中國半導(dǎo)體存儲器市場前景

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

關(guān)鍵詞：存儲器;市場;DRAM;Flash

　　目前“供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革”是國內(nèi)討論比較多的話題，從供需角度來看，無疑國內(nèi)芯片市場是結(jié)構(gòu)最不平衡的市場之一。每年國內(nèi)電子整機的產(chǎn)量以數(shù)十億部/臺計，形成了千億美元級的芯片市場。但滿足國內(nèi)需求的供給中只有很少一部分是由國內(nèi)芯片企業(yè)提供的，其中大部分依賴進口，在進口的集成電路產(chǎn)品中有三大類占據(jù)了主導(dǎo)地位，即CPU、半導(dǎo)體存儲器和可編程邏輯器件。這三類產(chǎn)品有一個共同特點：技術(shù)復(fù)雜度高、通用性強，市場規(guī)模大，可以統(tǒng)稱為高端通用芯片。如果我國芯片企業(yè)在這三個方向上，在任何一個領(lǐng)域能夠取得研發(fā)突破和規(guī)?；瘧?yīng)用，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(yīng)用面最廣的基礎(chǔ)性通用集成電路產(chǎn)品，主要用于存儲程序代碼和數(shù)據(jù)。目前市場規(guī)模占全球半導(dǎo)體市場的比例約為24%，占集成電路市場的比例接近40%。存儲芯片產(chǎn)能和資本支出占半導(dǎo)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)品類型

　　從計算模式上看，存儲芯片主要是配合處理器(CPU、DSP等)進行工作，實現(xiàn)對程序和數(shù)據(jù)的處理。顯然，為了配合主頻日益提高的處理器單元，存儲芯片的讀寫速度要盡可能的快;另一方面，為了配合社會信息量爆炸發(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)不得不在這兩類需求中尋求技術(shù)平衡，最終形成目前兩類主流的存儲芯片產(chǎn)品：

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

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

　　同時，盡管Flash速度比傳統(tǒng)機械硬盤快，但仍舊遠(yuǎn)低于DRAM產(chǎn)品，兩類產(chǎn)品間存在著巨大的“存儲時間差(access time gap)”(見圖1陰影處)，為了彌補這一差距，還有眾多的新型存儲技術(shù)在進行研發(fā)，希望能夠形成新的量產(chǎn)產(chǎn)品類型，填補這一空白。

　　目前來看，F(xiàn)eRAM(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(xiàn)。相應(yīng)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(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)競爭格局。首先，存儲芯片廠商為了保持成本競爭力，必須持續(xù)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：

　　1.采用先進工藝降低成本

　　從半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展來看，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(jié)構(gòu)相對簡單，存儲器廠商一般都會先用DRAM進行工藝驗證，因此，DRAM和Flash的工藝通常領(lǐng)先于代工廠的邏輯工藝。

　　2. 擴充產(chǎn)能，形成規(guī)模效益

　　為了降低成本，實現(xiàn)規(guī)模效益，生產(chǎn)商還盡力擴大每個工廠的產(chǎn)能，三星、SK Hynix、Micron、東芝等廠商的晶園廠的月產(chǎn)能一般在10萬片以上，且都是12英寸生產(chǎn)線。

　　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(jié)合的發(fā)展模式，使得產(chǎn)業(yè)鏈條趨于完善，關(guān)鍵節(jié)點不受制約，利用協(xié)同效益降低成本。

　　先進工藝加上大產(chǎn)能，由此導(dǎo)致的結(jié)果就是后進入的存儲芯片廠商為了保持競爭力，必須持續(xù)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)波動要大于邏輯芯片的行業(yè)波動以及芯片整體的行業(yè)波動。由于廠商追求規(guī)模效益，在產(chǎn)能擴充上會比邏輯IC類廠商更為激進。又由于宏觀經(jīng)濟周期的天然存在，這種激進策略無形中會放大周期波動。

2 全球存儲芯片供需情況

2.1 市場需求

　　隨著計算和應(yīng)用模式的改變，存儲器的市場也在發(fā)生變化。PC和互聯(lián)網(wǎng)時代，微型計算機是消耗DRAM存儲器的主要產(chǎn)品。進入移動互聯(lián)網(wǎng)時代，手機等移動終端已經(jīng)成為極為重要的計算平臺，消耗的低功耗DRAM已經(jīng)超過PC，且為了改善用戶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(nèi)存已經(jīng)達到3GB。為了存儲語音、視頻和圖片，并通過社交網(wǎng)絡(luò)進行分享，同時通過內(nèi)置存儲容量的大小拉開產(chǎn)品檔次，提高利潤率，手機廠商在智能手機里安裝的內(nèi)置存儲器容量快速增長，主流手機已經(jīng)達到32GB。同時，電子信息產(chǎn)業(yè)向服務(wù)化方向的轉(zhuǎn)變愈加顯著。以上因素，推動服務(wù)器市場、云計算市場和云存儲市場快速增長，對半導(dǎo)體存儲器拉動作用顯著。從全球需求看，存儲器市場總體上保持溫和增長，但對各種產(chǎn)品的需求是不一樣的(見表2的存儲器市場統(tǒng)計及預(yù)測)。

　　主要增長點是受手機和SSD拉動的NAND Flash，2011-2019年的年均增長率預(yù)計達到9.2%，2019年的市場規(guī)模預(yù)計為462.8億美元;標(biāo)準(zhǔn)DRAM供應(yīng)過剩，且受價格下跌和市場萎縮的雙重影響，未來兩年市場持續(xù)下滑，低功耗DRAM持續(xù)增長，整個DRAM市場在2014-2019年間的年均增長預(yù)計為-1.5%，2019年市場規(guī)模預(yù)計為427.6億美元，2014年DRAM銷售額460億美元，增長31.7%，占半導(dǎo)體總市場的比例為13.5%，不到1995年27.9%的一半;SRAM、EPROM等存儲器市場持續(xù)萎縮，2014-2019年間的年均增長預(yù)計為-4.7%;新型存儲器將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，2014-2019年間的年均增長預(yù)計為45.5%。

　　從應(yīng)用市場看，2014年的市場規(guī)模為460.9億美元，PC、服務(wù)器和移動設(shè)備中消耗的DRAM占了整個DRAM市場的85%。預(yù)計到2020年，該三大應(yīng)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(年均增長率)為8%;受云計算等應(yīng)用拉動，服務(wù)器DRAM消耗量大幅增加，2014-2020年的CAGR為36%;智能移動終端對于DRAM的需求持續(xù)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(yù)計就將持平，2015年手機DRAM需求將超過PC需求。

2.2 市場供給

　　1.DRAM供應(yīng)

　　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(xiàn)有的供需格局下容易獲利，對過去由于競相擴產(chǎn)而導(dǎo)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廠商規(guī)模相對較小，無法與前三強競爭，大多數(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)型為存儲器代工廠或主攻部分細(xì)分市場。

　　DRAM和Flash均屬于標(biāo)準(zhǔn)的通用型產(chǎn)品，較難實現(xiàn)差異化，器件結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計相對也比較簡單，因此競爭的焦點集中在單位存儲容量的成本上。

　　DRAM和Flash的工藝通常領(lǐng)先于代工廠的邏輯工藝。為了降低成本，實現(xiàn)規(guī)模效益，生產(chǎn)商還盡力擴大每個工廠的產(chǎn)能，三星、SK Hynix、Micron、東芝等廠商的存儲器晶圓廠的月產(chǎn)能一般在10萬片以上，且都是12英寸生產(chǎn)線。

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

　　另外，半導(dǎo)體行業(yè)的波動比整體經(jīng)濟的波動大，存儲器行業(yè)由于競爭更激烈，市場波動也更大，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(xiàn)巨額虧損，導(dǎo)致部分企業(yè)無法持續(xù)運營而破產(chǎn)或被收購，所以DRAM產(chǎn)業(yè)持續(xù)處于整合與并購中。

　　2.Flash供應(yīng)

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

　　由于Flash存儲器在結(jié)構(gòu)上的限制，繼續(xù)減小線寬，提高密度的難度非常大，三星等廠商已經(jīng)開始量產(chǎn)3D NAND Flash，使NAND Flash價格較平面結(jié)構(gòu)的Flash產(chǎn)品低很多。2D NAND Flash產(chǎn)品的出貨量將從2015年開始以每年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(fù)合增長率遞增，在2017年達到占有NAND Flash總量的65%的水平。未來3D NAND Flash產(chǎn)品將逐漸取代傳統(tǒng)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。各廠商看好未來市場，紛紛擴大產(chǎn)能。三星電子的西安廠2014年5月落成啟用，投入3D NAND Flash生產(chǎn)，規(guī)劃月產(chǎn)能10萬片，并考慮在西安建設(shè)新廠房;東芝的Fab5第二期落成，2015年一季度量產(chǎn)3D NAND Flash，F(xiàn)ab2舊廠改造，2016年量產(chǎn)3D NAND Flash，另考慮興建一座NAND新廠，目標(biāo)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，從DRAM生產(chǎn)轉(zhuǎn)換至NAND Flash，月產(chǎn)能達到23萬片。

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(jù)市場研究機構(gòu)數(shù)據(jù)，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%以上依賴進口。

　　從應(yīng)用市場看，計算機、通信和消費類電子是消費存儲器的主要國內(nèi)市場。

　　與此同時，國內(nèi)存儲芯片供給側(cè)主要依賴進口。從市場數(shù)據(jù)看，目前將近200億美元的國內(nèi)需求里只有不到10%的份額是由國內(nèi)芯片企業(yè)供貨。從供應(yīng)商角度看，根據(jù)我們自有的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫中，歷年來市場表現(xiàn)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，而單以銷售量排行的中國十大芯片設(shè)計企業(yè)中，近十年來從無存儲芯片企業(yè)上榜，這與潛在的市場規(guī)模形成巨大反差。

　　不論從國家安全戰(zhàn)略還是從市場規(guī)模，中國都應(yīng)當(dāng)掌控存儲芯片的產(chǎn)業(yè)鏈。目前為解決這一問題，國家正在逐步啟動對存儲芯片產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)上下游產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的投資布局。

參考文獻：

　　[1]移動產(chǎn)品牽引移動存儲器,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

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