淺談存儲(chǔ)芯片分類(lèi)及主要市場(chǎng)格局

近期，中國(guó)網(wǎng)信網(wǎng)發(fā)文稱(chēng)，為保障關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)鏈安全，防范產(chǎn)品問(wèn)題隱患造成網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，維護(hù)國(guó)家安全，依據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)家安全法》《中華人民共和國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全法》，網(wǎng)絡(luò)安全審查辦公室按照《網(wǎng)絡(luò)安全審查辦法》，對(duì)美光公司（Micron）在華銷(xiāo)售的產(chǎn)品實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全審查。 目前，美光在全球DRAM/NANDFlash市場(chǎng)分別占據(jù)25%和12%的份額，在車(chē)用存儲(chǔ)市場(chǎng)占比超40%份額。 值得注意的是，此前國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)龍頭廠商長(zhǎng)江存儲(chǔ)和長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)都已經(jīng)被列入美國(guó)的 " 實(shí)體清單 "，去年美國(guó)的出口管制中還特別提及了存儲(chǔ)芯片，對(duì)相關(guān) DRAM 存儲(chǔ)芯片、NAND 閃存芯片進(jìn)行管控。 此次美光被安全審查，有望極大利好國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)芯片公司。

存儲(chǔ)芯片行業(yè)概覽

? 存儲(chǔ)芯片為半導(dǎo)體核心元器件，按性質(zhì)可劃分為RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器，包括DRAM、SRAM、新型RAM等）、ROM（只讀存儲(chǔ)器）、Flash（閃存，包括NAND Flash、NOR Flash等）。 存儲(chǔ)芯片分類(lèi)及主要市場(chǎng)格局：

儲(chǔ)芯片按照斷電后數(shù)據(jù)是否丟失，可分為易失性存儲(chǔ)芯片和非易失性存儲(chǔ)芯片。 易失性存儲(chǔ)芯片常見(jiàn)的是DRAM，非易失性存儲(chǔ)芯片常見(jiàn)的是NAND閃存芯片和NOR閃存芯片。 DRAM和NAND Flash為存儲(chǔ)器行業(yè)的主流產(chǎn)品。 根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，2021年DRAM在整個(gè)存儲(chǔ)市場(chǎng)的占比約為56%，閃存NAND的占比約為43%，其中NAND閃存為41%，NOR閃存為2%，其他存儲(chǔ)芯片（EEPROM、EPROM、ROM、SRAM）將會(huì)緩慢成長(zhǎng)，但大幅搶占市場(chǎng)的可能性較小。

資料來(lái)源：方正證券 ? DRAM廠商擴(kuò)產(chǎn)和新建計(jì)劃延后：

資料來(lái)源：集邦咨詢(xún) ? NAND Flash各供應(yīng)商技術(shù)路線(xiàn)：

資料來(lái)源：TrendForce ? 存儲(chǔ)芯片企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局：

存儲(chǔ)芯片行業(yè)專(zhuān)題報(bào)告：從算力到存力

（報(bào)告出品方/作者：浙商證券，陳杭、安子超）

存力概況

我國(guó)數(shù)據(jù)量爆發(fā)驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)需求增長(zhǎng)

得益于人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等 新興技術(shù)在中國(guó)的快速發(fā)展，中國(guó)數(shù)據(jù)正在迎來(lái) 爆發(fā)式增長(zhǎng)。據(jù)此前IDC預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2025年， 中國(guó)數(shù)據(jù)圈將增長(zhǎng)至48.6ZB，占全球數(shù)據(jù)圈的 27.8%，成為全球最大的數(shù)據(jù)圈。

隨著數(shù)據(jù)量的大規(guī)模增長(zhǎng)，存儲(chǔ)設(shè)備在數(shù)據(jù)中心采購(gòu)的BOM中占比進(jìn)一步提升，美光曾提及，目前存儲(chǔ)芯片在數(shù)據(jù)中 心采購(gòu)中比例約為40%，未來(lái)預(yù)計(jì)將提升至50%。數(shù)據(jù)中心將成為引領(lǐng)存儲(chǔ)市場(chǎng)增長(zhǎng)的重要引擎。

全球存儲(chǔ)市場(chǎng)：國(guó)外廠商壟斷，行業(yè)高度集中

全球存儲(chǔ)市場(chǎng)絕大部分份額由國(guó)外廠商占有，呈現(xiàn)寡頭壟斷格局，行業(yè)集中度較高。根據(jù)statista數(shù)據(jù)，截至2022Q3，全球DRAM市場(chǎng)幾乎由三星、SK海力士和美光所壟斷，CR3 超過(guò) 95%，三星、海力士和美光分別占比 41%、 29%和 26%。全球NAND flash市場(chǎng)由前三大廠商分別為三星、鎧俠和海力士，2022Q3 市場(chǎng)份額分別為 31.4%、20.6%和 13.0%，目前 CR3 市場(chǎng)份額達(dá) 65%， CR6 市場(chǎng)份額接近 95%。

存算一體

芯片的發(fā)展速度和人工智能的算力需求之間的矛盾加劇

芯片的發(fā)展速度和人工智能的算力需求之間的矛盾加劇：21世紀(jì)以來(lái)，信息爆炸式增長(zhǎng)，算力需求大規(guī)模上升，提升算力成為 芯片行業(yè)的共同目標(biāo)。隨著半導(dǎo)體發(fā)展放緩，摩爾定理逼近物理極限，依靠器件尺寸微縮來(lái)提高芯片性能的技術(shù)路徑在功耗和 可靠性方面都面臨巨大挑戰(zhàn)，芯片的發(fā)展速度無(wú)法滿(mǎn)足人工智能需求。

傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)面臨發(fā)展挑戰(zhàn)

馮·諾依曼架構(gòu)：該架構(gòu)以計(jì)算為中心，計(jì)算與內(nèi)存是兩個(gè)分離單元。計(jì)算單元根據(jù)指令從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，在計(jì)算單元中完 成計(jì)算和處理，完成后再將數(shù)據(jù)存回內(nèi)存。先進(jìn)制程的優(yōu)勢(shì)有限：隨著摩爾定理發(fā)展放緩，基于傳統(tǒng)架構(gòu)的芯片計(jì)算性能發(fā)展速度明顯放緩?；趥鹘y(tǒng)架構(gòu)的先進(jìn)制程工 藝雖一定程度能夠提升芯片的性能表現(xiàn)，但從投入產(chǎn)出比、芯片性能可靠性及應(yīng)用場(chǎng)景的適配度角度考慮都面臨較大挑戰(zhàn)。

存算一體是先進(jìn)算力的代表技術(shù)

存算一體是先進(jìn)算力的代表技術(shù)：傳統(tǒng)構(gòu)架下性能提升達(dá)到極限，馮·諾依曼架構(gòu)已成為發(fā)展芯片算力的桎梏，存算一體是 一種新型計(jì)算架構(gòu)，它是在存儲(chǔ)器中嵌入計(jì)算能力，將存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元合為一體，省去了計(jì)算過(guò)程中數(shù)據(jù)搬運(yùn)環(huán)節(jié)， 消除了由于數(shù)據(jù)搬運(yùn)帶來(lái)的功耗和延遲，提升計(jì)算能效。

HBM/DRAM

HBM是什么：屬于DRAM的一種新技術(shù)

HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬內(nèi)存）是一款新型的CPU/GPU 內(nèi) 存芯片，其實(shí)就是將很多個(gè)DDR芯片堆疊在一起后和GPU封裝在一起，實(shí)現(xiàn) 大容量，高位寬的DDR組合陣列。

高速、高帶寬HBM堆棧沒(méi)有以外部互連線(xiàn)的方式與信號(hào)處理器芯片連接，而 是通過(guò)中間介質(zhì)層緊湊而快速地連接，同時(shí)HBM內(nèi)部的不同DRAM采用TSV 實(shí)現(xiàn)信號(hào)縱向連接，HBM具備的特性幾乎與片內(nèi)集成的RAM存儲(chǔ)器一樣。

HBM與DDR、GDDR、LPDDR等DRAM分支的參數(shù)對(duì)比

GDDR5內(nèi)存每通道位寬32bit，16通道總共512bit; 目前主流的第二代HBM2每個(gè)堆?？梢远阎炼?層DRAM die，在容量和速度 方面有了提升。HBM2的每個(gè)堆棧支持最多1024個(gè)數(shù)據(jù)pin，每pin的傳輸速率可以達(dá)到2000Mbit/s，那么總帶寬是256Gbyte/s; 在2400Mbit/s的每pin傳輸速率之下，一個(gè)HBM2堆棧封裝的帶寬為307Gbyte/s。

全球HBM廠商：傳統(tǒng)DRAM巨頭升級(jí)競(jìng)賽

全球HBM芯片市場(chǎng)目前以SK海力士與三星為主。SK海力士HBM技術(shù)起步早，2014年在業(yè)界首次成功研發(fā)HBM1，確立領(lǐng)先地位，2022年HBM3芯片供貨英偉達(dá)，持續(xù)鞏固其市場(chǎng)領(lǐng)先地位。三 星緊隨其后，2022年HBM3技術(shù)已經(jīng)量產(chǎn)。從HBM1到HBM3，SK海力士和三星一直是HBM行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。目前，HBM4的相關(guān)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)出爐，預(yù)計(jì)新一代產(chǎn)品將能夠更廣泛地應(yīng) 用于高性能數(shù)據(jù)中心、超級(jí)計(jì)算機(jī)和人工智能等領(lǐng)域。

NAND

NAND：主流閃存芯片

閃存芯片是最主要的存儲(chǔ)芯片，主要為 NOR Flash 和 NAND Flash 兩種。NOR Flash 主要用來(lái)存儲(chǔ)代碼及部分?jǐn)?shù)據(jù)，是手機(jī)、PC、DVD、TV、 USB Key、 機(jī)頂盒、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等代碼閃存應(yīng)用領(lǐng)域的首選。NAND Flash 可以實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)、高寫(xiě)入和擦除速度、相當(dāng)擦寫(xiě)次數(shù)，多應(yīng)用于大 容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，例如智能手機(jī)、平板電腦、U 盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)等領(lǐng)域。

3D NAND：高樓大廈平地起

3D NAND, 即立體堆疊技術(shù)，如果把2D NAND看成平房，那么3D NAND就是高樓大廈，建筑面積成倍擴(kuò)增，理論上可以無(wú)限堆疊，可以擺脫對(duì)先 進(jìn)制程工藝的束縛，同時(shí)也不依賴(lài)于極紫外光刻（EUV）技術(shù)，而閃存的容量/性能/可靠性也有了保障。

日前三星宣布，已開(kāi)始批量生產(chǎn)采用第8代V-NAND技術(shù)的產(chǎn)品，為1Tb （128GB）TLC 3D NAND閃存芯片，達(dá)到了236層，相比第7代V-NAND 技術(shù)的176層有了大幅度的提高。三星稱(chēng)，新的閃存芯片提供了迄今為止業(yè) 界內(nèi)最高的位密度，可在下一代企業(yè)服務(wù)器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更大的存儲(chǔ)空間。

3D NAND是低成本/大容量非易失存儲(chǔ)的主流技術(shù)方案

NAND Flash 為大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案，是目前全球市 場(chǎng)大容量非易失存儲(chǔ)的主流技術(shù)方案。NAND Flash 是使用電可擦技術(shù)的高密度非 易失性存儲(chǔ)，NAND Flash 每位只使用一個(gè)晶體管，存儲(chǔ)密度， Flash 所存的電荷 （數(shù)據(jù)）可長(zhǎng)期保存；同時(shí)， NAND Flash 能夠?qū)崿F(xiàn)快速讀寫(xiě)和擦除。

3D NAND持續(xù)追求高堆棧層數(shù)，多種工藝架構(gòu)并存

與2D NAND縮小Cell提高存儲(chǔ)密度不同的是，3D NAND只需要提高堆棧層數(shù)，目前多種工藝架構(gòu)并存。從2013年三星推出了第 一款24層SLC/MLC 3D V-NAND，到現(xiàn)在層數(shù)已經(jīng)邁進(jìn)200+層，并即將進(jìn)入300+層階段。目前，三星/西部數(shù)據(jù)/海力士/美光/鎧 俠等幾乎壟斷了所有市場(chǎng)份額，并且都具有自己的特殊工藝架構(gòu)，韓系三星/海力士的CTF，美系鎂光/英特爾的FG，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江存 儲(chǔ)的X-tacking。

高堆棧層數(shù)的3D NAND面臨的工藝難度越來(lái)越高

隨著堆棧層數(shù)的增加，工藝也面臨越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，對(duì)制造設(shè)備和材料也提出了更多的要求。主要包括以下幾個(gè)方面：（1）ONON薄膜應(yīng)力：隨著器件層數(shù)增加，薄膜應(yīng)力問(wèn)題越發(fā)凸顯，會(huì)影響后續(xù)光刻對(duì)準(zhǔn)精度；（2）高深寬比通孔刻蝕：隨著深寬比增加，刻蝕難度會(huì)顯著增加，容易出現(xiàn)刻蝕不完全、通孔結(jié)構(gòu)扭曲等問(wèn)題；（3）WL臺(tái)階的設(shè)計(jì)與刻蝕：垂直管狀環(huán)柵結(jié)構(gòu)的器件需要刻蝕出精確的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，保障CT能打到對(duì)應(yīng)位置，而隨著層數(shù)增加， 工藝難度加大，需要重新設(shè)計(jì)WL臺(tái)階結(jié)構(gòu)。

報(bào)告節(jié)選：

編輯：黃飛

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