中國半導體存儲器市場(chǎng)前景

摘要：本文介紹了存儲器芯片分類(lèi)，國際存儲芯片廠(chǎng)商的發(fā)展情況，及我國存儲芯片供需情況。

關(guān)鍵詞：存儲器;市場(chǎng);DRAM;Flash

　　目前“供給側結構改革”是國內討論比較多的話(huà)題，從供需角度來(lái)看，無(wú)疑國內芯片市場(chǎng)是結構最不平衡的市場(chǎng)之一。每年國內電子整機的產(chǎn)量以數十億部/臺計，形成了千億美元級的芯片市場(chǎng)。但滿(mǎn)足國內需求的供給中只有很少一部分是由國內芯片企業(yè)提供的，其中大部分依賴(lài)進(jìn)口，在進(jìn)口的集成電路產(chǎn)品中有三大類(lèi)占據了主導地位，即CPU、半導體存儲器和可編程邏輯器件。這三類(lèi)產(chǎn)品有一個(gè)共同特點(diǎn)：技術(shù)復雜度高、通用性強，市場(chǎng)規模大，可以統稱(chēng)為高端通用芯片。如果我國芯片企業(yè)在這三個(gè)方向上，在任何一個(gè)領(lǐng)域能夠取得研發(fā)突破和規?；瘧?，對我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都具有非常重大的意義。

1 存儲器芯片概述

　　存儲芯片是應用面最廣的基礎性通用集成電路產(chǎn)品，主要用于存儲程序代碼和數據。目前市場(chǎng)規模占全球半導體市場(chǎng)的比例約為24%，占集成電路市場(chǎng)的比例接近40%。存儲芯片產(chǎn)能和資本支出占半導體行業(yè)的近1/3，在產(chǎn)業(yè)中占有極為重要的地位。

1.1 產(chǎn)品類(lèi)型

　　從計算模式上看，存儲芯片主要是配合處理器(CPU、DSP等)進(jìn)行工作，實(shí)現對程序和數據的處理。顯然，為了配合主頻日益提高的處理器單元，存儲芯片的讀寫(xiě)速度要盡可能的快;另一方面，為了配合社會(huì )信息量爆炸發(fā)展趨勢，存儲芯片的容量需要盡可能的大。在產(chǎn)品成本等約束條件下，最終產(chǎn)品形態(tài)不得不在這兩類(lèi)需求中尋求技術(shù)平衡，最終形成目前兩類(lèi)主流的存儲芯片產(chǎn)品：

　　1.讀寫(xiě)速度快但犧牲存儲容量等存儲特性的揮發(fā)類(lèi)存儲芯片，例如DRAM和SRAM;

　　2.適合進(jìn)行大容量存儲但讀寫(xiě)速度遠低于DRAM的Flash(閃存)產(chǎn)品。

　　同時(shí)，盡管Flash速度比傳統機械硬盤(pán)快，但仍舊遠低于DRAM產(chǎn)品，兩類(lèi)產(chǎn)品間存在著(zhù)巨大的“存儲時(shí)間差(access time gap)”(見(jiàn)圖1陰影處)，為了彌補這一差距，還有眾多的新型存儲技術(shù)在進(jìn)行研發(fā)，希望能夠形成新的量產(chǎn)產(chǎn)品類(lèi)型，填補這一空白。

　　目前來(lái)看，FeRAM(鐵電存儲)、PCM(相變存儲)、MRAM和STT-RAM(磁存儲)技術(shù)初步成熟并有商業(yè)產(chǎn)品出現。相應公司如表1所示。

1.2 產(chǎn)業(yè)特征

　　在存儲芯片領(lǐng)域已形成以成本為導向的產(chǎn)業(yè)競爭格局。首先，存儲芯片廠(chǎng)商為了保持成本競爭力，必須持續地、高強度地投入工藝研發(fā)和制造。這里主要影響因素有三點(diǎn)：

　　1.采用先進(jìn)工藝降低成本

　　從半導體制造工藝的發(fā)展來(lái)看，工藝每提升一代，單位晶體管的成本大約能下降40%左右，再加上DRAM和Flash的產(chǎn)品結構相對簡(jiǎn)單，存儲器廠(chǎng)商一般都會(huì )先用DRAM進(jìn)行工藝驗證，因此，DRAM和Flash的工藝通常領(lǐng)先于代工廠(chǎng)的邏輯工藝。

　　2. 擴充產(chǎn)能，形成規模效益

　　為了降低成本，實(shí)現規模效益，生產(chǎn)商還盡力擴大每個(gè)工廠(chǎng)的產(chǎn)能，三星、SK Hynix、Micron、東芝等廠(chǎng)商的晶園廠(chǎng)的月產(chǎn)能一般在10萬(wàn)片以上，且都是12英寸生產(chǎn)線(xiàn)。

　　3. 產(chǎn)業(yè)鏈整合，形成協(xié)同效益

　　存儲芯片企業(yè)大多以IDM形態(tài)存在。存儲器行業(yè)發(fā)展需要技術(shù)和代工相結合的發(fā)展模式，使得產(chǎn)業(yè)鏈條趨于完善，關(guān)鍵節點(diǎn)不受制約，利用協(xié)同效益降低成本。

　　先進(jìn)工藝加上大產(chǎn)能，由此導致的結果就是后進(jìn)入的存儲芯片廠(chǎng)商為了保持競爭力，必須持續地高強度投入大量資本形成產(chǎn)品優(yōu)勢。

　　其次，存儲芯片行業(yè)波動(dòng)要大于邏輯芯片的行業(yè)波動(dòng)以及芯片整體的行業(yè)波動(dòng)。由于廠(chǎng)商追求規模效益，在產(chǎn)能擴充上會(huì )比邏輯IC類(lèi)廠(chǎng)商更為激進(jìn)。又由于宏觀(guān)經(jīng)濟周期的天然存在，這種激進(jìn)策略無(wú)形中會(huì )放大周期波動(dòng)。

2 全球存儲芯片供需情況

2.1 市場(chǎng)需求

　　隨著(zhù)計算和應用模式的改變，存儲器的市場(chǎng)也在發(fā)生變化。PC和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，微型計算機是消耗DRAM存儲器的主要產(chǎn)品。進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，手機等移動(dòng)終端已經(jīng)成為極為重要的計算平臺，消耗的低功耗DRAM已經(jīng)超過(guò)PC，且為了改善用戶(hù)體驗尤其是游戲的流暢度，每部手機的DRAM使用量在逐年增加，高端手機的內存已經(jīng)達到3GB。為了存儲語(yǔ)音、視頻和圖片，并通過(guò)社交網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分享，同時(shí)通過(guò)內置存儲容量的大小拉開(kāi)產(chǎn)品檔次，提高利潤率，手機廠(chǎng)商在智能手機里安裝的內置存儲器容量快速增長(cháng)，主流手機已經(jīng)達到32GB。同時(shí)，電子信息產(chǎn)業(yè)向服務(wù)化方向的轉變愈加顯著(zhù)。以上因素，推動(dòng)服務(wù)器市場(chǎng)、云計算市場(chǎng)和云存儲市場(chǎng)快速增長(cháng)，對半導體存儲器拉動(dòng)作用顯著(zhù)。從全球需求看，存儲器市場(chǎng)總體上保持溫和增長(cháng)，但對各種產(chǎn)品的需求是不一樣的(見(jiàn)表2的存儲器市場(chǎng)統計及預測)。

　　主要增長(cháng)點(diǎn)是受手機和SSD拉動(dòng)的NAND Flash，2011-2019年的年均增長(cháng)率預計達到9.2%，2019年的市場(chǎng)規模預計為462.8億美元;標準DRAM供應過(guò)剩，且受價(jià)格下跌和市場(chǎng)萎縮的雙重影響，未來(lái)兩年市場(chǎng)持續下滑，低功耗DRAM持續增長(cháng)，整個(gè)DRAM市場(chǎng)在2014-2019年間的年均增長(cháng)預計為-1.5%，2019年市場(chǎng)規模預計為427.6億美元，2014年DRAM銷(xiāo)售額460億美元，增長(cháng)31.7%，占半導體總市場(chǎng)的比例為13.5%，不到1995年27.9%的一半;SRAM、EPROM等存儲器市場(chǎng)持續萎縮，2014-2019年間的年均增長(cháng)預計為-4.7%;新型存儲器將呈現爆發(fā)式增長(cháng)，2014-2019年間的年均增長(cháng)預計為45.5%。

　　從應用市場(chǎng)看，2014年的市場(chǎng)規模為460.9億美元，PC、服務(wù)器和移動(dòng)設備中消耗的DRAM占了整個(gè)DRAM市場(chǎng)的85%。預計到2020年，該三大應用占比仍將維持在88%。計算機DRAM消耗量小幅增加，2014-2020年的CAGR(年均增長(cháng)率)為8%;受云計算等應用拉動(dòng)，服務(wù)器DRAM消耗量大幅增加，2014-2020年的CAGR為36%;智能移動(dòng)終端對于DRAM的需求持續增加，2014-2020年的CAGR為38%。手機已經(jīng)逐步取代PC成為DRAM的主要需求，2014年二者占比預計就將持平，2015年手機DRAM需求將超過(guò)PC需求。

2.2 市場(chǎng)供給

　　1.DRAM供應

　　目前，DRAM領(lǐng)域已經(jīng)形成三星、SK Hynix、美光三巨頭壟斷的局面。三大DRAM巨頭在現有的供需格局下容易獲利，對過(guò)去由于競相擴產(chǎn)而導致的巨額虧損保持慎重，擴產(chǎn)意愿不強，已經(jīng)達成某種程度上的不擴產(chǎn)默契。臺灣DRAM廠(chǎng)商規模相對較小，無(wú)法與前三強競爭，大多數已經(jīng)轉型為存儲器代工廠(chǎng)或主攻部分細分市場(chǎng)。

　　DRAM和Flash均屬于標準的通用型產(chǎn)品，較難實(shí)現差異化，器件結構和電路設計相對也比較簡(jiǎn)單，因此競爭的焦點(diǎn)集中在單位存儲容量的成本上。

　　DRAM和Flash的工藝通常領(lǐng)先于代工廠(chǎng)的邏輯工藝。為了降低成本，實(shí)現規模效益，生產(chǎn)商還盡力擴大每個(gè)工廠(chǎng)的產(chǎn)能，三星、SK Hynix、Micron、東芝等廠(chǎng)商的存儲器晶圓廠(chǎng)的月產(chǎn)能一般在10萬(wàn)片以上，且都是12英寸生產(chǎn)線(xiàn)。

　　在制造工藝上，三星最快，在2016年上半年就會(huì )量產(chǎn)18納米DRAM，SK Hynix和Micron會(huì )跟進(jìn)。

　　另外，半導體行業(yè)的波動(dòng)比整體經(jīng)濟的波動(dòng)大，存儲器行業(yè)由于競爭更激烈，市場(chǎng)波動(dòng)也更大，如DRAM經(jīng)常處于暴漲暴跌中，企業(yè)在行業(yè)低迷期往往出現巨額虧損，導致部分企業(yè)無(wú)法持續運營(yíng)而破產(chǎn)或被收購，所以DRAM產(chǎn)業(yè)持續處于整合與并購中。

　　2.Flash供應

　　全球FLASH芯片主要由三星、東芝、SanDisk、美光和SK海力士等五大廠(chǎng)商供應，合計市場(chǎng)占比達93.6%，其中前三家合計市場(chǎng)占比超過(guò)70%。

　　由于Flash存儲器在結構上的限制，繼續減小線(xiàn)寬，提高密度的難度非常大，三星等廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)3D NAND Flash，使NAND Flash價(jià)格較平面結構的Flash產(chǎn)品低很多。2D NAND Flash產(chǎn)品的出貨量將從2015年開(kāi)始以每年17.1%的速度快速下降，3D NAND Flash產(chǎn)品的出貨量將以200%的年均復合增長(cháng)率遞增，在2017年達到占有NAND Flash總量的65%的水平。未來(lái)3D NAND Flash產(chǎn)品將逐漸取代傳統的2D NAND Flash產(chǎn)品，成為NAND Flash主流產(chǎn)品。

　　從產(chǎn)能看，全球Flash晶圓產(chǎn)能呈明顯上升趨勢。各廠(chǎng)商看好未來(lái)市場(chǎng)，紛紛擴大產(chǎn)能。三星電子的西安廠(chǎng)2014年5月落成啟用，投入3D NAND Flash生產(chǎn)，規劃月產(chǎn)能10萬(wàn)片，并考慮在西安建設新廠(chǎng)房;東芝的Fab5第二期落成，2015年一季度量產(chǎn)3D NAND Flash，Fab2舊廠(chǎng)改造，2016年量產(chǎn)3D NAND Flash，另考慮興建一座NAND新廠(chǎng)，目標在2017年度量產(chǎn);SK海力士的16nm Flash在2014年二季度量產(chǎn);美光新加坡Fab 7工廠(chǎng)，從DRAM生產(chǎn)轉換至NAND Flash，月產(chǎn)能達到23萬(wàn)片。

3 我國存儲芯片供需情況

　　我國是全球最大的電子信息產(chǎn)品制造基地，PC和手機產(chǎn)量均居全球首位。這兩種產(chǎn)品也是目前消耗存儲器最多的主流產(chǎn)品。據市場(chǎng)研究機構數據，2015年中國DRAM采購金額約為120億美元，NAND Flash采購金額為66.7億美元，各占全球DRAM和NAND供貨量的21.6%和29.1%，90%以上依賴(lài)進(jìn)口。

　　從應用市場(chǎng)看，計算機、通信和消費類(lèi)電子是消費存儲器的主要國內市場(chǎng)。

　　與此同時(shí)，國內存儲芯片供給側主要依賴(lài)進(jìn)口。從市場(chǎng)數據看，目前將近200億美元的國內需求里只有不到10%的份額是由國內芯片企業(yè)供貨。從供應商角度看，根據我們自有的產(chǎn)業(yè)數據庫中，歷年來(lái)市場(chǎng)表現較好的存儲芯片企業(yè)只有山東華芯和北京兆易創(chuàng )新兩家，而單以銷(xiāo)售量排行的中國十大芯片設計企業(yè)中，近十年來(lái)從無(wú)存儲芯片企業(yè)上榜，這與潛在的市場(chǎng)規模形成巨大反差。

　　不論從國家安全戰略還是從市場(chǎng)規模，中國都應當掌控存儲芯片的產(chǎn)業(yè)鏈。目前為解決這一問(wèn)題，國家正在逐步啟動(dòng)對存儲芯片產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)上下游產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節的投資布局。

參考文獻：

　　[1]移動(dòng)產(chǎn)品牽引移動(dòng)存儲器,葉鐘靈，2014(10):3-6

　　[2]王瑩.武漢新芯：定位存儲器制造，兩年后或推3D NAND.2014(1):26

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第6期第4頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。