NOR Flash行业趋势分析 浅谈NOR Flash原理及性能

　　本文主要是关于NOR Flash的相关介绍，并着重对NOR Flash的原理性能及其行业趋势进行了详尽的阐述。

　　NOR Flash

　　它是现在市场上两种主要的非易失闪存技术之一。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术，彻底改变了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器）和EEPROM（电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP ，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NAND的结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理需要特殊的系统接口。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的写入速度比NOR快很多，在设计中应该考虑这些情况。——《ARM嵌入式Linux系统开发从入门到精通》 李亚峰 欧文盛 等编著 清华大学出版社 P52 注释 API Key。

　　性能比较

　　flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。

　　由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。

　　执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NAND之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作（尤其是更新小文件时），更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。

　　l 、NOR的读速度比NAND稍快一些。

　　2、 NAND的写入速度比NOR快很多。

　　3 、NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

　　4 、大多数写入操作需要先进行擦除操作。

　　5 、NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

　　此外，NAND的实际应用方式要比NOR复杂的多。NOR可以直接使用，并可在上面直接运行代码；而NAND需要I/O接口，因此使用时需要驱动程序。不过当今流行的操作系统对NAND结构的Flash都有支持。此外，Linux内核也提供了对NAND结构的Flash的支持。

　　详解

　　NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。

　　像“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。

　　NOR的特点是芯片内执行（XIP， eXecute In Place），这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

　　NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口。

　　NOR Flash行业趋势分析

　　

　　1汽车与工控拉动2016 趋势反转

　　从各方面验证，2016年是NOR的拐点。首先，NOR市场为什么过去持续下跌？一方面是NAND由于更高的性价比在智能机领域替代NOR，另一方面是功能机出货持续下滑。但目前情况是NAND替换已经完成，在智能机应用稳定在ISP、TDDI、AMOLED等领域以及低端功能机，而功能机领域还有较大市场且增速的下滑也已经趋于平缓。根据Gartner，2016年功能机出货3.96亿部，同比增速-5.71%，远小于过去几年两位数以上的衰退，其背后原因是由于收入结构与人口结构等因素影响，仍有较多地区以功能机为主，根据PEW研究，东南亚、印度、非洲与日本（由于人口老龄化影响）智能手机普及率仅有20%、17%、10%与39%（全球平均水平是43%）。因此对于功能机，我们预计仍有3亿部左右的筑底市场存在，对应25%的下降空间，预计未来几年功能机下滑速度持续在10%以内。

　　传统功能机市场下滑明显趋缓的同时，工控与汽车等新应用在强势崛起。华邦电汽车和工用占比从2012年2%迅速提升至2016年18%。而旺宏汽车和工控占比也从09年的不到3%一路提升至16年的20%，复合增长率达39.08%。而根据CYPRESS，专用于ADAS系统NOR市场也预计将从2016年的0.28亿美元增长至2021年的1.21亿美元，对应复合增长率28%。

　　2调高TDDI AMOLED需求拉动预期

　　AMOLED与TDDI对NOR Flash需求拉动可能比我们预计的更乐观。（a）Amoled：由于亮度均匀性和残像是AMOLED两大难题（Mura），因此需要通过外部驱动电路感知像素的电学或光学特性然后进行补偿（De-mura），而由于De-mura编码整合进入驱动IC成本过高，因此需要外挂一颗8Mb（Full HD）或32Mb（QHD）的NOR Flash，目前为三星供应NOR的主要为台资厂商旺宏和华邦电，而旺宏是苹果独家供应商，一颗单价约为0.2-0.5美元，我们测算17/18年新市场空间1.90/2.4亿美元。（b）TDDI：TDII是将触控与显示驱动芯片集成。根据Synaptics，2017/2018年全球TDDI销量3.8/5.3亿颗，对应市场0.38/0.53亿美元。（c）eflash渗透率：在我们原先假设中，考虑到eFlash（嵌入式NOR）是趋势，因此18/19/20年按照20%/50%/70%假设eflash占比，但由于面积和成本，以及高低压制程不兼容（eflash运行在12V，而驱动IC运行在28V）等因素，我们进一步调低eflash 18/19/20比率至0%/5%/15%，同时假设17/18/19/20年NOR的平均价格涨幅为30%/10%/-10%/-10%，对应17/18/19/20年新增市场规模2.98/4.50/5.09/5.42亿美元（由于17年OLED用NOR一大增量来自于苹果新款手机，预计苹果机相对安卓机零部件价值量高，因此17年OLED用NOR相对16年实际提价假设43%）。

　　3市场未来预计维持二位数增长

　　在传统应用下滑趋势减缓，汽车、工控、AMOLED与TDDI等新应用强势拉动的背景下，预计17~2020年NOR Flash市场复合增长率15.74%，至2020年市场规模有望达到47.68亿美元。

　　中性预期下未来几年产能小幅稳健提升

　　从供给角度整体收缩，美光逐步退出市场，CYPRESS退出中低容量，台系与大陆厂商进行扩产。中性预期下我们预计17/18/19年全球NOR的产能在20.16/22.95/25.98万片/月，YOY分别为-5.81%/13.84%/13.22%。

　　美光已经停产其生产NOR的8寸产线，对应月产能2万片/月，而我们预计其另一条月产能1.2万片/月，生产汽车和工控产品的12寸线也有可能在未来几年退出。

　　另一方面，CYPRESS近期也宣布持续退出中低容量的NOR，转而专注汽车与工控领域。2017年的CYPRESS分析师见面会， CEO Hassane El-Khoury声明公司NOR的目标是维持毛利率在50%，而传统应用毛利率普遍在25%左右（兆易创新存储部分2016年毛利率25%；旺宏2016年毛利率24 %），因此公司将会专注于汽车与工控等高端市场。CYPRESS此前已经退出部分传统市场，对应8000万美元的市场规模，预计未来2-4年将会将其产能减少至50%以下。

　　根据Trend Force，2016年CYPRESS市占率25%，美光市占率18%，综合CYPRESS和美光信息，不考虑美光12寸线的退出，预计未来3-4年将会有12%~20%的供给空缺出现，且预计主要的产能收缩出现在头两年（尽管美光是出卖设备，但是预计如果是新的进入者接手设备，预计需要4年以上时间大规模达产，如果是市场传统玩家，也需要1年半以上时间）。而另一方面，***和大陆预计未来将会持续扩产，抢占市场。根据华邦电、旺宏、力晶等，台系大厂未来几年都有明确的扩产计划，其中力晶甚至会逐步将LCD驱动IC转移至合肥厂生产，空余产能生产NOR，最高产能高达2.4万片/月（12寸）。而对于大陆NOR扩产，我们持有谨慎关注态度，与竞争对手不同，国内NOR生产主要由代工厂生产，而NOR一般是毛利率最低的产品，代工厂一般不会主动加大NOR的产能，另一方面国内NOR大厂武汉新芯上游硅片受到日系厂商限制，预计今明两年对大陆NOR总供给产生影响。因此，综合以上信息，假定不存在新的进入者，中性预期下我们预计17/18/19年全球NOR的产能在20.16/22.95/25.98万片/月，YOY分别为-5.81%/13.84%/13.22%。

　　供不应求可能成为常态，缺口有望维持至19年

　　117年缺口13.40%，且有拉大趋势

　　将2016年作为供求平衡年，设为基数100，综合供需两方面因素，未来几年NOR Flash供不应求可能是一种常态，17年缺口预计13.40%，且有加大趋势。

　　2大陆存储雄心勃勃，不容忽视的不确定性

　　与海外不同的是，大陆的NOR Flash产业目前以Fabless为主，目前生产掌握在武汉新芯和中芯国际等晶圆厂手中，并且政府已经变成强势主导地位，一个可能的问题的是，国家平台（紫光系）或者地方平台（福建、合肥）未来是否会进入这个市场？倘若进入，对市场冲击几何？

　　我们的观点是预计国家或者地方平台不会进入该市场，即使进入，2020年前也可能不会改变供不应求的基本局面。首先，政府平台主要目标是在DRAM/NAND等主流市场实现国产替代，而不是进入大陆已经占有优势的NOR；其次，相对于动辄300亿美元的DRAM/NAND，NOR的市场太小了不足以容纳百亿美元以上投资的地方队和国家队，所以我们预计国家或地方平台不会进入该市场。倘若进入，预计19年大陆实现10万片/月的产能才能实现供求平衡，而16年产能45万片，17年由于硅片紧张预计产能收缩。因此我们认为即使考虑新的进入者或大陆扩产，在此情况下预计产能缺口仍将有望延续至2019年（对应于图9的虚线预测，19年达到平衡条件是大陆总产能达到9万片/月，预计对应17年~19年产能复合增长率69%）。

　　标的分析：推荐大陆与台系优质公司

　　从市场角度来看，旺宏、兆易创新等都将受益于行业变化。

　　1兆易创新（603986.SH）：A股唯一存储器标的，股价已跌至定增价

　　公司是三大确定性市场唯一标的。公司是大陆NOR Flash龙头，也是A股唯一存储标的，全球市占率7%；在MCU领域，公司定位32位MCU且业绩飞速提升；同时公司外延并购汽车芯片龙头ISSI。收购完成后，兆易创新成为了A股唯一纯正存储器设计公司、A股唯一汽车芯片领域公司，以及A股唯一经营高端MCU业务的公司。

　　公司作为A股NOR Flash龙头，预计深度受益涨价潮。公司过去几年业绩实现快速成长，13-16年归母净利润复合增长率37.98%，尤其是17Q1受益涨价归母净利同比增94.20%。作为大陆NOR Flash龙头，预计深度受益行业趋势变化。尤其是国内AMOLED产能预计在2018年开始逐渐放量，预计对应18/19年0.50/1.05亿美金的市场规模，而兆易创新作为国内最大的NOR供应商，供应容量偏小，有望拿到大部分市场。

　　目前市场对公司疑虑有二：（1）公司产能问题。而据我们了解产能问题已经解决，武汉新芯产能逐步转移至中芯国际，全年产能预计同比只增不减。（2）公司外延项目过会问题。公司本次收购是优质资产强强联合，并不涉及借壳上市。而且所涉及问题在预期内，预计过会概率相对较大。即使收购ISSI出现问题，我们预计公司17年净利润4.52亿元，对应PE（2017E） 是37.61倍，而目前封测企业平均估值31.44倍，作为轻资产的fabless，且NOR和MCU两大主业都保持较高增速的兆易创新，预计本身估值相对稳健。且公司股价跌至定增价，外延预期已经挤出，如果定增通过将成为较好买点。

　　风险提示。过会风险，业绩增长不及预期。

　　2旺宏（2337.TW）：12寸线爬坡价量齐升，SWTICH加持助ROM业绩反转

　　旺宏是非易失存储器台系龙头，是全球最大的NOR和ROM（只读存储器）供应商。公司成立于1989年，产品线以NOR，ROM，NAND和代工为主，其中NOR和ROM分别占公司16年营收58%和20%。公司一共有6寸（一厂）、8寸（二厂）、12寸（五厂），其中二厂与五厂以自产产品为主，一厂以代工PMIC和驱动芯片等为主。由于10年85亿台币购买竹科12寸晶圆厂折旧费庞大、NOR市场萎缩叠加价格下降， ROM业务受到任天堂3DS （2011发布） 和 WiiU （2012发布）低于预期等因素影响，公司过去几年处于亏损状态。

　　受益于公司12寸线产能爬坡，公司业绩提升明显，毛利率迅速恢复。过去几年公司12寸厂处于产能爬坡期，从2011年17.26亿新台币提升至128.32亿新台币。由于产能爬坡，公司毛利率大幅改善，16Q3业绩已经转亏为盈。

　　公司是NOR Flash龙头，市占率25%，必将深度受益行业趋势变化。公司16年成为全球NORFlash龙头，市占率高达25%。公司NOR业务下游应用以消费为主，汽车与工控业务增长迅速，从09年的不到3%一路提升至16年的20%，复合增长率达39.08%。

　　SWTICH加持助ROM业绩反转。SWTICH掌机超预期大卖，而公司是ROM和NOR独家供应商，预计18年SWTICH销量1800万套，截止2020年可以达到6500万套，4.9亿枚卡带（一枚卡带需要一枚ROM）。公司17Q1 ROM出货量大增，同比增800%。

　　风险提示。业绩增长不及预期。

　　3华邦电（2344.TW）：受益存储器涨价，业绩释放看新厂投产进度

　　华邦电成立于1987年9月，是***专业从事利基型内存IC设计、制造与销售公司，华邦电核心产品包含NOR Flash、利基型DRAM及移动随机存取内存（Mobile DRAM）。在NOR Flash领域，公司16年全球市占率达17%，是台系第二大龙头。

　　进入西门子供应链，汽车/工控业务占比持续提升。由于汽车/工控市场产品性能重于成本，长生命周期，高毛利率，高成长性等因素，该市场成为公司业务布局重点，16年该业务同比成长超20%，占比从2015年11%提升至18%。公司客户包括Bosh、大陆等全球龙头，今年公司顺利切入西门子供应链，营收与毛利率有望进一步提升。

　　公司新厂Fab C 17Q3投产，业绩释放看新厂投产进度。华邦电17Q3新厂开出，新厂主要用于DRAM制程转换（46nm转38nm），初期以利基型DRAM为主，最大产能1.5万片/月。考虑到此次是华邦电五年来首次制程微缩，以及新厂产能投放进度，预计公司近两年业绩将很大取决于新厂投产进度，中长期有力提升公司竞争实力。

　　结语

　　关于NOR Flash的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

相关阅读推荐：详细剖析NorFlash和NandFlash的区别

相关阅读推荐：NAND flash和NOR flash的区别详解