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存储芯片核心赛道全解析
糖芯儿 / 06月19日 12:54 发布
据Digitimes消息,全球存储巨头美光已邮件通知客户停产R4/LPR4,预计未来2-3个季度陆续停止出货,未来仅针对车用、工业、网通的长期客户供货。
全球三大原厂海力士、三星、美光陆续退出R4,国内存储厂商在利基型DRAM市场机遇显现。
从行业历史复盘来看,在半导体行业周期回暖时,存储芯片行业有望成为复苏速度最快和弹性最大的细分赛道之一。
本文重点对存储芯片核心赛道进行解析。
存储芯片行业概览
存储芯片是全球芯片市场比重最大的产品之一,是以半导体集成电路作为存储媒介的存储器。
存储器芯片市场由DRAM、NAND、NOR、EEPROM等细分市场组成。
DRAM和NANDFlash是存储市场的两大核心产品,DRAM主要作为计算机的内存,NANDFlash被广泛用作大容量数据存储介质。
根据ICInsights的数据,DRAM在整个存储市场的占比约为56%,闪存NAND的占比约为43%,其中NAND闪存为41%,NOR闪存为2%,其他存储芯片(EEPROM、EPROM、ROM、SRAM)将会缓慢成长,但大幅抢占市场的可能性较小。
NORFlash约占整个存储市场的2.5%,其他存储芯片PROM、SRAM等合计占比为2.3%。
应用市场来看,服务器、PC、手机是存储芯片三大主力市场。
从行业壁垒来看,存储器芯片产品的标准化程度较高,差异化竞争较小,因此技术升级是存储器芯片公司间竞争的主要策略,工艺制程升级是技术升级的重要方向之一。
存储产业链图示:
01 DRAM
DRAM(动态随机存取存储器)是当前市场中最重要的系统内存,在计算系统中占据核心位置。
主要应用于服务器、移动设备、PC、消费电子等领域。
因极高的技术和资金壁垒,DRAM领域市场高度集中。
DRAM的容量和带宽直接影响到计算效率和性能,当前算力升级推高DRAM需求。
技术路径上看,DRAM最新标准已经迭代至R5。JEDEC组织已经开始筹备下一代标准R6的制定工作,并披露了相关规划。
当前传统内存带宽已无法满足高算力需求,HBM作为高性能的存储解决方案应运而生。
典型的R5内存模组结构:
资料来源:CSDN
高带宽内存(HBM)
HBM是AI存储的核心技术方向之一,是基于3D堆叠封装的DRAM技术发展而来的高性能内存解决方案,适用于人工智能和数据中心。
HBM核心技术包括3DTSV堆叠和2.5D/3D异构集成。
全球市场格局来看,DRAM市场的几大参与者包括了三星、美光、SK海力士(SKHynix),另外再加上南亚科技(Nanya)、力积电(PSMC)和(CXMT)等,高端HBM同样由几大巨头垄断。
我国本土厂商存储和福建晋华在DRAM领域取得了较为显著的进展,紫光国微、兆易创新、东芯股份等近年来也在加速布局。
HBM产业链
HBM产业链核心环节包括材料、设备、先进封装等。
设备:中微公司是TSV设备主要供应商。芯碁微装、芯源微(临时键合+解键合)、华海清科(减薄+CMP)、中微公司(刻蚀+沉积)、拓荆科技(沉积+混合键合)、北方华创(刻蚀+沉积)、盛美上海(电镀+清洗)等公司也提供生产HBM所需的关键设备。HBM对检测和量测设备需求提升,国外科磊半导体在国内市场占比最高,国内有一批优秀的量检测企业,如精测电子、中科飞测、赛腾股份、睿励科学等。
材料:环氧塑封料需要大量添加核心材料low-α球硅和low-α球铝,成本占GMC中的70%~90%。HBM由于3D堆叠导致芯片厚度较高,因此需要用特殊的颗粒状环氧塑封料GMC封装。全球GMC量产只有2家日系公司掌握,分别是日本住友和日本昭和。日本住友和日本昭和这两家的国内供应商是联瑞新材,联瑞新材前身是东海硅微粉厂,专注于硅微粉的研发。华海诚科通过收购衡所华威,年产销量有望突破2.5万吨,有望跃居全球第二位,与日系企业展开竞争,产品已通过客户验证,进入送样阶段,有望突破技术封锁。
先进封装:HBM生产的核心难点在于晶圆级先进封装技术,先进封装技术TSV、凸点制造、堆叠键合是HBM制备的关键。中国大陆独立封测第一梯队代表企业有长电科技、通富微电、华天科技等,三家厂商在全球前十大OSAT(封测企业)排名中,分别占据了第三、第四、第六的位置。主要参与厂商还包括甬矽电子、晶方科技、兴森科技、深科技、太极实业、鼎龙股份等。
02 NAND Flash
NANDFlash可以实现大容量存储、高写入和擦除速度,主要应用于大容量数据存储,例如智能手机、平板电脑、U盘、固态硬盘等领域。
集成电路2D存储器件的线宽已接近物理极限,NAND闪存进入3D时代。
当前垂直方向堆叠3DNAND层数是NAND芯片制造商竞赛的主要方向。
128层3DNAND闪存已进入大生产,200层以上闪存已处于批量生产阶段,更数正在开发。
3D Nand技术图解:
NAND分为利基与主流
SLCNAND、MLC/TLCNAND容量<=4GB的属于利基产品
MLC/TLCNAND容量D>4GB的属于主流产品。
全球市场格局来看,NANDFlash的供给主要由海外厂商主导,三星、铠侠、西部数据、美光、SK海力士几大原厂组成的稳定市场格局。
SLCNAND是国内设计公司发力点:
台系厂商华邦、旺宏占据SLCNAND的主要份额。
大陆如兆易创新、东芯股份、北京君正均发力SLCNAND,长江存储做主流NAND。
3DNAND通常由外围电路和存储阵列两部分组成,主要有PNC、PUC以及长江存储推出的晶栈®Xtacking®三种架构,其中后两种为当前主流技术架构。
国内长江存储构建了基于Xtacking的三维闪存自主技术体系,并围绕Xtacking技术通过自主研发和合作开发两种方式逐步建立了一整套知识产权体系。
三星电子已与长江存储签署了开发堆叠400多层NANDFlash所需的混合键合技术的专利许可协议,将从第十代(V10)NANDFlash产品开始使用该专利技术进行制造,主要原因是长江存储在混合键合技术上处于全球领先地位,且三星评估认为从下一代V10开始无法避免长江存储专利的影响。
当前企业级和消费级SSD(固态硬盘)是目前NANDFlash主要应用领域,其中在企业级SSD包括忆联、忆恒创源、江波龙、浪潮、同有科技等都有所布局。
主要的一些市场参与者的技术进展历史如下图所示:
资料来源:TechInsights
03 NOR Flash
NORFlash是除DRAM、NANDFlash之外最大规模的利基型存储。
通常被用于存储相关数据和代码程序,来满足快速启动应用系统的需求,具有读取速度快、芯片内执行等特点,主要应用于智能手机、可穿戴和物联网等领域。
其成本相对高,容量相对小,经常配套SOC主控芯片使用。
“即时启动”是NORFlash下游需求的一个重要特性。
当前AI端侧加速开拓新应用场景,AI眼镜等新品逐步落地,加速带动整体NOR需求提升。
市场格局方面,NOR行业经历二十多年演变,头部厂商经历多次洗牌,国际存储巨头相继退出NORFlash市场。2017年之后,全球NORFlash市场被旺宏、华邦电子、赛普拉斯(英飞凌收购)、美光和中国大陆厂商兆易创新占据。
由于NORFlash市场规模较小竞争日趋激烈,以及DRAM、NANDFlash需求爆发,海大厂逐步退出中低端NOR市场,转向高毛利DRAM/和NAND,目前市场主要以中国大陆和中国台湾厂商为主。
根据Web-FeetResearch报告显示,兆易创新领跑SerialNORFlash市场,2024年通过近存计算技术研发,将芯片延迟降低至5ns以下,车规级产品已进入比亚迪、蔚来等车企的供应链。普冉股份为下游蓝牙、音频、WIFI等主控SoC芯片厂商提供配套的NORFlash芯片。此外,复旦微电、东芯股份、恒烁科技、佰维存储等也是NORFlash市场核心布局厂商。
04
存储模组/主控/内存接口芯片
存储产业价值链紧凑,核心原材料是存储晶圆。
其它原材料包括主控芯片、内存接口芯片以及各类辅料,存储模组厂位于原厂下游。
R5渗透率的提升同时也带来以上各细分环节的需求增长。
存储模组
模组厂作为原厂下游,根据客户需求进行主控芯片设计、固件开发、存储晶圆匹配等,并独立完成或委托专业厂商完成封装测试等后端环节,将标准化存储晶圆转化为存储模组产品。
国产头部模组厂商发展各具鲜明特色,例如,江波龙具备品牌优势、德明利从自研主控芯片切入、佰维存储构筑研发封测一体化的经营模式、朗科科技拥有20年专业存储品牌的行业基础。此外,香农芯创代理销售包括存储模组在内的各类电子元器件产品,拥有全球顶级主控芯片、存储器代理权;协创数据使用的存储芯片包含采购和自研,SSD包括多种容量和规格的产品。
主控芯片
主控芯片是存储器核心零部件之一,负责将数据准确地写入存储芯片的指定位置,并在需要时快速读取数据。
全球SSD主控芯片厂商主要可以分为三类:
第一类为NAND原厂自研自用SSD主控芯片厂商,其主控芯片产品搭配自有的NAND颗粒直接加工为自有品牌模组出售,通常不单独对外出售,主要包括三星、海力士、美光、Solidigm、铠侠、西部数据等NAND颗粒原厂。
第二类为非NAND原厂自研自用SSD主控芯片厂商(主要为群联电子),主要是通过外采NAND颗粒,搭配自有的主控芯片产品直接用于自有品牌模组出售或给其他品牌厂商贴牌,同时也向市场出售一部分SSD主控芯片。
第三类为独立SSD主控芯片厂商。独立SSD主控芯片厂商通常单独对外销售主控芯片,主要包括慧荣科技、联芸科技、Marvell、瑞昱、英韧科技、得一微等。
内存接口芯片
在大型数据中心中,服务器需要处理海量的数据请求。
内存接口芯片是服务器内存模组的核心逻辑器件,主要对信号进行缓冲和放大,以避免数据在传输过程中可能会出现丢失或错误。
R5内存接口芯片的竞争格局与R4世代类似,全球只有三家供应商可提供R5第一子代的量产产品,分别是国内厂商澜起科技、日本厂商瑞萨电子和美国厂商Rambus,澜起在内存接口芯片的市场份额保持稳定。在配套芯片上,SPD和TS主要的两家供应商是澜起科技和瑞萨电子;PMIC的竞争对手更多,竞争态势更复杂。聚辰股份与澜起科技合作开发R5内存模组配套芯片,如SPD5EEPROM、SPD5+TSEEPROM产品。
当前AI浪潮成为存储需求可持续性增长的关键支撑,AI服务器和AI终端有望持续带动存储需求增长,国产替代机遇有望加速。乐晴智库精选