中國半導體存儲器市場前景

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

關鍵詞：存儲器;市場;DRAM;Flash

　　目前“供給側結構改革”是國內討論比較多的話題，從供需角度來看，無疑國內芯片市場是結構最不平衡的市場之一。每年國內電子整機的產量以數十億部/臺計，形成了千億美元級的芯片市場。但滿足國內需求的供給中只有很少一部分是由國內芯片企業提供的，其中大部分依賴進口，在進口的集成電路產品中有三大類占據了主導地位，即CPU、半導體存儲器和可編程邏輯器件。這三類產品有一個共同特點：技術復雜度高、通用性強，市場規模大，可以統稱為高端通用芯片。如果我國芯片企業在這三個方向上，在任何一個領域能夠取得研發突破和規模化應用，對我國集成電路產業的發展，都具有非常重大的意義。

1 存儲器芯片概述

　　存儲芯片是應用面最廣的基礎性通用集成電路產品，主要用于存儲程序代碼和數據。目前市場規模占全球半導體市場的比例約為24%，占集成電路市場的比例接近40%。存儲芯片產能和資本支出占半導體行業的近1/3，在產業中占有極為重要的地位。

1.1 產品類型

　　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，實現對程序和數據的處理。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展趨勢，存儲芯片的容量需要盡可能的大。在產品成本等約束條件下，最終產品形態不得不在這兩類需求中尋求技術平衡，最終形成目前兩類主流的存儲芯片產品：

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

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

　　同時，盡管Flash速度比傳統機械硬盤快，但仍舊遠低于DRAM產品，兩類產品間存在著巨大的“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在進行研發，希望能夠形成新的量產產品類型，填補這一空白。

　　目前來看，FeRAM(鐵電存儲)、PCM(相變存儲)、MRAM和STT-RAM(磁存儲)技術初步成熟并有商業產品出現。相應公司如表1所示。

1.2 產業特征

　　在存儲芯片領域已形成以成本為導向的產業競爭格局。首先，存儲芯片廠商為了保持成本競爭力，必須持續地、高強度地投入工藝研發和制造。這里主要影響因素有三點：

　　1.采用先進工藝降低成本

　　從半導體制造工藝的發展來看，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的產品結構相對簡單，存儲器廠商一般都會先用DRAM進行工藝驗證，因此，DRAM和Flash的工藝通常領先于代工廠的邏輯工藝。

　　2. 擴充產能，形成規模效益

　　為了降低成本，實現規模效益，生產商還盡力擴大每個工廠的產能，三星、SK Hynix、Micron、東芝等廠商的晶園廠的月產能一般在10萬片以上，且都是12英寸生產線。

　　3. 產業鏈整合，形成協同效益

　　存儲芯片企業大多以IDM形態存在。存儲器行業發展需要技術和代工相結合的發展模式，使得產業鏈條趨于完善，關鍵節點不受制約，利用協同效益降低成本。

　　先進工藝加上大產能，由此導致的結果就是后進入的存儲芯片廠商為了保持競爭力，必須持續地高強度投入大量資本形成產品優勢。

　　其次，存儲芯片行業波動要大于邏輯芯片的行業波動以及芯片整體的行業波動。由于廠商追求規模效益，在產能擴充上會比邏輯IC類廠商更為激進。又由于宏觀經濟周期的天然存在，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

　　隨著計算和應用模式的改變，存儲器的市場也在發生變化。PC和互聯網時代，微型計算機是消耗DRAM存儲器的主要產品。進入移動互聯網時代，手機等移動終端已經成為極為重要的計算平臺，消耗的低功耗DRAM已經超過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，高端手機的內存已經達到3GB。為了存儲語音、視頻和圖片，并通過社交網絡進行分享，同時通過內置存儲容量的大小拉開產品檔次，提高利潤率，手機廠商在智能手機里安裝的內置存儲器容量快速增長，主流手機已經達到32GB。同時，電子信息產業向服務化方向的轉變愈加顯著。以上因素，推動服務器市場、云計算市場和云存儲市場快速增長，對半導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，但對各種產品的需求是不一樣的(見表2的存儲器市場統計及預測)。

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

　　從應用市場看，2014年的市場規模為460.9億美元，PC、服務器和移動設備中消耗的DRAM占了整個DRAM市場的85%。預計到2020年，該三大應用占比仍將維持在88%。計算機DRAM消耗量小幅增加，2014-2020年的CAGR(年均增長率)為8%;受云計算等應用拉動，服務器DRAM消耗量大幅增加，2014-2020年的CAGR為36%;智能移動終端對于DRAM的需求持續增加，2014-2020年的CAGR為38%。手機已經逐步取代PC成為DRAM的主要需求，2014年二者占比預計就將持平，2015年手機DRAM需求將超過PC需求。

2.2 市場供給

　　1.DRAM供應

　　目前，DRAM領域已經形成三星、SK Hynix、美光三巨頭壟斷的局面。三大DRAM巨頭在現有的供需格局下容易獲利，對過去由于競相擴產而導致的巨額虧損保持慎重，擴產意愿不強，已經達成某種程度上的不擴產默契。臺灣DRAM廠商規模相對較小，無法與前三強競爭，大多數已經轉型為存儲器代工廠或主攻部分細分市場。

　　DRAM和Flash均屬于標準的通用型產品，較難實現差異化，器件結構和電路設計相對也比較簡單，因此競爭的焦點集中在單位存儲容量的成本上。

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

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

　　另外，半導體行業的波動比整體經濟的波動大，存儲器行業由于競爭更激烈，市場波動也更大，如DRAM經常處于暴漲暴跌中，企業在行業低迷期往往出現巨額虧損，導致部分企業無法持續運營而破產或被收購，所以DRAM產業持續處于整合與并購中。

　　2.Flash供應

　　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，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存儲器在結構上的限制，繼續減小線寬，提高密度的難度非常大，三星等廠商已經開始量產3D NAND Flash，使NAND Flash價格較平面結構的Flash產品低很多。2D NAND Flash產品的出貨量將從2015年開始以每年17.1%的速度快速下降，3D NAND Flash產品的出貨量將以200%的年均復合增長率遞增，在2017年達到占有NAND Flash總量的65%的水平。未來3D NAND Flash產品將逐漸取代傳統的2D NAND Flash產品，成為NAND Flash主流產品。

　　從產能看，全球Flash晶圓產能呈明顯上升趨勢。各廠商看好未來市場，紛紛擴大產能。三星電子的西安廠2014年5月落成啟用，投入3D NAND Flash生產，規劃月產能10萬片，并考慮在西安建設新廠房;東芝的Fab5第二期落成，2015年一季度量產3D NAND Flash，Fab2舊廠改造，2016年量產3D NAND Flash，另考慮興建一座NAND新廠，目標在2017年度量產;SK海力士的16nm Flash在2014年二季度量產;美光新加坡Fab 7工廠，從DRAM生產轉換至NAND Flash，月產能達到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品制造基地，PC和手機產量均居全球首位。這兩種產品也是目前消耗存儲器最多的主流產品。據市場研究機構數據，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市場。

　　與此同時，國內存儲芯片供給側主要依賴進口。從市場數據看，目前將近200億美元的國內需求里只有不到10%的份額是由國內芯片企業供貨。從供應商角度看，根據我們自有的產業數據庫中，歷年來市場表現較好的存儲芯片企業只有山東華芯和北京兆易創新兩家，而單以銷售量排行的中國十大芯片設計企業中，近十年來從無存儲芯片企業上榜，這與潛在的市場規模形成巨大反差。

　　不論從國家安全戰略還是從市場規模，中國都應當掌控存儲芯片的產業鏈。目前為解決這一問題，國家正在逐步啟動對存儲芯片產業以及相關上下游產業鏈環節的投資布局。

參考文獻：

　　[1]移動產品牽引移動存儲器,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。