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文檔簡介

一、存儲器行業發展現狀隨著智能制造的發展,我們的生活正在改變,圖像識別、語音識別、人機大戰、智能機器人、深度學習、自動駕駛等應用層出不窮,數據作為這些技術的核心力量,也處于爆炸式增長的階段.2018年,全球生產的全部閃存容量為0.25ZettaBytes.而2019年全球預計數據總量40ZettaBytes.2025年全球數據將有175ZettaBytes的總量.如此驚人而又龐大的數據量,半導體存儲器將具有極大的市場.所有的現代計算機系統中都使用存儲器結構層次來使得軟件和硬件互相補充,一般而言,從高層往底層走,存儲設備變得更慢、更便宜和更大.目前,市場上主流的存儲器呈現三強鼎立的局面.由于上半年價格的暴跌,全球存儲器市場在2016年整年里同比下降1%,2017年起市場將整體〃回暖",2020年其市場規模將達1000億美元.存儲器是計算機系統中的記憶設備,用來存放程序和數據.計算機中全部信息,包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中.它根據控制器指定的位置存入和取出信息.有了存儲器,計算機才有記憶功能,才能保證正常工作.按用途存儲器可分為主存儲器(內存)和輔助存儲器(外存),也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法.外存通常是磁性介質或光盤等,能長期保存信息.內存指主板上的存儲部件,用來存放當前正在執行的數據和程序,但僅用于暫時存放程序和數據,關閉電源或斷電,數據會丟失.存儲器是現代信息技術中用于保存信息的記憶設備.其概念很廣,有很多層次,在數字系統中,只要能保存二進制數據的都可以是存儲器;在集成電路中,一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器,如RAM、FIFO等;在系統中,具有實物形式的存儲設備也叫存儲器,如內存條、TF卡等.在計算機的運算過程中,輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都會保存在存儲器里,可以說存儲器是現代信息技術發展的核心部件之一.國內智能計量市場上,智能電表年產量接近1億臺/年,智能燃氣表年需求量大約2000萬臺.由于中國擁有龐大內需市場優勢,目前已成為全球最大集成電路消費市場.中國集成電路產業是獲得中國政府大力支持的一個戰略性產業,歷年集成電路設計公司規模持續增長及設計能力顯著提升.盡管中國集成電路設計公司的平均規模仍落后于世界頂尖的集成電路企業,但差距已日益縮小.但是存儲器作為中國集成電路產業中占比最大的領域之一,勢必會在中國信息產業發展中扮演極為重要的角色,而云計算、物聯網、大數據等領域的布局,集成電路相關政策的發布,更是為存儲器產業發展奠定了市場、政策等基礎.由于存儲器產品的特殊性,它的設計相對簡單,因此產品的線寬、產能、成品率與折舊,成為成本的最大項目.任何新進者,由于產能爬坡,折舊等因素幾乎無法與三星等相匹敵,所以即便舍得投入巨資,恐怕也難以取勝,其中還有專利等問題.中國半導體業面臨艱難的抉擇,現實的方案是可能在處理器(CPU)與存儲器兩者之中選一,眾所周知,處理器己經投入近20年,龍芯的結果是有成績,但是難予推廣應用.所以只能選擇存儲器是眾望所歸,僅是感覺難度太大,多數人在開始時表示猶豫而己.如今“木己成舟”,只能齊心協力,努力拼搏向前.顯示:預期最困難的是第二個難關,開始產能的爬坡,以及拼產品的成本與價格階段.它們兩者聯在一起,當成本區別大時,產能爬坡的速率一定會放緩,很難馬上擴充產能達到50,000-100,000片.因為與對手相比較,在通線時產能僅5,000至10,000片,對手己是超過100,000片,它的成品率近90%,而可能在70-80%.三星己經64層3DNAND量產,可能尚在32層,它的折舊在30%,或者以下,而可能大於50%,以及它們的線寬尺寸小,每個12英寸硅片可能有900個管芯,而中國僅800個,或更少等.所以不容懷疑成本區別是非常明顯,要看國內企業從資金方面能夠忍受多長時間的虧損.2019-2025年存儲器行業總量2019創25年存儲器行業總量存赭器行魚總量:憶元二、存儲行業景氣度高:NOR-Flash增量大,DRAM打開業務天花板(一)、半導體存儲領域產品總梳理半導體存儲從應用上劃分又可分為隨機存儲存儲器(RandomAccessMemory,縮寫RAM),只讀存儲器(Read-OnlyMemory,縮寫ROM).RAM:RAM又稱主存,是與CPU直接交換數據的內部存儲器.除刷新時,RAM工作時可隨時以較飛速度從任一地址讀寫數據.與ROM相比,RAM最大特點在于數據的易失性,一旦斷電數據不能保存,因此通常作為操作系統或其他正在運行中程序的臨時數據存儲介質或存儲中間結果.進一步可將RAM分為動態隨機存儲(DynamicRandomAccessMemory縮寫DRAM)和靜態隨機存儲(StaticRandom-AccessMemory,縮寫SRAM).DRAM每個存儲單元由一個電容和一個晶體管組成,通過電容內存儲數據的多寡表示二進制bit是0還是1.其工作原理決定DRAM只能將數據保存較短時間,并需按時刷新以克服漏電問題.從傳輸速度來看,DRAM在10~100ns量級,慢于SRAM,但仍然快于ROM.DRAM具備集成度高,低功耗,低成本,體積小等顯著優勢,通常作為讀寫頻繁的程序內存或容量較大的主存儲器,如智能手機,服務器內存等.SRAM單元結構由六管NMOS或OS構成,通過觸發器存儲數據.與DRAM相比,SRAM最大特點是只要充電即可將數據恒常保存,不需周期性更新;但SRAM在電力供應停止后仍會丟失數據(即volatilememory),與ROM有根本不同.SRAM是目前讀寫速度最快的存儲設備,但集成度較低,價格昂貴,多用于CPU的一級緩存,二級緩存(L1/L2Cache).DRAM與SRAM性能對比分類存儲原理是否需要刷新集成度功耗成本送行列地址速度應用DRAM電容是高低低分兩次慢智能手機,計算機,服務器內存SRAM觸發器否低高高同時快CPU的一級緩存,二級緩存(L1/L2Cache)ROM:與RAM相比,ROM的特點體現在1工作過程中只能讀出數據,不能隨時改寫;2斷電后數據依然保存。因其容量小,讀取方便,多用作代碼保存oROM之后發展出快閃存儲器FlashROM,結合ROM和RAM長處,即具備電子可編程可擦寫性能,又可以快速讀取數據且斷電后數據不會丟失,但由于不能像RAM那樣以字節為單位改與數據,目前還不能取代RAM。FlashROM又可分為NOR-Flash和NADNFlash.NOR和NAND都是將浮柵場效應管作為基本存儲單位,存儲單元又分為三端器件,即源級,漏級和柵級.柵級為復合結構,與外界電源接觸的是控制柵極,不接觸的為浮柵.控制柵與浮柵,浮柵與硅襯底之間有二氧化硅絕緣層,以保護柵極中電荷不泄露.NAND作為電壓控制器件,其讀寫基于隧穿效應,通過對控制柵施加足夠正電壓使電流隧穿浮柵與硅襯底之間絕緣層,穿過后的電子形成“記憶“效應,通過充電實現以頁為單位的數據寫入,放電實現以塊為單位的數據擦除.NOR閃存擦除數據同樣基于隧穿效應,只是采用熱電子注入方式(電流從浮置柵極到源極).NOR最小讀寫單位是“字節”,擦除仍要按塊來擦,成本限制下不易做到大容量,一般小容量NOR讀寫速度在120ns量級,寫入較慢.由于NOR數據線和地址線分開,可實現隨機尋址功能,且支持片上執行代碼(XIP:executeinplace),即應用程序直接在閃存內運行而無需讀取到RAM系統,因此適用于開機就要執行的代碼存儲.NOR多應用在PC的開機啟動系統BIOS,功能機開機啟動系統,車載系統等.NAND以頁為單位讀取數據,塊為單位擦除數據(NOR沒有頁).NAND數據線和地址線復用,不能像NOR—樣實現隨機尋址,因此讀取速度比NOR慢,但寫入和擦除速度更快.NAND內部電路更為簡單,數據密度大,體積更小,成本更低,目前多作為大容量存儲,最常見應用是嵌入式系統采用的DOC(DiskOnChip)和通常用的"閃盤".NAND與NOR性能對比性能NORNAND容量較小大成本較咼低XIP(可執行CODE)支持不支持讀取速度很快快寫入速度較慢快擦除速度慢快可擦除次數10,000-100,000100,000-1,000,000訪問方式隨機訪問塊方式按照每存儲單元存儲bit個數不同,NAND可分成SLC,MLC和TLC三類,每單位分別存儲l/2/3bit.每單位bit數增加不僅使設計難度增加,還使每個狀態所分得電壓減少,所有狀態以極小的電壓區隔,電壓區隔越小越難控制,同時干擾也越復雜,導致讀寫性能下降,壽命變短,可靠性降低等問題,相應成本也會降低.目前市場上也出現了QLC,容量更大,壽命更短,理論上擦寫150次.從應用上看,現在高端SSD會選取MLC,SLC甚至QLC,低端SSD則選取TLC,SD卡一般選取TLC.SLC、MLC、TLC性能對比—SLCMLCTLC每單位存儲比特123可擦寫次數100,0003,0001,000讀取速度25口s50us~75us寫入速度200-300口s600-900口s~900-1350us擦除速度1.5-2ms3ms4.5ms價格最高較咼低綜上,半導體存儲器雖然種類較多,但因性能和成本差別各有市場.NOR-Flash自NAND面世以來市場不斷被擠壓,但目前NAND替代已經完成.受人口老齡化趨勢與收入結構影響,功能機市場在日本、非洲、東南亞等國仍有廣闊市場,且在5G基站、AMOLED屏幕和物聯網的推動下,未來NOR-FLASH具備旺盛需求.SLC市場被MLC、SLC和QLC擠壓,但速度、可靠性和壽命等核心性能領先,在市場上具備不可替代性,常用作企業關鍵數據存儲.目前SLCNAND在網絡通訊、語音存儲、智能電視、工業控制、機頂盒、打印機、穿戴式設備等方面得到廣泛應用.(二)、NOR-Flash行業景氣度提升1、需求端:下游需求多樣,行業景氣度提升NOR-Flash去年經歷行業低谷后,今年市場快速回溫.2018-2023年功能機市場將持續增長,繼續為NOR-Flash筑底需求.此外伴隨5G建設及AI-IoT等技術發展,下游客戶出現TWS、汽車電子、AMOLED/TDDI屏幕等大批新增需求,助力行業邁入上行周期.智能手機和功能機增長率對比TWS飛速成長帶來行業最大紅利.TWS市場如日中天,未來市場增幅巨大.TWS(TrueWirelessStereo)耳機即真無線藍牙耳機,由主耳機通過無線方式向副耳機傳輸音頻信號,左右兩個耳機通過藍牙組成立體聲系統,其優勢在于完全解決物理線材束縛,便攜性與功能多樣性大幅提升.在藍牙5.0技術和智能無孔化趨勢的共同推動下,TWS市場增幅巨大根據統計TWS無線耳機的市場滲透率僅為15%,滲透率較低,因此受疫情影響極為有限.2020年仍然能夠維持高增長.預測2020年TWS無線耳機的出貨量將達到2.3億副,TWS無線耳機的市場滲透率僅15%,2016-2020年全球TWS耳機出貨量20詢茹20年全球nvs耳機出貨量預測50001OTW150002000025000TWS無塔耳嘰出賀呈;萬副NOR-Flash成TWS標配,享受行業最大紅利.TWS核心技術在于解決一對二音頻傳輸問題.蘋果設計方案是左耳機與手機一對一連接,連接時需要配對密碼,左耳機把密鑰分享給右耳機,從而實現一對二連接效果.從對Airpods1.5代的拆解結果來看,每只Airpod搭載一顆高階128MNOR-Flash.伴隨功能不斷升級,2020年Airpodspro有望搭載256MNOR-Flash以存儲更高階代碼.由于蘋果對其設計方案進行專利封鎖,安卓廠家過去只能采取轉發方案,導致產品穩定性降低,延遲提高,功耗增加等多種問題.但是在2019年前三季度,絡達、高通、華為依次實現技術突破,均配置NOR-Flash解決核心技術問題,為市場注入新一波成長動能.容量方面以三星TWS耳機GalaxyBuds為例,該耳機搭載華邦電64MbN0R-Flash,合理推測安卓陣營搭載NOR-Flash容量在4-64Mb之間.智能手機屏幕:AMOLED/TDDI助NOR-Flash迎來第二春AMOLED屏幕帶動小容量NOR-Flash需求.AMOLED屏幕是指以AMOLED材料為主的屏幕,是OLED主流技術,具備反應速度較快、對比度更高、視角較廣等特點.AMOLED面板技術難度較高,容易出現亮度均勻性和殘像兩大難題,需要通過外部驅動電路感知像素的電學或光學特性并進行補償(De-mura).因De-mura編碼整合進入驅動IC成本過高,必須外掛一顆8Mb或16Mb的NOR-Flash存儲DeMura所需的編碼.AMOLED市場滲透率提升,可折疊趨勢帶來下游新需求.2018年蘋果和三星的AMOLED滲透率已高達63.2%和65.7%,但受制于產能和良率,整體市場滲透率不高.2019年受益全球面板廠商顯示技術,良率和產能規模改善,小米>vivo等品牌將AMOLED納入旗艦機.同時2019年三星推出第一款可折疊手機GalaxyFold引發柔性屏創新熱潮,帶來AMOLED屏幕新增量.2019年可折疊手機滲透率約為0.1%,對應約150萬臺出貨量,2020年有望提升至0.7%,對應約1000萬臺出貨量.AMOLED滲透率從2017年的17.7%增長至2019年的23.9%,預計到2020年超過LTPSLCD達到29.6%,未來仍有較大空間.

AMOLED出貨量變化AJWLED岀貨量變化AMOLED出貨量變化AJWLED岀貨量變化TDDI催生NOR-Flash又一需求.TDDI(TouchandDisplayDriverlntegration)指觸控與現實驅動器集成.傳統智能手機觸控和顯示功能由兩篇芯片獨立控制,而TDDI將觸控芯片和顯示芯片二合一,推動智能手機構架進入新階段.TDDI技術支持無邊框設計及,有效提高屏占比,并兼具低成本、高集成度、顯示色彩更明亮,供應鏈簡化等多重優勢.TDDI觸控功能所需編碼容量較大,無法一并整合至芯片,需外掛一顆4-16Mb的NOR-Flash存儲所需分位編碼,并輔助TDDI進行參數調整.全面屏趨勢驅動TDDI市場快速成長.三星2017年3月推出S8旗艦機,屏占比84%,得到不俗市場反饋,隨后蘋果推出iPhoneX點燃全球全面屏市場.目前,蘋果、三星、華為、小米、OPPO、索尼、LG等主流品牌都已采用全面屏設計,TDDI技術進入大規模量產時代.根2019年全球TDDI出貨量突破5億顆,滲透率達28%.

TDDI出貨量穩健增長AI-IoT領域打造NOR-Flash市場潛力.物聯網(IoT)技術是指在通過互聯網等信息載體在所有行使獨立功能的物體之間實現萬物互聯,物聯網催生海量數據信息,AI對信息進行整合分析,兩項技術結合對下游應用端產生革命性影響.NOR-Flash被認為是物聯網設備存儲數據信息首選,并觸及到大容量NAND市場.因為IoT應用受系統成本以及設計尺寸的限制,通常會減小或者去除DRAM,NOR-Flash可直接讀取代碼完成芯片內執行,不用將代碼再讀到系統RAM中.而AI運算必須頻繁調動閃存內的數據庫和算法,只有保證數據吞吐量才能使AI高效運行.高性能大容量SPINOR能以極飛速度完成數據庫、代碼和算法讀取,并在整個過程中保證實時響應.未來三年對NOR-Flash影響較為顯著且確定性最強的是汽車電子和智能家居領域.智能家居帶動NOR-Flash穩健增長.2019年全球智能家居市場出貨量達8.8億臺,市場規模達1030億美元,同比增長12.5%.智能家居細分市場包括智能家電、智能照明、家庭安防、智能連接與控制多個領域,單個設備搭載單個NOR-Flash,容量在1-128Mb之間.

全球智能家居出貨量變化在汽車電子領域,ADAS車載系統帶來顯著NOR-Flash市場增量.ADAS即高級駕駛輔助系統,在汽車啟動后,高分辨率顯示屏需要在極短時間內顯示儀表盤、導航地圖,以及可支持ADAS的后視攝像機畫面等高解析圖形,符合xSPI規范的8通道SPINOR-Flash的即時啟動特性可將整個過程縮短在1s以內,解決當前ADAS系統緩慢上電問題.單個ADAS系統需搭載一顆或多顆32-128Mb容量的NOR-Flash,更高端ADAS系統需配置1Gb的NOR-Flash.據預測,2015-2021年ADAS系統將加速滲透,出貨量從8800萬單元增長至2.8億單元,年復合增長率高達28%.

ADAS加速滲透ADAS加速滲透5G基站需要大容量NOR-Flash.在無線基礎設施上,現場可編程門陣列(FPGA)以及互補式片上系統(SoC)得到了廣泛的應用.由于NOR-Flash存儲器在初始響應和啟動時提供高可靠性,讀取數據速度快,數據保存時間長達十年,因此被廣泛應用到無線基礎設施中來配置FPGA和SoC,以快速啟動這些設備.此外NOR-Flash還具備兩個重要優勢,其低功耗特性利于解決無線基礎設施戶外惡劣高溫環境的散熱問題,且有些NOR-Flash已添加安全功能(如基于公鑰基礎設施的身份驗證和訪問控制以及安全啟動),可確保特有IP安全性,保證網絡持續安全可用.5G基站對512Mbit的NOR-Flash需求量較大,每個基站大約需要4-6顆.預測全球5G基站增量在2019/2020/2021年分別達到20/105/200萬座.2、供給端:供應商擴產存在困難從上游供給來看,整個半導體存儲行業處于上行周期,DRAM和NAND需求上行,數據顯示主流存儲器廠商為備產已造成300mm裸晶圓需求同比上漲4.5%,裸晶圓擴產周期較長,在短期供給沒有明顯增加的情況下,裸晶圓供給緊張會傳導到下游NOR-Flash,裸晶圓價格上漲導致NOR-Flash成本提高,引起NOR-Flash漲價.裸晶圓漲價趨勢0.Bo.e裸晶圓漲價趨勢-?一桶唱單價準無/平方買寸)裸晶圓漲價趨勢0.Bo.e裸晶圓漲價趨勢-?一桶唱單價準無/平方買寸)IIIIIIIIn201120122013201d201520162017201B2A19E從各大廠商投產計劃來看,上文中已經提到,2016年起國際大廠為追求高水平毛利率減產NOR-Flash,全球前五大NOR-Flash廠商中,美光淘汰中低容量NORFlash,2017年停掉其8寸NOR-Flash產線,對應月產能2萬片/月.同年,Cypress退出中低容量的NOR,宣布在未來2-4年減產50%至1萬片/月.臺系廠商借機擴大產能,因此部分中低容量供給缺口外溢至旺宏、華邦電、兆易創新等,但仍造成供給缺口.

NOR-Flash擴產周期長,上游裸晶圓供應有限,短期產能未能有明顯變化,結合供需兩端,20-21年NOR-Flash將繼續保持供需剪刀差,判斷2019年底NOR-Flash價格已落底回穩,保守估計2020年第一季度價格漲幅在5%左右.現在根據價格趨勢和上文分析NOR-Flash新增需求測算NOR-Flash市場規模增量.2019—2021年NOR-Flash供需剪刀差2019—2021年NOR-F1朗h供需剪刀差■需甫變化f月產it十片)供洽賣猶(月產量于占)2018-20222018-2022年TWSNOR-Flash新增市場規模預測2018-2022^AlrpodsproNOR-FlashWT^市場規模幀■2018B2019B2020EB2021EB2022E2018-2022年AirpodsproNOR-Flash新增市場規模預測2018-20222018-2022年安卓NOR-Flash新增市場規模預測2018-2022^安卓NOR-Flashgfdg市場規模預

測2018-20222018-2022年智能手機屏幕NOR-Flash新增市場規模預測2018-2022年智能手機屏幕新增市

場規模預測2018-2022年TDDI滲NOR-Flash新增市場規模預測2O1S-2O22^TDDI滲MOR羽酯h新增市場規模顧2018-20222018-2022年AI-oTNOR-Flash新增市場規模預測201B-2022^AI-?TNOR?FlEsh新増市場規模預

測2018-20222018-2022年汽車行業NOR-Flash新增市場規模預測201S-2022年汽車行業NOR-Flashgf^市場規

模刪市場規欖堵量]百萬元)2018-2022年5G基站行業NOR-Flash新增市場規模預測201S-2022年5G基站行業NOR?Flash新增市場

規模顧■市場規槿增量(百萬元)■NOR-FI日5h韋涵增長:總計[百萬元)2018-20222018-2022年NOR-Flash新增市場規模預測2018-2022年NOR-FI陽h新增市場規模預測0200040006000^00010000MOR-FI孔h卍場臂長總:-{百萬元}NOR-Flash新增市場規模預測一201820192020E2021E2022ETWS—————蘋果Airpods出貨量(百萬副)一20283540搭載NOR-Flash容量(Mb)0128128128128搭載NOR-Flash個數(個)02222NOR-Flash需求(百萬個)0405610080單價(元)04.835.075.225.05市場規模增量(百萬兀)0193.2283.92522404Airpodspro出貨量(包括第三代Airpod,百萬畐IJ)40577590搭載NOR-Flash容量(Mb)0128256256256搭載NOR-Flash個數(個)02222NOR-Flash需求(百萬個)080114150180單價(元)04.838.288.528.29市場規模增量(百萬兀)0386.4943.9212791492.2安卓—————安卓TWS出貨量(百萬副)605565115165搭載NOR-Flash容量(Mb)4-644-644-644-644-64搭載NOR-Flash個數(個)22222NOR-Flash需求(百萬個)120110130230330單價(元)0.831.592.072.763.35

市場規模增量(百萬兀)99.36174.90269.10634.81105.5智能手機屏幕—————智能手機出貨量14051399132013861413AMOLED滲透率25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%AMOLED出貨量(百萬顆)351.25419.70462.00554.40635.85搭載NOR-Flash容量(Mb)8-168-168-168-168-16搭NOR-Flash個數(個)111

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