国产存储芯片产业的发展状况与未来

芯智讯 发表于 2018-07-22 08:52:47 收藏 已收藏
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国产存储芯片产业的发展状况与未来

芯智讯 发表于 2018-07-22 08:52:47

近日,存储芯片大厂三星正式宣布已开始量产96层堆叠、单Die 32GB容量的第五代V-NAND闪存芯片。同时,三星还正式发布了首款LPDDR5内存芯片。可以说,三星在存储领域进一步拉开了与其他竞争对手的差距。

相比之下,当下的中国大陆的国产存储产业仍处于刚刚起步阶段。虽然,紫光旗下的西安紫光国芯之前就有DDR3、DDR4内存颗粒生产,不过技术来源还是已经破产的奇梦达,并不能算是自主技术。

国内目前有三大存储芯片基地,紫光主导的长江存储以武汉为基地,主要生产3D NAND闪存,目前已开始小规模量产32层3D NAND Flash。

根据最新的消息显示,长江存储目前已经获得了第一个闪存芯片订单,用于生产8GB容量的SD存储卡,订单规模为一万套32层3D NAND闪存芯片。消息人士称,长江存储公司的闪存芯片月产能只有5000片晶圆(芯片的产量往往描述为原材料晶圆的消耗数量),产能还比较小。

而新一代的64层128G 3D NAND Flash存储器,长江存储计划在2018年年底前推出样品。2019年才会进入规模研发的阶段。

预计到2020年,长江存储的闪存芯片产能将提高到月处理10万片晶圆。未来随着三条生产线全部启用,届时月产能将提高到35万片到40万片晶圆。

而福建晋华和合肥长鑫则选择以DRAM内存芯片作为突破口。

福建晋华集团联合台联电在晋江建设DRAM晶圆厂,此前与美光发生专利纠纷导致美光芯片被福州法院禁售的就是与联电、晋江投资集团有关。

另一个DRAM基地是合肥长鑫,这个项目最初报道说是跟前日本尔必达董事长成立的公司合作,不过后者现在几乎淡出,合肥长鑫现在的合作方是兆易创新,去年10月份兆易创新宣布斥资180亿元进军DRAM市场,与合肥市产业投资控股有限公司合作,目标是研发19nm工艺的DRAM内存,预计在2018年12月31日前研发成功,即实现产品良率(测试电性良好的芯片占整个晶圆的比例)不低于10%。

合肥长鑫的DRAM项目投资超过72亿美元(495亿人民币),项目建设三期工程,目前建设的是一期工程12英寸晶圆厂,建成后月产能为12.5万片晶圆,安徽商报表示这个产能将占到全球DRAM内存产能的8%。

此前,合肥兆鑫CEO王宁国今年四月在出席合肥举办的“国家集成电路重大专项走进安徽活动”上表示,合肥长鑫的一厂厂房已经于2018年1月建设完成,设备也开始安装。根据计划,长鑫将于2018年年底推出8Gb  DDR4工程样品,2019年三季度推出8Gb  LPDDR4,到2019年年底,产能将达到2万片一个月。从2020年开始,公司则开始规划二厂,2021年则完成17nn的研发。

最新的消息显示,目前合肥兆鑫的8Gb LPDDR4已经正式投片,可以说这是国产DRAM产业的一个里程碑。需要指出的是,从投片到真正量产这中间仍还有很长的一段路要走,而良率则是重要难关。

不管怎么说,虽然国产存储产业与国外三星等巨头相比仍有较大差距,但是发展国产存储器确实是刻不容缓的一件大事,因为存储产业不仅关乎国家半导体产业发展,更关乎国家信息存储安全。而国产存储芯片厂商能够在短时间内取得一些成绩也是非常值得肯定的。

一、大陆为什么要发展存储芯片?

发展存储芯片的必要性在于其大而重要。重要体现在存储芯片是电子系统的粮仓,数据的载体,关乎数据的安全;大体现在其市场规模足够大,约占半导体总体市场的三分之一。以行军打仗作比喻,发展存储芯片可谓是兵马未动粮草先行。

1.1、重要:电子系统的粮仓

一个基本的电子系统主要包括以下几个部分:传感器、处理器、存储芯片和执行器。传感器负责获取数据,处理器负责处理数据,存储芯片负责存储数据,执行器负责执行处理器的结果。

我们通常对运行速度更快、能够运行更大应用软件的电子产品有着更多的偏好,而决定这些电子设备性能高低的核心部件除了我们所熟悉的处理器以外,存储芯片提供的读取速度能力也是重要影响因素之一。

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存储芯片芯片可简单分为闪存和内存,闪存包括 NAND FLASH 和 NOR FLASH,内存主要为 DRAM。为了更加方便的理解存储芯片的作用,如果把执行一段完整的程序比喻成制造一个产品,那么存储芯片相当于仓库,而处理器相当于加工车间。为了提高产品制造的速度,提升加工车间的效率是一个方法,也就是提高处理器的性能;还有一个方法就是缩短原材料从仓库到加工车间的时间,设置一个临时的小仓库,堆放目前专门生产的产品的原材料,可以大大缩短制造时间。大仓库相当于存储芯片中的闪存,而小仓库则相当于存储芯片中的内存,对于电子产品的运行都不可或缺,因此它们在产品的应用范围上有着很高的重合度。

内存不同于闪存,虽然它们都是处理器处理所需数据的载体,但是内存的作用是提供了一个处理当前所需要数据的空间,它的空间容量较闪存小,但读取数据的速度更快,就像 VIP 通道一样,它为当前最需处理的数据提供了快速的通道,使得处理器能够快速获取到这些数据并执行。

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同为闪存的 NAND FLASH 的 NOR FLASH 的区别主要在于应用领域不同, NAND FLASH 主要应用于智能手机、SSD、SD 卡等高端大容量产品,而 NOR FLASH 主要应用于功能机、MP3、USBkey、DVD 等低端产品。此外,在汽车电子、智能机手机中 TDDI、AMOLED 中也会用到 NOR FLASH。

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随着各种应用程序的越来越复杂,各种新兴场景的不断落地应用,例如:人工智能、物联网、大数据、5G 等,需要存储的数据也越来越庞大。目前,信息数据已经不仅仅是数字,而是一种资产,大数据的运用使得互联网公司成为数据处理中心,互联网公司之间的竞争是流量的竞争,得数据者得天下。例如腾讯依靠其吸引流量的王牌:微信,打造了一个完整的产业生态链,通过对大数据的分析处理,可以实现对亿万用户的精准画像,从而进行精准营销。

1.2、庞大:半导体行业的风向标

从全球半导体销售额同比增速上看,全球半导体行业大致以 4-6 年为一个周期,景气周期与宏观经济、下游应用需求以及自身产能库存等因素密切相关。自 2010 年以来,存储芯片逐渐成为半导体行业发展的主要驱动力。

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据 WSTS 数据,2017 年世界半导体市场规模为 4086.91 亿美元,同比增长20.6%,首破 4000 亿美元大关,创七年以来(2010 年为年增 31.8%)的新高。

其中,集成电路产品市场销售额为 3401.89 亿美元,同比增长 22.9%,大出业界意料之外,占到全球半导体市场总值的 83.2%的份额。存储芯片电路(Memory)产品市场销售额为 1229.18 亿美元,同比增长 60.1%,占到全球半导体市场总值的 30.1%,超越历年占比最大的逻辑电路(1014.13 亿美元),也印证了业界所谓的存储芯片是集成电路产业的温度计和风向标之说。

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1.3、玩家:市场集中度高

存储芯片整个市场中 DRAM 产品占比约 53%,NAND Flash 产品占比约 42%, Nor Flash 占比仅有 3%左右。DRAM 根据下游需求不同主要分为:标准型(PC)、服务器(Server)、移动式(mobile)、绘图用(Graphic)和消费电子类(Consumer)。NAND Flash 根据下游需求不同主要分为:存储卡/UFD、SSD、

嵌入式存储和其他。

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存储芯片市场集中度高,无论是 DRAM,还是 Nand Flash、Nor Flash 都呈现寡头垄断格局。

根据 DRAMeXchange 数据,DRAM 市场主要三星、海力士、美光三家厂商占据,三星市占率约为 48%,三星+海力士+美光的市占率高达 90%以上。

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根据 DRAMeXchange 数据,NAND Flash 市场的主要玩家有三星、东芝、闪迪、美光、海力士和英特尔,其中三星市占率约为 36%。

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NOR Flash 经过近几年版图大洗牌,2016 年赛普拉斯市占率约 25%,旺宏市场占有率约 24%,美光科技市占率约 18%,华邦电市占率约 17%,大陆厂商兆易创新居第五,占有一席之地。2017 年赛普拉斯和美光相继宣布逐步退出中低端 Nor Flash 市场,专注于自产自用、高毛利率的车载电子和工控用 NOR Flash。

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1.4、补充:存储芯片与存储控制器芯片是两个芯片

本文主要重点研究存储芯片,考虑到存储芯片与存储控制器芯片容易混淆,特在此对存储控制器芯片作简单介绍,以便读者区分。

通常我们所说的存储芯片主要是指存储芯片,实际上存储里面的芯片还包括存储控制器芯片。以 SSD 产品为例,SSD 通常包括 PCB(含供电电路)、存储芯片 NAND 闪存、主控制芯片、接口等,还有一个并非必要但依然很重要的缓存芯片,即内存芯片。如果存储芯片是仓库,那么存储控制器芯片则是仓库的钥匙,掌管着粮仓的安全,存储控制器芯片控制着处理器读写存储芯片信息的速度,因此存储控制器芯片包含了计算机的接口技术和存储芯片的管理技术,在保护存储芯片信息安全中有着举足轻重的作用。

从成本上来说,存储芯片 NAND 闪存大概能占 SSD 硬盘物料成本的 70%或更多。内存芯片不是 SSD 硬盘中必须的,这主要取决于主控类型,但是配备缓存可以大大提升 SSD 硬盘的性能,尤其是写入性能。主控芯片的成本占据 SSD 硬盘 10-15%的比例,不是最贵的部件,但也是非常重要的。

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早期 SSD 存储控制器芯片主要由闪存原厂生产,呈现英特尔、三星和美光三足鼎立格局。随着独立存储控制器芯片厂商的发展,目前市场逐渐发展为全雄争霸的局面,主要厂商有 Marvell、慧荣、群联、SandForce、Realtek等。国内 SSD 主控芯片领域近几年涌现出了多家 SSD 主控厂商,比较知名的有江波龙、国科微、忆芯、华澜微电子,还有偏重军工、企业级市场的中勃、一方信息等公司,另外还有台系厂商在大陆设立的子公司,比如群联在合肥成立了兆芯电子,杭州联芸科技也有台资参与。

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二、大陆为什么能发展存储芯片?

存储芯片是一个技术、资本、人才密集型的产业,发展存储芯片的充分性在于天时地利人和。天时:①品牌化程度低;②摩尔定律放缓;③重  IP 和制造。地利:①制造向国内转移;②国家大力支持。人和:①长江存储、①合

肥长鑫、③福建晋华三大存储项目进展顺利。天时地利人和,大陆存储芯片发展进入加速阶段,实现国产化指日可待。

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2.1、天时:存储芯片自身属性

2.1.1、品牌化程度低

存储芯片产品不同于大部分的消费类产品,而是具有典型的大宗商品属性,差异化竞争较小,不同企业生产的产品技术指标基本相同,标准化程度较高,因此品牌化程度较弱,用户粘性低。

我们以智能手机为例,用户在选购智能手机时基本都会考虑处理器的品牌和型号是高通的还是联发科的,但很少有人会考虑屏幕是 LG 的还是 BOE 的,而只是会考虑屏幕的大小和分辨率等参数。这一点存储芯片和面板是类似的,用户一般只会考虑存储芯片的容量,是 64G 还是 128G,而很少会有人考虑存储芯片是海力士产的还是东芝产的。因此,对于存储芯片行业,只要技术参数上达到要求,不同品牌的产品可替代率很高,这也为后入者提供了弯道超车的可能。面板行业中 BOE 的成功也印证了这一点。

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2.1.2、摩尔定律放缓

摩尔定律是指在集成电路价格不变的情况下,所容纳的晶体管数量每 18-24 个月增加一倍,性能也因此增加一倍。但随着集成电路制程工艺逐渐逼近物理极限,先进制程的芯片研发速度也逐渐放缓,摩尔定律面临失效。

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目前国际巨头的先进制程已进入 7 纳米的量产阶段,Tech Insights 预计到 2020 年将会达到 5 纳米,不过这种尖端工艺的应用主要是集中在逻辑电路处理器芯片的制造上。

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存储芯片的制程路线虽然与逻辑电路的路线不太一样,但同样面临着摩尔定律趋近极限的瓶颈,甚至比逻辑电路来的更早一些。目前,存储芯片制程发展到 1x,1y,1z(20nm-10nm 之间)阶段很难再进一步缩小,因为随着制程工艺的提高,在到达一定水平之后,存储芯片的稳定性会下降,而一般认为 10nm 是临界点。DRAM 目前还在 1x、1y 水平,有望在 2020 年进入 1z 阶段。NAND 目前制程基本已经达到极限,另辟蹊径从 2D 转向 3D 发展。随着摩尔定律放缓,使得国内的技术与国际大厂的差距有望逐渐缩小。3D NAND 国际上目前通用的为 64 层,而国内长江存储已经实现 32 层,差距只有一代。

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2.1.3、重 IP 和制造

半导体产业经历了从一体化 IDM 模式发展到了今天的设计-制造-封测代工模式,但是对于存储芯片,目前主流的厂商还是一体化 IDM 模式,主要是由存储芯片重 IP 和制造的特点决定的。

模拟芯片的难点在于设计,因为模拟芯片无法像数字芯片一样通过仿真验证设计,只能通过一次次的流片出成品测试结果,再反馈进行改进,因此模拟芯片的研发周期长,成本高,企业的经验积累非常重要,主要厂商 TI、ADI都有几十年的历史。

处理器的难点在于架构 IP、生态系统和制造,每一块集中度都非常高,架构主要有电脑端的 X86 和手机端的 ARM,分别对应 windows 和 Android 系统,而处理器的制造也是半导体制造中最先进的。对于 CPU 和模拟芯片,进入门槛很高,后发者劣势明显。

存储芯片的难点在于 IP 和制造,实际上,任何芯片设计都要突破 IP 的封锁,存储芯片的 IP 集中度要比处理器低一些,通过合作授权和自主研发相结合的方式获得存储芯片的 IP 难度略小一点。

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DRAM 的 IP 方面,国内厂商由于起步较晚,因此专利的积累相对薄弱,不过由于 DRAM 领域发展已相对成熟,因此国际间的资本投入已经有所减少,这就给国内继续提高资本投入实现国产替代提供了机会,国内厂商必须加快技术的迭代,尽快在更高的技术领域取得突破并夺取知识产权,才能获得对下游厂商更强的议价能力,提高产品毛利率。

NAND 的 IP 方面,3D NAND 堆叠技术是从 2D 平面技术升级而来,我国 3D NAND 堆叠技术与国际各大厂商的差距相对 DRAM 领域较小,原因是 DRAM 已经相对成熟,而 3D NAND 堆叠技术为近年来出现的新技术,因此我国的技术与世界领先技术差距不是太大。不过在 IP 储备上,国内厂商依旧是处于弱势,存储芯片巨头厂商仍然具有压倒性的专利储备优势。

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结合上文提到的存储芯片的品牌化程度较低,属于标准化产品,对上层的生态系统依赖低;存储芯片厂商的主要工作是在制造环节上,规模化优势非常明显;随着摩尔定律放缓,国内外技术差距有所缩小,给了国内厂商追赶上的机会。

2.2、地利:国内发展机遇

2.2.1、制造向国内转移

在半导体向国内转移的趋势下,国际大厂纷纷到大陆地区设厂或者增大国内建厂的规模。根据 SEMI 数据显示,预计 2017 年至 2020 年间,全球投产的晶圆厂约 62 座,其中 26 座位于中国大陆,占全球总数的 42%。

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随着大量晶圆厂在国内建成,将有利于推动国内制造业的发展,同时带动设计、封测、材料、设备等整个产业链的发展,促进国内半导体产业生态的建立。而制造正是存储芯片最重要的环节,因此制造向国内转移,也将有利于促进国内存储产业的发展。

2.2.2、国家大力支持

2014 年 6 月,国务院颁布了《国家集成电路产业发展推进纲要》,提出设立国家集成电路产业基金(简称“大基金”),将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。且明确提出,到 2020 年,集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全行业销售收入年均增速超过 20%,企业可持续发展能力大幅增强;到 2030 年,集成电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队,实现跨越发展。

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据集邦咨询统计,截至 2017 年 11 月 30 日,大基金累计有效决策 62 个项目,涉及 46 家企业,累计有效承诺额 1,063 亿元,实际出资 794 亿元,分别占首期总规模的 77%和 57%,投资范围涵盖 IC 产业上、下游。大基金在制造、设计、封测、设备材料等产业链各环节进行投资布局全覆盖,各环节承诺投资占总投资的比重分别是 63%、20%、10%、7%。

在国家集成电路产业投资基金之外,多个省市也相继成立或准备成立集成电路产业投资基金,目前包括北京、上海、广东等在内的十几个省市已成立专门扶植半导体产业发展的地方政府性基金。根据国家集成电路产业基金的统计,截止 2017 年 6 月,由“大基金”撬动的地方集成电路产业投资基金(包括筹建中)达 5145 亿元。

目前大基金二期已经启动,募集金额有望超过一期,一期规模为 1387 亿元。大基金总经理丁文武透露,大基金将提高对设计业的投资比例,并将围绕国家战略和新兴行业进行投资规划,比如智能汽车、智能电网、人工智能、物联网、5G 等,并尽量对设备和材料给予支持,推动其加快发展。此外,我们预计大基金二期将重点关注存储芯片、集成电路设计和化合物半导体等领域。

2.3、人和:人才集聚下三大项目进展顺利

在天时的条件下,摩尔定律放缓,大陆厂商技术逐渐追赶;在地利的条件下,国家大力支持存储产业,资本不再成为瓶颈;而在人和方面,也就是人才方面,大陆项目也是取得可喜进展。

在天时地利人和的条件下,国内三大存储项目长江存储(NAND),合肥长鑫(DRAM),福建晋华(DRAM)进展顺利,预计将于 2018 年下半年实现量产,2018 年也将有望成为国产存储芯片主流化发展元年。

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2.3.1、长江存储

长江存储是由紫光集团与武汉新芯合作成立的国家存储芯片基地项目,专注于 12 寸 3D NAND 闪存的研发与制造。

人和:紫光国芯全球执行副总裁暨长江存储代行董事长为台湾 DRAM 教父、前华亚科董事长高启全。2017 年 4 月,高启全表示已齐聚 500 名研发人员在武汉投入 3D NAND 开发,也考虑研发 20/18 纳米 DRAM。2018 年 5 月,前工信部电子信息司司长刁石京入职紫光集团,出任联席总裁。在此之前,前电子信息司副司长彭红兵已经出任大基金副总裁兼长江存储监事会主席。

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项目进展:首期投入超过 240 亿美元,预计未来还将追加 300 亿美元。2017年 9 月长江存储新建的国家存储芯片基地项目(一期)一号生产及动力厂房实现提前封顶,2018 年 2 月份进行厂内洁净室装修和空调、消防等系统安装。2018 年 4 月 11 日长江存储正式启动入厂装机仪式,北方华创的设备已成功打入长江存储产线。2018 年 5 月,长江存储从荷兰阿斯麦(ASML)公司订购的一台光刻机已抵达武汉。这台光刻机价值高达 7200 万美元,约合人民币 4.6 亿元。未来两年内,长江存储的存储芯片基地还将从全球各地进口近 3 万吨精密仪器至武汉。

长江存储 2017 年 2 月宣布 32 层 3D NAND Flash 芯片顺利通过测试,有望 2018 年底顺利投产,预计 2020 年月产能将达 30 万片。同时,长江存储还在推进 64 层堆叠 3D 闪存,力争 2019 年底实现规模量产,将与世界领先水平差距缩短到 2 年之内。

紫光还计划在成都和南京投资两条总产能 50 万/月的 12 寸生产线,同时也在推进 20/18nm 的 DRAM 开发,DRAM 进度慢于 NAND FLASH,预计 DRAM最快将于 2020 年量产。

2.3.2、合肥长鑫

合肥长鑫存储由兆易创新、中芯国际前 CEO 王宁国与合肥产投签订协议成立,项目预算金额为 180 亿元人民币。

人和:根据 2018 年 4 月在“国家集成电路重大专项走进安徽活动”中长鑫存储技术有限公司董事长、睿力集成电路有限公司首席执行官王宁国的介绍,合肥存储项目的实施主体之一的睿力集成于 2016 年 7 月 13 日成立,当时只有 1 个人,经过 21 个月 630 天之后,目前员工已达到 1539 人,相当于每一天有 2.5 个人报道,在不到两年的时间里这是一个非常快的成长。目前公司员工中,台湾同胞有 447 位,中国大陆员工有 1013 人,占比达三分之二。

芯智讯注:另外值得一提的是,就在合肥长鑫存储及睿力传出将进入量产的关键时间点,兆易创新原董事长朱一明,宣布辞去兆易创新CEO,从王宁国手上正式接任合肥长鑫存储及睿力CEO。这也预示着合肥长鑫及睿力即将进入一个新的阶段。

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项目进展:兆易创新负责研发 19nm 工艺制程的 12 英寸晶圆移动型 DRAM, 目标于 2018 年底前研发成功,实现产品良率不低于 10%,预计 2019 年投产。届时,合肥长鑫将成为中国第一家自主化大规模 DRAM 工厂,将是世界第四家突破 20nm 以下 DRAM 生产技术的公司。合肥长鑫 2018 年 1 月已经完成一厂厂房建设并开始设备安装,有望年底推出 19nm 工程样品。

公司当前技术水平距世界领先水平差距在 5 年左右。如果 2021 年公司能够按进度实现 17nm 技术的研发,技术差距将会缩短到 3 年左右。

2.3.3、福建晋华

福建晋华主要从事利基型 DRAM 的研发和生产工作,主要应用于消费电子产品领域,这些行业虽然已经进入存量博弈阶段,但市场规模庞大。

人和:福建晋华的掌舵者陈正坤原是尔必达与台湾力晶合资公司瑞晶的掌舵者,之后尔必达破产被美光并购后,他从日本半导体企业走入美国体系。晋华集成电路在人才团队方面,采取海内外人才招聘与人才培训相结合的方式。计划 2018 年人才队伍将达 1200 人,目前已招募人员 800 多人。由于晋江集成电路产业基础较薄弱,晋江市以晋华项目为龙头,构建“三园一区”产业发展空间载体,打造设计、制造、封装测试、装备与材料、终端应用的集成电路全产业链生态圈,其目标是到 2025 年可形成 1000 亿产业规模。据悉,台湾矽品、台湾芝奇、美国空气化工等 20 多个产业链项目已落地晋江,总投资近 600 亿元,产业链生态圈正逐步形成。正在建设的台湾矽品位于晋华集成电路对面,将以 DRAM 封测业务为主。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

项目进展:福建晋华的制造技术工作主要交由联电进行,制程工艺由 32 纳米切入,规划产能为每月 6 万片,预计 2018 年 9 月开始试产。公司目标最终推出 20 纳米产品,规划到 2025 年四期建成月产能 24 万片。

三、大陆发展存储芯片有什么影响?

3.1、价格:降价或成必然趋势

受益于下游智能手机、AI、数据中心、汽车、物联网等多极应用的驱动,存储芯片市场有望继续保持高增长。美光预计 2017 年至 2021 年,DRAM 需求复合年增长率将达 20%,NAND 位需求复合年增长率将达 40-45%。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

存储芯片的涨价由供不应求开始,是否持续还得看供需。需求是缓慢增长,而供给会突然增加,随着国际大厂产能释放以及大陆存储项目稳步推进,存储芯片价格下降或成必然趋势。

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DRAM

需求端:下游智能手机运行内存不断从 1G 到 2G、3G、4G 升级导致移动式 DRAM 需求快速增长,同时数据中心快速发展促进服务器内存需求增长。

供给端:DRAM 主要掌握在三星、海力士、美光等几家手中,呈现寡头垄断格局,三星市占率约为 45%。2016 年 Q3 之前,DRAM 价格一路走低,所有 DRAM 厂商都不敢贸然扩产。

价格:供不应求导致 DRAM 价格从 2016 年 Q2/Q3 开始一路飙升,DXI 指数从 6000 点最高上涨到 30000 点。DXI 指数是集邦咨询于 2013 年创建反映主流 DRAM 价格的指数,目前仍维持在高位。从现货价格上看,4G 产品价格从 2018Q1 开始回落,但 2G 产品价格依旧坚挺。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

国产存储芯片产业的发展状况与未来

短期看,在大陆智能手机出货疲弱的大环境影响下,移动式内存的需求有所下降。同时,DRAM 三大厂 2018 年新增 5-7%的产能将于下半年开出。需求减弱,供给增加,供需紧张关系得到缓解,移动式内存的价格有所下降。但随着全球数据中心的发展,服务器内存需求仍然旺盛,我们预计 2018 年服务器内存价格仍然会延续涨价的走势。根据韩国产业技术振兴院预测,在不考虑大陆厂商的情况下,4Gb DARM 价格将从 2017 年的 4.71 美元降到2018 年的 4.39 元,降幅为 6.8%。

长期看,随着三大厂商产能释放以及大陆合肥长鑫、福建晋华的 DRAM 项目稳步推进,产能开出后将较快地增加供给,而需求是缓慢增长,届时供过于求或将引发价格战导致 DRAM 价格大幅下降。根据韩国产业技术振兴院预测,4Gb DARM 价格到 2019 将大幅下降至 3.53 美元;由于受到大陆厂商的影响,估计韩国 5 年后减少的 DRAM 收入为 67 亿美元。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

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NAND Flash

需求端:下游智能手机闪存存不断从 16G 到 32G、64G、128G 甚至 256G 升级导致嵌入式存储快速需求增长,同时随着 SSD 在 PC 中渗透率提升以及数据中心服务器数量增加导致 SSD 需求快速增长。

供给端:NAND 主要厂商有三星、东芝、美光和海力士,三星同样是产业龙头,市占率约为 37%。2016 和 2017 年为 NAND Flash 从 2D 到 3D NAND制程转化年,产能存在逐渐释放的过程,供给缓慢增加。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

价格:供不应求导致 NAND 价格从 2016 年 Q2/Q3 开始一路飙升,最高涨幅超过 50%。随着供给端产能逐渐开出,NAND 价格从 2017H2 至今已下降

20%左右。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

短期看,智能手机销售增速疲软,2018 年上半年 NAND 需求恐不如预期,随着 3D 产能不断开出,市况将转变成供过于求,导致 NAND Flash 价格持续走跌的机率升高。根据韩国产业技术振兴院预测,在不考虑大陆厂商的情况下,32Gb NAND 价格将从 2017 年的 2.8 美元降到 2018 年的 1.93 元,降幅高达 31%。

长期看,随着国际大厂产能释放以及大陆长江存储的 NAND 项目产能开出后将较快地增加供给,而需求是缓慢增长,届时供过于求或将引发价格战导致 NAND 价格持续大幅下降。根据韩国产业技术振兴院预测,32Gb NAND 价格 2020 年将大幅下降至 0.65 美元;由于受到大陆厂商的影响,估计韩国 5 年后减少的 NAND 收入为 11 亿美元。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

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NOR Flash

需求端:虽然 NOR FLASH 市场份额较小,但是由于代码可在芯片内执行,仍然常常用于存储启动代码和设备驱动程序。随着物联网、智慧应用(智能家居、智慧城市、智能汽车)、无人机等厂商导入 NOR Flash 作为储存装置和微控制器搭配开发,同时智能手机搭载 OLED 面板需外挂 NOR Flash 来储存程序代码,NOR Flash 需求持续增长。

供给端:一方面上游硅片原材料供不应求涨价;另一方面,巨头美光及 Cypress 纷纷宣布淡出,关停部分生产线等,产生供给缺口,导致价格上涨。

价格:2017 年由于 NOR Flash 市场供不应求且价格大涨。2018Q1 因智能手机生产链进入库存调整阶段,NOR Flash 市场供需平衡,价格基本稳定,只有部份低容量 NOR Flash 市场因大陆产能开出而有降价现象。

短期看,2018Q2 安卓阵营智能型手机开始进入零组件备货旺季,随着 AMOLED 面板市场渗透率提升,NOR Flash 需求已见回升。英特尔在第八代 Core 处理器平台中,将储存 BIOS 的 NOR Flash 容量由 64Mb/128Mb一举拉高至 256Mb,中高容量 NOR Flash 因此供货吃紧。但是,2017 年以来国际大厂都没有大规模扩充产能动作,随着市场需求由淡季进入旺季,缺货问题再度浮上台面,价格或将再次上涨。

长期看,高端 NOR Flash 随着汽车智能化电动化发展需求旺盛,低端 NOR Flash 随着物联网 IOT、智慧音箱、AMOLED 等新应用的发展同样需求旺盛。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

3.2、安全:逐步实现自主可控

大陆产业链市占率整体低下,国产化迫在眉睫。我国核心芯片如计算机系统中的 CPU\MPU、通用电子统中的 FPGA/EPLD 和 DSP、通信装备中的嵌入式 MPU 和 DSP、存储设备中的 DRAM 和 Nand Flash、显示及视频系统中的 Display Driver,国产芯片占有率都几乎为零。制造环节,虽然 28nm 以上的成熟工艺大陆已站稳脚跟,但是 28nm 及以下的先进工艺、化合物半导体等市占率仍然很低。高端设备、材料、EDA 工具、核心 IP 等市占率同样非常低。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

这种情况对于国家和企业而言都是非常不利的,不管是从国家安全还是电子产业的发展而言,全力推动半导体产业目前已经成为了全国上下的一致共识,整个行业的发展动力非常充足。

随着三大存储项目稳步推进,大陆存储芯片自给率将有望逐步提升,从而实现自主可控。

四、相关上市公司

4.1、兆易创新:国内存储芯片设计龙头

4.1.1、高成长的存储芯片设计稀缺标的

公司是国内存储芯片设计领域的龙头企业,经营模式为典型的 fabless 模式。公司主要产品包括存储芯片和 MCU,其中存储芯片约占营收的 85%。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

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股权结构方面,第一大股东为实际控制人朱一明,持股比例为 13.58%;第二大股东为大基金,持股比例为 11.0%。

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4.1.2、营收净利高速增长,NOR Flash 涨价有望持续

公司业绩始终保持快速增长,从 2011 年到 2017 年公司营业收入复合增长率达到 35.92%,净利润复合增长率达到 67.70%。2017 年公司实现营业收入 20.30 亿元,同比增长 36.32%,实现净利润 3.98 亿元,同比增长 127.56%; 2018 年一季度公司实现营业收入 5.42 亿元,同比增长 19.71%,实现净利润 0.90 亿元,同比增长 28.65%。

公司 2017 年业绩高速增长的主要原因为 2016 年四季度起 NOR Flash 市场供不应求,供给端美光、赛普拉斯宣布退出低容量市场,专注汽车、工业和 IOT 高细分市场;需求端 AMOLED 屏幕需要带一块 NOR Flash 来做电学补偿, AMOLED 显示屏的渗透率正在加速,尤其是苹果的采用直接带动了其需求。

国产存储芯片产业的发展状况与未来

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2018 年下半年,随着安卓手机进入备货旺季,OLED 面板市场渗透率进一步提升,另外汽车电子和物联网对 NOR Flash 的需求也在加强,如今年各厂推车的新款车均搭载光达(LiDAR)及自动紧急煞车系统(AEB)、胎压侦测器(TPMS)、道路偏移警示等 ADAS 系统,带动车规 NOR Flash 需求急速升温,NOR Flash 涨价有望持续。

目前公司 NOR Flash 高容量 256Mb 产品已经实现量产,55nm 和 45nm 技术的研发正在加速推进。公司在 2016 年全球 NOR Flash 市场排名第五位,市场占有率达到 7%。随着美光和赛普拉斯逐渐退出中低端市场,我们预计 2017 年公司市场占有率有望突破 10%。

4.1.3、研发投入持续加大,NAND/DARM 打开广阔新空间

公司在技术与人才方面壁垒显著,2017 年底研发人员达到 253 人,相比 2016 年底增长 42.94%;主要管理技术团队来自美国、加拿大、中国台湾等先进产业地区,2017 年研发费用支出 1.67 亿元,同比增长 63.31%,2011 到 2017年研发费用复合增速达到 51.66%。技术研发核心人员来自清华、北大、复旦、中科院等国内微电子领域顶尖院校,截止 2017 年底,公司已申请 718项专利,获得 261 项专利,上述专利涵盖 NOR Flash、NAND Flash、MCU等芯片关键技术领域。

目前,公司 NAND Flash 产品容量最高可到 32GB,自研 38nm 产品已实现量产,24nm 研发推进顺利。此外,公司 2017 年 10 月与合肥产投签署共同开发 DARM 存储芯片协议,项目预算约为 180 亿元,双方根据 1:4 的比例筹集。项目研发目标是在 2018 年年底前实现产品良率不低于 10%。

NAND Flash 和 DRAM 作为主流存储器,全球市场规模约为 NOR Flash 的 20 倍,目前国内严重依赖进口,未来国产替代空间巨大。

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4.1.4、入股中芯国际形成虚拟 IDM,并购思立微实现协同发展

对芯片设计企业来说,晶圆代工厂由于对资金和规模的要求较高,产能相对集中,制造工艺和设计的协同性需要较长时间的积累,同时工艺节点的配合直接决定了产品质量的好坏,往往设计企业与晶圆厂商的合作成为了其业务能否发展的重要壁垒。公司于 2017 年 11 月通过境外全资子公司芯枝佳易参与认购中芯国际发行配售股份,投资总额不超过 7000 万美元,进一步加强战略关系,形成虚拟 IDM,同时有利于保证公司产能。

2018 年 7 月,公司公告拟以发行股份及支付现金的方式收购上海思立微 100% 股权,同时拟采取非公开发行股份募集配套资金,用于支付本次交易现金对价、14nm 工艺嵌入式异构 AI 推理信号处理器芯片研发项目、30MHz 主动式超声波 CMEMS 工艺及换能传感器研发项目、智能化人机交互研发中心建设项目以及支付本次交易相关的中介费用。

思立微的产品以触控芯片和指纹芯片等新一代智能移动终端传感器 SoC 芯片为主。本次交易将一定程度上补足公司在传感器、信号处理、算法和人机交互方面的研发技术,提升相关技术领域的产品化能力,在整体上形成完整的 MCU+存储+交互系统解决方案,为公司进一步快速发展注入动力。

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