比達 75%，2020 年該份額上升至 96%。

受到 5G 手機、服務(wù)器、PC 等下游需求驅(qū)動，存儲芯片市場規(guī)模將快速擴張。2020 年 DRAM 下游 市場中，計算、無線通訊、消費和工業(yè)分別占 45.9%、36.5%、9.6%、4.5%，而 NAND Flash 下游市場中， 計算、無線通訊、消費和工業(yè)分別占 54.8%、34.1%、6.1%、2.6%（注：IDC 的分類中，“計算”包含服務(wù) 器和 PC，“無線通訊”包含智能手機）。智能手機 5G 升級，帶動智能手機單機容量提升，云計算和 AI 發(fā) 展，推動存儲需求不斷上行。另外，2020 年至今新冠疫情帶來的工作、生活方式的轉(zhuǎn)變，遠程服務(wù)的諸 多應(yīng)用持續(xù)帶動服務(wù)器需求，而平板、筆記本電腦等也因遠程辦公、教學需求，出貨量大幅增長。下游 市場發(fā)展將帶動 DRAM 和 NAND Flash 快速發(fā)展。

從應(yīng)用結(jié)構(gòu)變化趨勢看，服務(wù)器和智能手機成為近 10 年存儲需求增長的主要驅(qū)動力。（1）智能手機：2010 年智能手機爆發(fā)，對存儲芯片的需求隨之爆發(fā)，DRAM 下游應(yīng)用中智能手機占比開始快速上升，手機 DRAM 市場規(guī)模從 2005 年的 21 億美元增長至 2020 年的 239 億美元，復合增速 17.8%，手機 NAND 市場規(guī)模從 2005 年的 70 億美元增長至 2020 年的 189 億美元，復合增速 6.8%。（2）計算（服務(wù)器及 PC）：計算市場穩(wěn)定增長，計算用 DRAM 銷售額持續(xù)增長，銷售額從 2005 年的 233 億美元增長至 2020 年的 300 億美元，復合增速 1.7%，增速較低是因為 PC 市場自 2010 年以來有所衰退。而 NAND Flash 下游應(yīng) 用中計算占比開始快速上升，銷售額從 2005 年的 84 億美元增長至 2020 年的 304 億美元，復合增速 8.9%。

2.1.1 服務(wù)器：云服務(wù)資本開支高增，服務(wù)器平臺升級

服務(wù)器出貨量穩(wěn)健增長。根據(jù) IDC 統(tǒng)計，2016-2020 年，由于云計算浪潮、AI、企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、物 聯(lián)網(wǎng)等的推動，全球服務(wù)器出貨量從 956 萬臺增長至 1224 萬臺，復合增速達 6.4%。

云服務(wù)廠商資本開支維持高增速，服務(wù)器出貨增長動能強勁。在短期驅(qū)動力（宅經(jīng)濟）和長期驅(qū)動 力（AI、云計算）的作用下，全球云服務(wù)廠商加速采購服務(wù)器，20Q1-21Q2 服務(wù)器采購經(jīng)歷了先補庫存 后去庫存，21Q3 以來服務(wù)器需求恢復。短期來看，服務(wù)器需求企穩(wěn)，而全球云服務(wù)廠商的資本支出維持40%上下的高增長，我們判斷服務(wù)器需求有較強支撐。長期來看，5G、云計算浪潮、AI、企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn) 型、物聯(lián)網(wǎng)等快速發(fā)展，將促使企業(yè)增購服務(wù)器。IDC 預(yù)計 2021-2025 年維持穩(wěn)定增長，2021 年出貨量 達到 1299 萬臺，到 2025 年達到 1676 萬臺，復合增速為 6.5%。

服務(wù)器平臺升級帶來存儲芯片容量提升和規(guī)格升級。服務(wù)器更新?lián)Q代帶來 DRAM 和 NAND Flash 搭 載容量的提升，據(jù) DRAMeXchange 測算，服務(wù)器的 DRAM 平均單機容量從 2019 年的 304GB 上升至 2020 年的 397GB，漲幅達 30%。據(jù) ChinaFlashMarket 測算，服務(wù)器的 NAND Flash 平均單機容量從 2019 年的 2300GB 增至 2020 年的 2700GB，增幅達 17%。目前，英特爾平臺的服務(wù)器占市場主導地位，以其 為例，其服務(wù)器正從 Purely 平臺向 Whitley 平臺切換，同時下一代 Eagle Stream 平臺將于 2022 年起量， 服務(wù)器平臺切換帶來 DRAM 和 NAND Flash 搭載量和規(guī)格的提升，如內(nèi)存通道從 6 提升至 8，DRAM 從 DDR4 升級至 DDR5。

2.1.2 智能手機：5G 快速滲透，單機存儲容量提升

智能手機進入存量升級時代，存儲芯片單機搭載容量維持高增長。智能手機經(jīng)歷過 2008-2016 年的 爆發(fā)式增長，出貨量于 2016 年達到峰值，近年來出貨量有所下降。隨著 5G 換機的推進，智能手機出貨量有望恢復小幅增長，整體智能手機市場屬于存量市場。其搭載的 DRAM 平均單機容量從 2010 年的 0.5GB 增長至 2020 年 4.3GB，復合增速達 24%，NAND Flash 平均單機容量從 2014 年的 21GB 增長至 2020 年的 108GB，復合增速達 31%。

預(yù)計 2025 年全球 5G 滲透率接近 70%，5G 換機拉動存儲容量提升。隨著全球更多地區(qū)開始 5G 商用 部署、各品牌陸續(xù)推出 5G 機型，5G 智能手機滲透快速提升。根據(jù) IDC 預(yù)測，2021 年 5G 智能手機出貨 量將占全球銷量的 40%以上，并在 2025 年增長至 69%。國內(nèi) 5G 滲透率全球領(lǐng)先，2021 年 12 月已達 81%。5G 手機升級帶來存儲容量升級，根據(jù)美光，高清視頻、高像素拍攝、5G 傳輸和云游戲需求不斷增 長，智能手機從 4G 切換至 5G，旗艦機 DRAM 配置將從 6GB+提升至 8GB+，NAND 配置將從 128/256GB 提升至 256/512GB，智能手機單機存儲芯片搭載容量持續(xù)提升。

2.1.3 PC 及平板：存量升級，存儲容量穩(wěn)定提升

2021 年全球 PC 出貨量接近歷史峰值水平，未來出貨量將維持穩(wěn)定。在疫情遠程辦公和教育的推動 下，2020 年全球 PC 市場扭轉(zhuǎn)頹勢，同比增長 13.5%。疫情并非長期性事件，PC 需求量持續(xù)高速增長存 在較大不確定性。IDC 預(yù)計 2021 年全球 PC 出貨量至 3.45 億臺，同比增長 13.5%，接近 2011 年的歷史峰 值，預(yù)計出貨量到 2025 年維持在 3.5 億臺水平。若考慮進平板電腦，則 2021 年全球 PC+平板出貨量達 5.2 億臺，至 2025 年小幅下降至 5.1 億臺。因此，從出貨量看，未來 PC+平板為存量市場，其存儲芯片需 求主要來自單機搭載容量的提升。

未來 PC DRAM 和 NAND Flash 平均容量將保持高速增長。隨著數(shù)據(jù)存儲需求的不斷增長，PC 存儲 配置逐年升級，根據(jù) PC Matic Research，PC DRAM 容量自 2000 年以來持續(xù)增長，到 2020 年單機接近 10GB，NAND Flash 容量變化趨勢與之類似。根據(jù) Yole 預(yù)測，2020 年 PC 平均 DRAM 容量約為 10GB， 2026 年 PC 平均 DRAM 容量將近 18GB，復合增速約為 10%。而 2020 年 PC 平均 NAND Flash 搭載量約 為 450GB，2026 年 PC 平均 NAND Flash 搭載量將高于 1000GB，復合增速約為 15%。

2.1.4 汽車：自動駕駛高速滲透，單車存儲需求高增

汽車自動駕駛等級提升，大容量數(shù)據(jù)存儲需求增長。自動駕駛汽車可以減少人為干預(yù)對于駕駛的必要性， 英飛凌預(yù)計 2020 年 L1 及以上新車滲透率接近 50%，L2 滲透率達 7%，未來將從目前的 L2 階段發(fā)展至完全不 需要駕駛員干預(yù)的 L4 及 L5 階段。隨著自動駕駛等級的提升，以及車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）、多攝像頭視覺處 理、長壽命電池和超高速 5G 網(wǎng)絡(luò)的引入，車內(nèi)車外數(shù)據(jù)流量大大提升，超大計算處理成為必需品，相應(yīng)地大 容量數(shù)據(jù)緩存（DRAM、SRAM）、存儲（NAND）和其他存儲（NOR Flash、EEPROM 等）需求大幅增長。

汽車智能化驅(qū)動數(shù)據(jù)存儲需求，車載存儲市場有望提速增長。2020 年全球車載存儲市場規(guī)模約 46 億美元， 在整體存儲市場占比不足 5%，但成長速度較高，2016-2020 年復合增速為 11.4%，預(yù)計隨著汽車智能化水平的 提升，車載存儲市場提速增長，主要體現(xiàn)在 DRAM（尤其是新能源車用的 LPDDR）、NAND 等需求高速增長， 2021 年車載存儲市場將達到 56.6 億美元，2025 年增長至 119.4 億美元，2021-2025 年復合增速為 21.0%。從結(jié) 構(gòu)看，車載存儲市場以 DRAM 和 NAND 為主，占比分別為 57%和 23%，其他小類的存儲芯片如 NOR Flash、 SRAM 和 EPROM/EEPROM 也在車內(nèi)有廣泛應(yīng)用。

目前汽車存儲容量與智能手機相當。當前汽車對儲存的需求主要來源于 ADAS 系統(tǒng)和 IVI 系統(tǒng)，其 中 ADAS 占比超過 10%，IVI 約占 80%。根據(jù)中國閃存市場，目前高端車型至多搭載 12GB DRAM 和 256GB NAND，與當前旗艦智能手機相當；而在中端車型中，2~4GB DRAM 和 32~64GB NAND Flash 則 為常見配置；在低端車型中，DRAM 和 NAND Flash 容量需求更低，僅為 1~2GB 和 8~32GB。

單車 DRAM 和 NAND Flash 容量有巨大提升空間。隨著自動駕駛等級提升，用于收集車輛運行和周 邊環(huán)境數(shù)據(jù)的各類傳感器將會越來越多，包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等，OTA（空中下載技術(shù)）、 V2X（vehicle-to-everything）等網(wǎng)絡(luò)通信功能也將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。英特爾估計自動駕駛汽車每天將產(chǎn)生 4000GB 的數(shù)據(jù)量。即使低等級自動駕駛的車輛也需要大量車載數(shù)據(jù)存儲，因為座艙 IVI 系統(tǒng)正逐步搭配 更多大尺寸、高分辨率屏幕。根據(jù)中國閃存市場預(yù)測，L4、L5 的汽車將配備 40GB 以上的 DRAM 和 3TB 以上的 NAND Flash，該配置遠高于當前的智能手機。

2.2 供給端：產(chǎn)能穩(wěn)定擴張，工藝制程迭代持續(xù)推進

存儲芯片位元（bit）供給增長來自兩方面：（1）工藝制程迭代帶來單片晶圓中位元增長。（2）晶圓 產(chǎn)能的擴張。

（1）工藝迭代：

龍頭廠商將主要精力投向制程迭代，以滿足高速增長的位元（GB）需求。DRAM 方面，根據(jù) SK 海 力士預(yù)計，DRAM 工藝制程從 1Znm 到 1αnm，單片晶圓可切出的晶粒數(shù)量增長 25%，在晶圓產(chǎn)能不增長 的情況下，仍將驅(qū)動 DRAM 位元供給增長。目前，三星電子、美光、SK 海力士等 DRAM 產(chǎn)品生產(chǎn)正在 引入 EUV 光刻，工藝制程正在從 1Znm 往 1αnm 轉(zhuǎn)換，以滿足 DRAM 位元增長的需求。NAND 方面，3D 堆疊工藝持續(xù)演進，176 層漸漸成為 3D NAND 主流，目前頭部廠商正在推進 2XX 層 3D NAND 的研發(fā)和 量產(chǎn)，預(yù)計顯著提升單片晶圓的位元產(chǎn)出量。

（2）產(chǎn)能擴張：

2021-2022 年 DRAM 和 NAND Flash 產(chǎn)能穩(wěn)定增長。我們統(tǒng)計了 DRAM 和 NAND Flash 主要廠商的 產(chǎn)能及預(yù)測，DRAM 廠商選取三星電子、美光、SK 海力士、南亞科技、長鑫存儲等 5 家，NAND Flash 廠商選取三星電子、美光、SK 海力士、Flash Alliance（東芝+西部數(shù)據(jù)）、英特爾、旺宏、長江存儲等 7 家。整體來看，2020 年、2021 年、2022 年 DRAM 產(chǎn)能分別同比增長 4.5%、9.9%、7.0%至 531、584、 625 萬片/年，NAND Flash 產(chǎn)能分別同比增長 1.7%、6.7%、5.9%至 688、734、777 萬片/年，加上部分無 法歸屬于 DRAM 或 NAND Flash 以及 NOR Flash、SRAM 等小類存儲的產(chǎn)能，2020 年、2021 年、2022 年 存儲芯片整體產(chǎn)能分別同比增長 0.0%、7.6%、5.6%至 1258、1354、1429 萬片/年，產(chǎn)能穩(wěn)定增長。

存儲新增產(chǎn)能投放集中在 2021-2022 年。分廠商看，三星電子的西安二期擴產(chǎn)，主要為 NAND Flash， 于 2021 年中投產(chǎn)，而平澤 P2 和 P3 的新增產(chǎn)能（DRAM、NAND Flash 及晶圓代工）分別于 2021 年中和 2022 年投產(chǎn)。鎧俠/西部數(shù)據(jù)的 K2 和 Fab7 產(chǎn)能（NAND Flash）將于 2022 年春投產(chǎn)。SK 海力士和美光的 DRAM 擴產(chǎn)則分別于 2021 年 Q1 和年中投產(chǎn)，而國內(nèi)的長鑫存儲和長江存儲近兩年及未來兩年持續(xù)有產(chǎn) 能開出，但爬坡需要一定的時間，實際產(chǎn)能相較于全球產(chǎn)能影響有限。整體來看，存儲大廠新增產(chǎn)能釋 放主要在 2021-2022 年，2021 年產(chǎn)能投放較多，預(yù)計 2022 年仍有產(chǎn)能投放，但增速放緩。

往 2023 年以后看，暫無確定的新增產(chǎn)能落地。往 2023 年以后看，三星電子暫無擴產(chǎn)計劃；美光計 劃在日本廣島投資約 70 億美元擴產(chǎn) DRAM，新工廠將于 2024 年開始投入運營；SK 海力士將在未來十年 于韓國首爾投資 1060 億美元用于擴產(chǎn) DRAM，新工廠于 21Q4 動工，將于 2025 年完成所有工程項目，之 后啟動量產(chǎn)。從各廠商的擴產(chǎn)規(guī)劃看，目前 2023 年及以后存儲芯片確定的新增產(chǎn)能較少。

工藝迭代難以完全滿足位元增長需求，預(yù)計 2023 年以后存儲產(chǎn)能增長達到 5~10%。根據(jù) SUMCO 預(yù) 測，2021-2025 年 DRAM 位元需求復合增速達 20%，其中 10%的增速可由 DRAM 工藝迭代滿足，剩余不 足 10%的增速仍需憑借產(chǎn)能擴張（即 DRAM 晶圓供給的復合增速仍需達到 10%）。而 2021-2025 年 3D NAND 位元需求復合增速達 31%，其中 30%的增速可由 3D NAND 工藝迭代滿足，由于近兩年 3D NAND 位元供給增長較多，預(yù)計 2021-2023 年 3D NAND 所需晶圓的供給增速為 1%（當前擴產(chǎn)速度超過所需， 因此導致供給過剩），2023-2025 年恢復至 8%的復合增速。因此，我們預(yù)計 2023 年以后 DRAM 和 3D NAND 產(chǎn)能增長仍可達到 5~10%。

2.3 周期性：短期價格周期波動，長期單位成本下降

存儲芯片具有大宗商品的屬性，供需錯配導致價格周期性波動。存儲芯片下游需求量大，需要通過 規(guī)模擴張才能維持經(jīng)濟效益，同時產(chǎn)品多為標準化產(chǎn)品，因此具有大宗商品的屬性。當行業(yè)需求旺盛， 處于上行周期時，當一家存儲廠商選擇擴產(chǎn)以擴大市場份額時，通常其他廠商也會跟隨擴產(chǎn)，導致產(chǎn)能集中落地，從而造成產(chǎn)能過剩，最終引發(fā)存儲芯片價格下跌。當行業(yè)需求低迷，處于下行周期時，由于 相反的原因，最終導致市場供小于求，存儲芯片價格逐步上漲，由此形成一定的周期性。DRAM 和 NAND 行業(yè)已形成壟斷格局，DRAM 尤為明顯，因此各家擴產(chǎn)與定價策略類似，資本支出的開出較為集 中，使得存儲芯片的周期性顯著強于其他半導體品類。以美光和 SK 海力士為例，每輪大規(guī)模資本支出后 的 1-3 年內(nèi)，產(chǎn)品進入降價周期，毛利率下降。

三星電子為存儲芯片龍頭，產(chǎn)品毛利率波動小于美光和 SK 海力士。一方面，三星電子為集團型公 司，存儲芯片僅貢獻 20%~30%營收。另一方面，三星電子在市場中占據(jù)主導權(quán)，多次擴產(chǎn)時機早于美光 和 SK 海力士，因此在每輪價格下跌前獲得更高的收益。這份主導權(quán)來自于三星電子的技術(shù)優(yōu)勢、資金規(guī) 模和早期多次逆周期擴產(chǎn)帶來的份額優(yōu)勢。

中短周期看，價格呈現(xiàn)周期波動。

1、DRAM 的價格周期性：每輪周期約 3~4 年。

從價格周期看，DRAM 從 2012 年至今經(jīng)歷三輪周期。存儲芯片，包括 DRAM 和 NAND，具有較強 的周期性，這主要是需求與供給的錯配導致。從時間維度看，DRAM 的價格大致以 3-4 年為一個周期。

（1）第一輪周期：12Q3~16Q2 年。12Q3 至 14Q2：周期上行，主要驅(qū)動力為智能手機爆發(fā)，對 DRAM 的需求增長；14Q3 至 16Q2，周期下行，以 4Gb（512Mb×8）1600MHz 的 DRAM 顆粒為例，其單 價從 4.43 美元跌至 1.44 美元，區(qū)間跌幅 67%，主要因為各廠商擴產(chǎn)落地導致供大于求。

（2）第二輪周期：16Q3~19Q4。16Q3 至 18Q2，周期上行，主要因為主要廠商如美光、三星、SK 海力士將主要產(chǎn)能轉(zhuǎn)移生產(chǎn) 3D NAND Flash，DRAM 沒有擴產(chǎn)計劃，同時需求增長導致 DRAM 顆粒產(chǎn)能 不足并缺貨，價格上行，4Gb（512Mb×8） 1600MHz 的 DRAM 顆粒價格區(qū)間漲幅 187%；18Q3 至 19Q4， 周期下行，中美貿(mào)易摩擦導致全球下游需求萎靡，服務(wù)器、PC、筆電等需求不佳，Dram 供過于求，4Gb （512Mb×8） 1600MHz 的 DRAM 顆粒價格區(qū)間跌幅 67%。

（3）第三輪周期：20Q1 至今。疫情下，線上經(jīng)濟、居家辦公等需求拉動服務(wù)器、TV、PC 出貨激增， 5G 手機升級驅(qū)動單機容量升級，帶動 DRAM 價格回升。目前來看，21Q2 PC 需求旺廠商備貨，服務(wù)器迎 來采購高峰，手機等消費電子逐步進入備貨高峰，VGA 卡/游戲機/虛擬貨幣需求強勁。21Q3 開始，隨著 智能手機等消費電子需求步入低迷，存儲廠商持續(xù)去庫存，DRAM 價格有所回調(diào)，價格回調(diào)持續(xù)至 22Q1， Trendforce 預(yù)計本輪降價將持續(xù)至 22Q2。20Q1 至今區(qū)間漲幅 81%。

2、NAND Flash 的價格周期性：每輪周期約 3~4 年。

類似 DRAM，NAND Flash 價格具有周期波動特性。2012 年至今，NAND 一共經(jīng)歷三輪周期，一輪 周期大致為 3~4 年。

1）第一輪周期：12Q3~15Q4。2013 年之前的上行周期驅(qū)動力來自智能手機的需求爆發(fā)。2013 年 PC 銷售量衰減，導致需求持續(xù)疲軟，同時各大存儲廠新增產(chǎn)能開出，價格戰(zhàn)激烈，存儲芯片整體供大于求， NAND Flash 價格大幅降低，以 64Gb（8Gb×8）的 NAND Flash 為例，2013Q2-2016Q4，顆粒單價從 6.10 美元跌至 2.32 美元，區(qū)間跌幅為 62%。

2）第二輪周期：16Q1~19Q4。16Q1~17Q2，周期上行，非蘋果智能手機品牌為提升產(chǎn)品競爭力加速 提升 eMMC／UFS 的容量，SSD 固態(tài)硬盤需求也迎來爆發(fā)，NAND Flash 需求不斷攀升，而大部分廠商處 于從 2D 轉(zhuǎn)向 3D 的過程中，良率爬升普遍較緩，供給下滑嚴重，供需不平衡造成 NAND Flash 價格持續(xù) 上揚。周期上行期間，64Gb（8Gb×8）的 NAND Flash 單價區(qū)間漲幅為 105%。17Q3~19Q4，周期下行， 廠商 3D NAND 良率提升、大幅擴產(chǎn)，而需求面僅有智能手機需求動能延續(xù)，其他部分如服務(wù)器、PC 及 平板需求疲軟，NAND Flash 市場價格大幅走弱至 2019 年年底。周期下行期間，64Gb（8Gb×8）的NAND Flash 單價區(qū)間跌幅為 50%。

2）第三輪周期：20Q1 至今。本輪周期主要驅(qū)動力為 5G 周期終端設(shè)備對數(shù)據(jù)存儲的需求和后疫情時 期 PC、筆電、手機和服務(wù)器等需求的恢復。本輪周期開始，即 20Q1~20Q4，NAND Flash 價格處于震蕩 狀態(tài)，主要因為新冠疫情疊加中美貿(mào)易摩擦對需求形成一定壓制，疫情緩解后宅經(jīng)濟拉動 PC、平板等需 求，存儲需求釋放。21Q~Q2，PC、服務(wù)器、手機等消費電子逐步進入備貨高峰，NAND Flash 價格上行， 21Q3 開始，隨著智能手機等消費電子需求步入低迷，存儲廠商持續(xù)去庫存，NAND Flash 價格有所回調(diào)， 價格回調(diào)持續(xù)至 22Q1，Trendforce 預(yù)計 22Q1 仍有 5~10%降幅，Q2 受西部數(shù)據(jù)/鎧俠工廠原材料污染影響， 價格上漲 5~10%。20Q1 至今區(qū)間漲幅 40%。

長周期看，單個位元成本呈現(xiàn)下降趨勢。根據(jù)三星電子，DRAM 技術(shù)演進路徑主要為縮小工藝制程，隨著工藝制程升級，單位 Gb 成本持續(xù)下降。而 NAND Flash 2013 年前技術(shù)演進路徑為工藝制程，隨著工藝制程升級，單位 Gb 成本持續(xù)下降，2014 年隨著 3D NAND 量產(chǎn)，堆疊層數(shù)從 32 層持續(xù)增長至當前的 192 層，單位 Gb 成本加速下降；同時，伴隨存儲單元密度提升，從 SLC→MLC→QLC→TLC，進一步促進了單位 Gb 成本的下降。

NAND Flash 長期成本下降趨勢快于 DRAM。根據(jù) McCallum 統(tǒng)計，對比 DRAM 和 NAND Flash 的 成本下降趨勢，NAND Flash 單位位元長期價格下降趨勢快于 DRAM，且預(yù)計隨著堆疊層數(shù)增加，成本加速下降。這是由于 NAND Flash 在突破 3D 堆疊后，技術(shù)更新迭代較快，具備顯著的規(guī)模經(jīng)濟，而 DRAM 技術(shù)發(fā)展歷史較長，技術(shù)更加成熟，迭代相對緩慢。

來源：中信建投證券