一款革命性的Arm处理器
来源：内容由半导体行业观察（ID:icbank）编译自「nature」，谢谢。
摘要a,SoC架构，显示了内部结构、处理器和系统外设。处理器包含一个32位的Arm Cortex-M CPU和一个嵌套向量中断控制器(NVIC)，并通过互连结构(AHB-LITE)连接到它的内存。最后，外部总线接口提供了通用输入输出(GPIO)接口，用于芯片外与测试框架通信。
b，与Arm Cortex-M0+CPU相比，PlasticARM使用的CPU的特点。这两个cpu都完全支持Armv6-M架构，32位地址和数据能力，以及来自整个16位Thumb和32位Thumb指令集架构的一个子集的86条指令。CPU微架构具有两级流水线。寄存器在Cortex-M0+的CPU中，但在PlasticARM中，寄存器被移动到SoC中的基于锁存的RAM中，以节省Cortex-M的CPU区域。最后，两个CPU之间以及与同一体系结构家族中的其他CPU之间都是二进制兼容的。
c，PlasticARM的模具布局，，表示Cortex-M处理器、ROM和RAM等白框中的关键块。
d，PlasticARM的模具显微图，显示模具和核心区域的尺寸。
该处理器完全支持Armv6-M指令集架构，这意味着为Cortex-M0+处理器生成的代码也将在其派生的处理器上运行。处理器包括CPU和一个与CPU紧密耦合的嵌套向量中断控制器(NVIC)，处理来自外部设备的中断。SoC的其余部分包括存储器（ROM/RAM）、AHB-LITE互连结构（高级高性能总线（AHB）规范的一个子集）和将存储器连接到处理器的接口逻辑，以及用于控制两个通用输入输出（GPIO）引脚进行片外通信的外部总线接口。ROM包含456字节的系统代码和测试程序，并已实现为组合逻辑。128字节的RAM已经实现为一个基于锁存的寄存器文件，主要用作堆栈。上图b显示了PlasticARM中使用的Cortex-M与Arm Cortex-M0+的比较。虽然PlasticARM中的Cortex-M处理器不是一个标准产品，但它实现了支持16位Thumb和32位Thumb指令集架构的一个子集的Armv6-M架构，因此它与同一架构家族中的所有Cortex-M类处理器(包括Cortex-M0+)都是二进制兼容的。PlasticARM中的Cortex-M和Cortex-M0+之间的关键区别在于，我们将SoC中RAM的特定部分分配给CPU寄存器（约64字节），并将它们从CPU移动到PlasticARM中Cortex-M中的RAM，而Cortex-M0+中的寄存器仍保留在其CPU中。通过消除CPU中的寄存器，并使用现有RAM作为寄存器空间，以较慢的寄存器访问为代价，实现了CPU面积的大幅缩减（约3倍）。结果
PlasticARM采用PragmatIC的0.8μm工艺，采用工业标准芯片实现工具。为了实现PlasticARM FlexIC，我们开发了工艺设计工具包、标准单元库和器件/电路模拟。上图c显示了FlexIC布局，其中划分了Cortex-M处理器、RAM和ROM。实现方法的细节可以在Methods中找到。PlasticARM是使用商业的“fab-in-a-box”生产线FlexLogIC制作的，其芯片显微照片如上图d所示。该工艺使用基于IGZO的n型金属氧化物TFT技术，并在直径为200 mm的聚酰亚胺晶圆上生成FlexIC设计。IGZO TFT电路是使用传统的半导体加工设备制成的，该设备适用于在厚度小于30μm的柔性(聚酰亚胺)衬底上生产器件。其通道长度为0.8μm，最小供电电压为3v。n型金属氧化物薄膜技术的设计面临着许多相同的挑战，这些挑战影响了20世纪70年代和80年代初第一代硅（负沟道金属氧化物半导体，NMOS）技术的复杂性和产量，特别是低噪声容限、高功耗和大的工艺变化。制造方法的细节可以在“方法”中找到。我们报道了一种功能齐全的弹性塑料臂这已经通过在制造之前运行预编程（硬连线）到ROM中的三个测试程序来证明。尽管测试程序是从ROM执行的，但这不是系统的要求；它简化了PlasticARM的测试设置。当前的ROM实现不允许在制造之后改变或更新程序代码，尽管这在将来的实现中是可能的（例如，通过可编程ROM）。测试程序的编写方式使得指令执行CPU内部的所有功能单元，如算术逻辑单元、加载/存储单元和分支单元，并使用设置为“cortex-m0plus”的CPU标志，使用armcc编译器进行编译。测试程序的流程图和详细描述如图2所示。当每个测试程序完成其执行时，测试程序的结果通过输出GPIO pin-off芯片传输到测试框架。a,一个简单的累加程序从ROM中读取值并将它们相加。如果总和与预期值匹配，则会向测试仪读取的GPIO输出引脚发送确认信号。该测试使用加载、添加、比较和分支指令。
b，一组32位整数值被即时写入RAM并在检查读取值与预期值的同时将它们读回。如果所有写入的值都被正确读取，则会向GPIO输出引脚发送确认信号。该测试使用加载、存储、添加、移位、逻辑、比较和分支指令。
c,从测试仪通过GPIO输入引脚连续读取一个值。该值被一个常量值屏蔽。如果屏蔽结果为1，则计数器递增。如果为0，则计数器复位。如果计数器值等于预期值，则会向GPIO输出引脚发送确认信号。该测试使用加载、存储、添加、逻辑、比较和分支指令。斜体字表示测试程序中的变量；粗体和大写的术语是引脚和存储。
众所周知，IGZO TFT可以弯曲到3毫米的曲率半径而不会损坏，PragmatIC还通过将其自己的电路反复弯曲到这个曲率半径来验证这一点。然而，所有PlasticARM测量都是在柔性晶圆保留在其玻璃载体上的情况下进行的，使用位于Arm Ltd的标准晶圆测试设备，在室温下进行。PlasticARM的测量结果与其模拟结果进行了验证。测量设置、结果及其对模拟的验证的详细信息可以在方法中找到。表1显示了PlasticARM的实现和测量的电路特性，并与以前使用金属氧化物TFTs构建的最佳天然柔性集成电路进行了比较。PlasticARM的面积为59.2 mm 2（无焊盘），并包含56340个器件（n型TFT加电阻）或18334个NAND2等效门，至少比之前最好的集成电路（即二进制神经网络(BNN)FlexIC）高出12倍。微处理器的时钟频率最高可达29 kHz，功耗仅为21 mW，主要是(>99%)静态功耗，其中处理器占45%，存储器占33%，外设占22%。SoC使用28个引脚，包括时钟、复位、GPIO、电源和其他调试引脚。此设计中没有使用专门的静电放电缓解技术。相反，所有输入都包含140pF电容器，而所有输出都由带有有源上拉晶体管的输出驱动器驱动。结论
我们报道了一种柔性32位微处理器PlasticARM，采用0.8μm金属氧化物TFT技术制作。我们已经演示了一个SoC的功能，它有一个32位Arm处理器制作在一个灵活的衬底上。它可以利用现有的软件/工具支持(比如编译器)，因为它与Armv6-M架构中的Arm Cortex-M类处理器兼容，所以不需要开发软件工具链。最后，据我们所知，它是目前为止用金属氧化物tft制作的最复杂的柔性集成电路，包含超过18000个栅极，至少比以前最好的集成电路高12倍。我们设想，PlasticARM将率先开发低成本、完全灵活的智能集成系统，使“万物互联”成为可能，包括在未来10年将超过一万亿无生命物体集成到数字世界中。为日常用品提供超薄、兼容、低成本、天生灵活的微处理器将带来创新，从而带来各种研究和商业机会。方法
执行
为了充分利用现代集成电路设计流程提供的高度自动化、快速周转实现和验证，我们开发了一个小型标准单元库。标准单元库是一些小的预先验证构建块的集合，使用复杂的电子设计自动化工具，如合成、放置和布线，可以快速而轻松地构建更大更复杂的设计。在开始实施标准单元库之前，先进行了一些初步调查，以便在目标技术的限制下确定最适合该库的标准单元架构。单元架构是库中每个单元共有的一组特征，例如单元高度、电源带尺寸、布线网格等，它们允许单元以标准方式咬合在一起以形成更大的结构。这些共同特征主要受制造过程的设计规则支配，但也受最终设计的性能和面积要求的影响。一旦建立了单元架构，下一步就是确定单元库的内容，不仅要考虑各种逻辑功能，还要确定每个逻辑功能的驱动强度变体的数量。由于设计、实施和表征每个标准单元所涉及的工作量很大，因此决定使用小型原型库进行一些试验，然后根据需要扩展库。为了评估这个小型原型标准单元库的性能，实施、制造和测试了一些简单的代表性电路（例如环形振荡器、计数器和移位阵列）。我们从1.0-μm设计规则迁移到新的FlexIC 0.8-μm设计规则以减少面积，从而提高产量。由于这意味着用更小的晶体管重新绘制库中的每个单元，我们也借此机会更改了标准单元架构，以包括MT1（金属跟踪1）引脚，以便路由器更容易连接单元。电阻材料的改进（更高的薄层电阻，R s）也使电阻器的尺寸减小了3倍。晶体管和电阻器尺寸的显着减小使大多数单元的面积减少了约50%（参见扩展数据图1），这反过来又通过降低设计的整体尺寸提高了制造良率。但是，由于仍然存在制造良率问题，我们可以通过更改标准单元架构来进一步缓解这些问题，因此再次重新绘制了该库。这一次，我们专注于可以提高最终设计整体良率的事情，例如包含冗余过孔和触点、减少源极-漏极多边形中的顶点数量（如果可能）以及将堆叠晶体管的尺寸保持在最低限度。此外，我们恢复到较低的薄层电阻以改善工艺扩展，但我们能够通过使用更窄的电阻器来保持面积节省。为了提高逻辑综合的整体质量，库中添加了许多复杂的AND-OR-INVERT和OR-AND-INVERT逻辑门以及一些高驱动强度的简单逻辑门，例如NAND2_X2和NOR2_X2。FlexLogIC工艺是NMOS工艺，因此依赖电阻负载将单元输出拉向电源以驱动逻辑1。因此，单元输出上升时间比下降时间慢得多，而且这种不对称性会影响性能，尤其是对于重载网络。为了改善关键网络（例如时钟）的时序，我们添加了带有有源晶体管上拉的缓冲器。虽然这些有源上拉增加了少量的面积，但它们确实具有降低静态功耗的额外好处。具有上拉电阻和有源晶体管上拉的缓冲器的布局和模拟传输特性如图2所示。这个简单的标准单元库随后被成功用作目标技术，使用基于行业标准电子设计自动化工具的典型集成电路设计流程来实现PlasticARM SoC。扩展数据表1显示了标准单元库内容和单元使用信息。由于我们还没有专用的静态随机存取存储器FlexIC，我们通过将一些修改过的标准单元小心地放置在一个平铺的阵列中，通过邻接连接形成一个32×32位的存储器（这个块可以在图1c中的芯片布局）。FlexLogIC技术(见扩展数据表2)有四个可路由的金属层，其中只有较低的两层在标准单元内使用。这使得最上面的两层金属层可以用于标准电池之间的互连，然后可以在相邻电池的顶部进行路由，从而大大提高了总体栅极密度，约为每平方毫米300个栅极。制造
扩展数据表2中总结了工艺参数和TFT参数的统计变化.FlexLogIC是一种专有的200毫米晶圆半导体制造工艺，可创建金属氧化物薄膜晶体管和电阻器的图案层，根据FlexIC设计将四个可布线（无金）金属层沉积在柔性聚酰亚胺基板上。FlexIC设计的重复实例是通过运行多个薄膜材料沉积、图案化和蚀刻序列来实现的。为了便于操作并允许使用行业标准工艺工具并实现亚微米图案化特征（低至0.8μm），柔性聚酰亚胺基板在生产开始时旋涂到玻璃上。该工艺已经过优化，以确保在20毫米的横向距离内厚度变化基本上小于3%。薄膜材料沉积是通过物理气相沉积、原子层沉积和溶液处理（例如旋涂）的组合实现的。基板处理条件已经过精心优化，以最大限度地减少薄膜应力和基板弯曲。使用光刻5倍步进器工具实现特征图案化，该工具对在200毫米直径晶圆上的多个实例重复的镜头进行成像。每个镜头都是单独聚焦的，这进一步补偿了旋铸薄膜内的任何厚度变化。技术测量是使用过程控制监控结构进行的。使用光刻5倍步进器工具实现特征图案化，该工具对在200毫米直径晶圆上的多个实例重复的镜头进行成像。每个镜头都是单独聚焦的，这进一步补偿了旋铸薄膜内的任何厚度变化。技术测量是使用过程控制监控结构进行的。使用光刻5倍步进器工具实现特征图案化，该工具对在200毫米直径晶圆上的多个实例重复的镜头进行成像。每个镜头都是单独聚焦的，这进一步补偿了旋铸薄膜内的任何厚度变化。技术测量是使用过程控制监控结构进行的。模拟、测试和验证
我们使用测试测量设置捕获了功能性PlasticARM FlexIC的时序特性，并将测量结果与其寄存器传输级(RTL)仿真的结果进行比较，以验证功能。RTL仿真如图3所示。它首先将RESET输入设置为“0”，将PlasticARM重置为已知状态。然后RESET设为'1'，处理器从重置状态释放，开始从ROM执行代码。首先，GPIO[0]输出引脚被切换一次，然后执行如图2所示的三个测试。在第一个测试中，从ROM中读取数据并将其添加到累加器中，并与期望值进行比较(见图2a)。如果值匹配，将两个脉冲的短脉冲发送到GPIO[0]，如图3a扩展数据所示。如果值不同，扩展数据图3b中GPIO[0]上脉冲的周期和占空比会增加。在第二个测试中(图2b)，将数据写入RAM，读回并进行比较。如果数据在从RAM中写入或读取时没有损坏，则3个脉冲的短脉冲发送到GPIO[0]，如图3a中的扩展数据所示。如果数据被破坏，GPIO[0]上脉冲的周期和占空比会像以前一样增加。在最后的测试中(图2c)，处理器进入一个无限循环并测量GPIO输入引脚[1]上应用'1'的时间。如果GPIO[1]保持在'1'而没有任何故障，GPIO[0]从'0'变为'1'。PlasticARM的时钟频率为20khz。由于它不使用任何计时器，软件中选择了一个值来表示GPIO[1]信号在20khz工作时保持在'1'约1秒。在扩展数据图3a的模拟中，该值对应于20,459个时钟周期，在20 kHz时产生1.02295 s。制造完成后，PlasticARM在晶圆探针台上进行测试，同时仍连接到玻璃载体上。包括时钟信号在内的输入信号是使用Xilinx的ZC702 FPGA评估板在外部生成的。输入和输出信号都是使用Saleae Logic Pro 16逻辑分析仪捕获的。测量在3 V和4.5 V下进行，具有不同的时钟频率。扩展数据图4显示了电源设置为3 V和时钟频率为20 kHz的实验。ZC702 I/O电压将输入和输出限制为2.5 V。测量数据波形显示在扩展数据图4a中，与扩展数据图3a中所有三个测试的RTL仿真中的波形相匹配.PlasticARM在3 V时最高可达29 kHz，在4.5 V时最高可达40 kHz。数据可用性 在测试和验证中生成波形的数据可根据要求从相应的作者处获得。代码可用性 三个验证PlasticARM的测试程序的代码可向相应作者索取。★ 点击文末【阅读原文】，可查看本文原文链接！
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晶圆｜集成电路｜设备｜汽车芯片｜存储｜MLCC｜英伟达｜模拟芯片
原文链接！存储芯片行业深度报告：长期高成长赛道，本土厂商有望崛起
（报告出品方/作者：中信建投证券，刘双锋，章合坤）
一、存储芯片：现代信息存储媒介
1.1 半导体存储：主流存储媒介，DRAM 和 NAND 为其核心构成
早期信息存储以纸张、磁性媒介为主。早期的信息存储主要依靠纸张，1725 年法国人发明了打孔卡 和打孔纸带，这是最早的机械化信息存储形式。1928 年磁带问世，磁性存储时代开始，随后在 1932 年， 硬盘驱动器前身即磁鼓内存问世，存储容量约 62.5 千字节。1936 年，世界上第一台电子数字计算机诞生， 使用真空二极管处理二进制数据，使用再生电容磁鼓存储器存储数据，但体积庞大。1946 年，第一个随 机存取数字存储器诞生，存储容量 4000 字节，因体积过大后来被 1956 年 IBM 发明的硬盘驱动器（HDD） 替代。随后，1965 年只读式光盘存储器（光盘，CD-ROM）普及。
半导体存储技术发展已有半个世纪。1966 年动态随机存取存储器（DRAM）问世，存储器进入半导 体时代，最早单颗裸片（Die）容量为 1kb，如今已达 16Gb 及以上。直到 1980 年，东芝发明了闪存 （Flash），此后 90 年代，先后出现了 USB、SD 卡等多种 Flash 应用。2008 年，3D NAND 技术萌芽，到 2014 年正式商用量产。由此看，半导体存储器发展已有 55 年，其中 DRAM 发展已有 55 年，Flash 发展 已有 40 年，由于 2D NAND 和 3D NAND 技术差别巨大，实际上 3D NAND 发展历史仅仅十余年，技术成 熟度远不如 DRAM。
半导体存储器又称存储芯片，是以半导体电路作为存储媒介的存储器，用于保存二进制数据的记忆 设备，是现代数字系统的重要组成部分。半导体存储器具有体积小、存储速度快等特点，广泛应用服务 器、PC、智能手机、汽车、物联网、移动存储等领域。根据存储原理的不同，半导体存储器可分为随机 存储器（RAM）和只读存储器（ROM）：
（1）随机存储器（RAM）。与 CPU 直接交换数据的内部存储器。可随时读写且速度快，断电后存储 数据丢失，是易失性存储器。RAM 又可进一步细分为动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存 储器（SRAM）。DRAM 用作内存，需求量远高于 SRAM。SRAM 速度很快但成本高，一般用于作 CPU 的高 速缓存。
（2）只读存储器（ROM）。只能读取事先存储的信息的存储器。断电后所存数据不会丢失，根据可 编程、可抹除功能，ROM 可分为 PROM、EPROM、OTPROM、EEPROM 和 Flash 等。Flash 是当前主流 的存储器，具备电子可擦除可编程的性能，能够快速读取数据而且断电时不会丢失数据，往往与 DRAM 搭配使用。Flash 可进一步细分为 NAND Flash 和 NOR Flash：NAND Flash 写入和擦除的速度快，存储密度 高，容量大，但不能直接运行 NAND Flash 上的代码，适用于高容量数据的存储。NOR Flash 的优势是芯片内 执行——无需系统 RAM 就可直接运行 NOR Flash 里面的代码，容量较小，一般为 1Mb-2Gb。
DRAM 和 NAND Flash 为最重要的两类存储芯片。按照市场规模计算，DRAM 约占存储器市场 53%， NAND Flash 约占 45%，二者份额合计达 98%，为存储器市场主要构成产品。
1.2 发展趋势：DRAM 聚焦制程迭代，NAND 聚焦 3D 堆叠
1.2.1 DRAM：向高性能和低功耗发展，3D 堆叠、先进工艺、EUV 等是未来趋势
DRAM 的工作原理是利用电容内存储电荷的多寡来代表一个二进制比特（bit），具备运算速度快、掉 电后数据丢失的特点，常应用于系统硬件的运行内存，主要应用于服务器、PC 和手机等。在结构升级方 面，DRAM 分为同步和异步两种，两者区别在于读/写时钟与 CPU 时钟不同。传统的 DRAM 为异步 DRAM，已经被淘汰，SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存储器）为 DRAM 的一种升级，读/ 写时钟与 CPU 时钟严格同步，主要包括 DDR、LPDDR、GDDR、HBM 等：
（1）DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM，双信道同步动态随机存取内存）可以在一个时钟读 写两次数据，使得传输数据加倍，目前已发展到第五代，每一代升级都伴随传输速度的提升以及工作电 压的下降。根据 Yole 预测，随着 DDR5 的上市，市场将快速进行产品升级换代，预计 2025 年 DDR5 的份 额将接近 80%。
（2）LPDDR（Low Power DDR，低功耗双信道同步动态随机存取内存）通过与处理器紧邻（焊接 在主机板上而非插入或以封装层叠技术直接堆在处理器上方）、减少通道宽度以及其他一些牺牲部分反应 时间的方法来降低体积和功耗。LPDDR 内存多用于智能手机、笔记本、新能源车上，而 DDR 多用于服 务器、台式机、普通笔记本上。
（3）GDDR（Graphics DDR，绘图用双信道同步动态随机存取内存）为专门适配高端绘图显卡而特 别设计的高性能 DDR 储存器。GDDR 与一般 DDR 不能共用，时钟频率更高，发热量更小，一般用于电 竞终端和工作站。
高性能和低功耗是性能升级的两大主要趋势。一般来说，绘图用 DRAM 数据传输速度高于计算机用 DRAM，计算机用 DRAM 高于手机用 DRAM。近年来，各类 DRAM 更新迭代快速，高性能和低功耗是 两大主要趋势，目前 DDR、LPDDR、GDDR 已发展至第 5~6 代，较前一代传输速率大幅提升，功耗大幅 度降低。手机 DRAM 方面，目前业内已量产 LDDR5；计算机用 DRAM 方面，目前已演进至 DDR5；绘 图用 DRAM 方面，最新一代的 GDDR6 已商用数年。
从 2D 架构转向 3D 架构演变可能是未来 DRAM 的技术趋势之一。2D DRAM 内存单元数组与内存逻 辑电路分占两侧，3D DRAM 则是将内存单元数组堆栈在内存逻辑电路的上方，因此裸晶尺寸会变得比较 小，每片晶圆的裸晶产出量会更多，意味着 3D DRAM 在成本上具备优势。
DRAM 从 2D 架构转向 3D 架构演变的典型产品为 HBM。HBM（High Bandwidth Memory，高带宽 储存器）是 AMD 和 SK 海力士推出的一种基于 3D 堆栈工艺的高性能 DRAM，适用于高储存器带宽需求 的应用场合，如图形处理器、网络交换及转发设备（交换机、路由器）等。HBM 与 GDDR 都与 GPU 紧 密整合，但 HBM 的位置不在 GPU 旁，而是在连接 GPU 与逻辑电路的中介层上。这些 DRAM 芯片具有 大量的硅通孔（TSV），连接 HBM 内的各个芯片，以及其底部的逻辑芯片。因此，DRAM 颗粒可以相互 堆叠，使得芯片在垂直面上能实现小面积和高容量。
DRAM 工艺制程演进至 10+nm，将继续向 10nm 逼近。DRAM 的制程接近 10nm，各厂家都处于 10nm+阶段。业界命名 DRAM 前三代 10nm+制程分别为 1X（16-19nm）、1Y（14-16nm）、1Z（12-14nm）。 行业龙头三星电子、SK 海力士和美光在 2016~2017 年期间进入 1X nm 阶段，2018~2019 年进入 1Y nm阶 段，2020 年后进入 1Z nm 阶段。最新的 1αnm 仍处于 10+nm 阶段，三星于 2020 年 3 月率先完成技术开发， 美光和海力士紧随其后，各家大厂将继续向 10nm 逼近。
光刻技术由 DUV 转向 EUV。目前 DRAM 使用最为成熟的光刻技术是 193nm 的 DUV 光刻机，EUV 光刻机使用 13.5nm 波长，可通过减少光罩次数来进一步压低成本，提高精度和产能。在工艺制程达到 14nm 后，采用 EUV 的经济性开始显现，而 DUV 需使用多重曝光（SAQP）技术才能形成更细线宽的电 路，因此成本上处于劣势。目前 DRAM 厂商仍可通过工艺改进使用 DUV 生产 10+nm DRAM，未来 DRAM 生产转向 EUV 将是必然。三星、SK 海力士分别于 2020 年和 2021 年引入 EUV 技术来制造 DRAM， 美光预计在 2024 年生产基于 EUV 的 DRAM。目前 EUV 经济效益低于 DUV，但 EUV 将带来更简化的流 程，且成本会随着工艺完善而不断降低。
1.2.2 NAND：3D NAND 商用时间短，高密度存储、3D 堆叠是未来趋势
20 世纪 80 年代，2D NAND 技术诞生并商业化，闪存行业获得高速发展。1967 年，Dawonhng 和 Simon S 共同发明了浮栅 MOSFET，这是所有闪存、EEPROM 和 EPROM 的基础。1984 年，闪存之父 Fujio Masuoka 代表东芝在 IEEE 1984 综合电子设备大会上正式介绍了闪存。1986 年，英特尔推出了闪存 卡概念，成立了 SSD 部门。1987 年，Masuoka 发明 2D NAND，此后，英特尔、三星电子和东芝先后推 出 2D NAND 产品。90 年代初，闪存市场迅速扩张，1991 年产值仅 1.7 亿美元，1995 年达到 18 亿美元, 复合增速达 80%。2001 年，东芝与闪迪宣布推出 1GB MLC NAND。2004 年，基于同等密度，NAND 的 价格首次降至 DRAM 之下，成本效应将闪存带入计算领域。
3D NAND 于 2014 年开始商业化量产，主流厂商基本实现产品转换。2007 年，东芝最早推出 BiCS 类型的 3D NAND。2013 年三星推出第一代 V-NAND 类型的 3D NAND。2014 年，SanDisk 和东芝宣布推 出 3D NAND 生产设备，三星率先发售 32 层 MLC 3D V-NAND，至此 3D NAND 市场开始快速扩张。
3D NAND 存储单元向 TLC、QLC 等高密度存储演进。NAND Flash 根据存储单元密度可分为 SLC、 MLC、TLC、QLC 等，对应 1 个存储单元分别可存放 1、2、3 和 4bit 的数据。存储单元密度越大，寿命 越短、速度越慢，但容量越大、成本越低。目前 NAND Flash 以 TLC 为主，QLC 比重在逐步提高。
3D 堆叠大幅提升容量，相同单元密度下寿命较 2D 结构延长。3D NAND 是一项革命性的新技术，首 先重新构建了存储单元的结构，并将存储单元堆叠起来。3D NAND 带来的变化有：（1）总体容量大幅提 升；（2）单位面积容量提高。对于特定容量的芯片，3D NAND 所需制程比 2D NAND 要低得多（更大线 宽），因而可以有效抑制干扰，保存更多的电量，稳定性增强，例如同为 TLC 的 3D NAND 寿命较 2D NAND 延长。
工艺制程演进相对缓慢，3D 堆叠层数增长迅速。从 2014 年到 2020 年，各家厂商 3D NAND 堆叠层 数从 32 层增长至 128 层，大致 3 年层数翻一倍，而工艺制程在 2D NAND 时期就达到 19nm，转换成 3D NAND 工艺制程倒退至 20-40nm，而后又逐步往更高制程演进，制程演进相对逻辑芯片较慢。从各厂商 的技术蓝图来看，NAND Flash 堆叠层数预计在 2022 年将达到 2XX 层，而工艺制程则可能停留在 20- 19nm 左右。
堆叠层数仍有较大提升空间。按照 SK 海力士的预测，3D NAND 在发展到层数超过 600 层的阶段时 才会遇到瓶颈，目前市场上主流产品低于 200 层，未来技术升级空间较大。
主流厂商基本实现从 2D NAND 到 3D NAND 的产品转换，三星电子领先 1-2 年。从 2014 年 3D NAND 量产开始，到 2018 年主要 NAND 厂商基本完成从 2D 到 3D 的产品转换。2018 年 NAND Flash 厂 商三星电子、东芝/西部数据、美光、英特尔等原厂的 3D NAND 生产比重己超过 80%，美光甚至达到 90%。目前，各家厂家已实现 128 层（铠侠和西部数据是 112 层）的量产，176 层正成为主流，2XX 层以 上的研发和量产正在推进，其中三星研发进度最为领先，比其他厂商领先 1-2 年。
1.3 新兴技术：市场应用有限，尚无法构成实质性替代
除 DRAM 和 NAND Flash 以外，NOR Flash 近年来受到越来越多的关注。
NOR Flash 制程迭代重启，向 55/40nm 节点推进。1988 年，Intel 推出第一款 NOR Flash 商用产品， 制程 1.5um，2005 年 Intel 推出 65nm 产品。然而，受市场萎缩的影响，NOR Flash 制程进展长期停滞。但 近年来随着可穿戴设备、AMOLED/TDDI 和汽车电子等需求增长，NOR Flash 行业自 2016 年以来恢复增 长。目前高密度 NOR Flash 产品的主流工艺从 65nm 节点向 55nm/40nm 节点推进，而低密度 NOR Flash 产品仍在以 65nm 及以上节点制造。
SPI 接口 NOR Flash 为主流，具有体积小、功耗低、成本低和速率高等优点。NOR Flash 主要有两种 传输接口：SPI（串行外设接口）和 I2C（并行存取接口）。相比于 I2C，SPI 仅需 6 个信号便可实现控制 器和存储器之间的通信，减少了设计复杂性，缩小了电路板面积，降低了功耗和系统总成本。SPI 传输速 度一般为几十 Mbps，而 I2C 的传输速率一般在 400Kbps。使用 SPI 技术的 NOR Flash 一般被称为 SPI NOR Flash，而使用 I2C 的被称为 Parallel NOR Flash。目前国内的 NOR Flash 厂商众多，两种接口的 NOR Flash 均有研发生产。
新兴存储技术应用有限，预计市场份额将长期处于低水平。根据 Yole，目前市场上除 DRAM、 NAND Flash、NOR Flash 其他存储技术的市场份额合计仅 2%，预计到 2026 年新兴的存储技术，包括 PCM、MRAM、RERAM 等，份额仍将不到全市场的 3%。
SRAM、EPROM、EEPROM 基本被替代或应用于较为局限的场景。
（1）SRAM 成本高昂，用于 CPU 高速缓存。相比于 DRAM，SRAM 快速且功耗低，但是成本高昂， 且由于内部结构复杂，SRAM 占用面积大，因此成本高，不适合用于高密度存储低。一般用小容量的 SRAM 作为高速 CPU 和低速 DRAM 之间的缓存（cache）。
（2）EPROM 已被替代。EPROM 中存储的信息在掉电时也能保持，可通过强紫外线照射对信息进行 擦除，是一种可重写的存储器芯片。EPROM 在 Flash 推出后被取代。
（3）EEPROM 用于模组芯片小容量信息存储。EEPROM 与 EPROM 一样是只读的，其擦除信息的 速度极快。相比于 Flash，EEPROM 储存密度小，成本高。一般地，EEPROM 用于解决模组芯片的数据 存储需求，如摄像头模组内存储镜头与图像的矫正参数、液晶面板内存储参数和配置文件、蓝牙模块内 存储控制参数、内存条温度传感器内存储温度参数等等。
新型存储发展方向均是将 DRAM 的读写速度与 Flash 的非易失性结合起来，目前尚无方案可替代 DRAM 和 NAND Flash。目前较为流行的新型存储有四种：PCM、FRAM、MRAM、ReRAM：
（1）PCRAM（相变随机存储器）。具有工艺尺寸小、存储密度高、读写速度快、功耗低、可拓展性 强等优点，但由于 PCM 必须逐层构建，且每一层都必须采用关键的光刻和蚀刻步骤，导致成本与层数等比例增加，因此其不具备规模效益。目前布局的厂商有 Intel、美光、三星等。
（2）FRAM（铁电存储器）。可实现超低功耗、快速存储，有望在消费类小型设备中得到应用，如手 机、功率表、智能卡以及安全系统。但由于 FRAM 存储密度低，且因铁电晶体的固有缺点，访问次数有 限，超出了限度，FRAM 就不再具有非易失性，因此 FRAM 无法替代 Flash。目前布局的厂商有 Fujitsu、 德仪、Cypress 等。
（3）MRAM（非挥发性的磁性随机存储器）。具有 SRAM 的高速读写能力，以及 DRAM 的高集成 度，可以无限次重复写入，价格昂贵，工艺复杂，设计难度高。布局的厂商有三星电子、IBM、NXP 等。
（4）ReRAM（电阻式随机存储器）。与闪存相比，其优势是读取延迟更低且写入速度更快，但由于 ReRAM 技术在物理方面非常困难，且性能和可靠性不具备竞争力。目前在研厂商包括松下、台积电、联 电等。（报告来源：未来智库）
二、供需分析：高成长与强周期并存
2.1 需求端：存储为长期高成长赛道，数据中心、AI、自动驾驶驱动成长
存储芯片是长期高成长的赛道。只要有数据就离不开存储，新型终端或应用的诞生及爆发，拉动数 据存储需求不断增长。复盘历史，存储器市场出现过多轮新终端或应用驱动的成长周期，如 90 年代 PC 的渗透，2000 年代功能机的渗透及 iPod 等推出，2010 年代智能机的渗透及云计算的爆发，未来存储器需 求将在 5G、AI 以及汽车智能化的驱动下步入下一轮成长周期。
存储芯片市场规模维持长期增长，在半导体市场的占比波动上行。全球存储芯片市场于波动中保持 上升趋势，市场规模从 2005 年的 546 亿美元增至 2020 年的 1229 亿美元，复合增速达 5.6%，IC Insights 预计 2021 年全球存储芯片市场规模将同比增长 22%，2023 年将超过 2000 亿美元。存储芯片在整个半导 体中的占比 2002 年在 10%出头，到上一轮景气度高点 2018 年，达到 33.1%，整体处于波动上行的状态。 2019 年和 2020 年，由于存储器周期下行，该比例有所下降，根据 WSTS，2020 年该比例约为 27%。
从结构上看，DRAM 和 NAND Flash 为存储芯片的核心品类。根据 IDC，DRAM 和 NAND Flash 两 者自 2005 年以来一直占据存储芯片市场的大部分份额，两者合计占比达 75%，2020 年该份额上升至 96%。
受到 5G 手机、服务器、PC 等下游需求驱动，存储芯片市场规模将快速扩张。2020 年 DRAM 下游 市场中，计算、无线通讯、消费和工业分别占 45.9%、36.5%、9.6%、4.5%，而 NAND Flash 下游市场中， 计算、无线通讯、消费和工业分别占 54.8%、34.1%、6.1%、2.6%（注：IDC 的分类中，“计算”包含服务 器和 PC，“无线通讯”包含智能手机）。智能手机 5G 升级，带动智能手机单机容量提升，云计算和 AI 发 展，推动存储需求不断上行。另外，2020 年至今新冠疫情带来的工作、生活方式的转变，远程服务的诸 多应用持续带动服务器需求，而平板、笔记本电脑等也因远程办公、教学需求，出货量大幅增长。下游 市场发展将带动 DRAM 和 NAND Flash 快速发展。
从应用结构变化趋势看，服务器和智能手机成为近 10 年存储需求增长的主要驱动力。（1）智能手机： 2010 年智能手机爆发，对存储芯片的需求随之爆发，DRAM 下游应用中智能手机占比开始快速上升，手机 DRAM 市场规模从 2005 年的 21 亿美元增长至 2020 年的 239 亿美元，复合增速 17.8%，手机 NAND 市场规模从 2005 年的 70 亿美元增长至 2020 年的 189 亿美元，复合增速 6.8%。（2）计算（服务器及 PC）： 计算市场稳定增长，计算用 DRAM 销售额持续增长，销售额从 2005 年的 233 亿美元增长至 2020 年的 300 亿美元，复合增速 1.7%，增速较低是因为 PC 市场自 2010 年以来有所衰退。而 NAND Flash 下游应 用中计算占比开始快速上升，销售额从 2005 年的 84 亿美元增长至 2020 年的 304 亿美元，复合增速 8.9%。
2.1.1 服务器：云服务资本开支高增，服务器平台升级
服务器出货量稳健增长。根据 IDC 统计，2016-2020 年，由于云计算浪潮、AI、企业数字化转型、物 联网等的推动，全球服务器出货量从 956 万台增长至 1224 万台，复合增速达 6.4%。
云服务厂商资本开支维持高增速，服务器出货增长动能强劲。在短期驱动力（宅经济）和长期驱动 力（AI、云计算）的作用下，全球云服务厂商加速采购服务器，20Q1-21Q2 服务器采购经历了先补库存 后去库存，21Q3 以来服务器需求恢复。短期来看，服务器需求企稳，而全球云服务厂商的资本支出维持40%上下的高增长，我们判断服务器需求有较强支撑。长期来看，5G、云计算浪潮、AI、企业数字化转 型、物联网等快速发展，将促使企业增购服务器。IDC 预计 2021-2025 年维持稳定增长，2021 年出货量 达到 1299 万台，到 2025 年达到 1676 万台，复合增速为 6.5%。
服务器平台升级带来存储芯片容量提升和规格升级。服务器更新换代带来 DRAM 和 NAND Flash 搭 载容量的提升，据 DRAMeXchange 测算，服务器的 DRAM 平均单机容量从 2019 年的 304GB 上升至 2020 年的 397GB，涨幅达 30%。据 ChinaFlashMarket 测算，服务器的 NAND Flash 平均单机容量从 2019 年的 2300GB 增至 2020 年的 2700GB，增幅达 17%。目前，英特尔平台的服务器占市场主导地位，以其 为例，其服务器正从 Purely 平台向 Whitley 平台切换，同时下一代 Eagle Stream 平台将于 2022 年起量， 服务器平台切换带来 DRAM 和 NAND Flash 搭载量和规格的提升，如内存通道从 6 提升至 8，DRAM 从 DDR4 升级至 DDR5。
2.1.2 智能手机：5G 快速渗透，单机存储容量提升
智能手机进入存量升级时代，存储芯片单机搭载容量维持高增长。智能手机经历过 2008-2016 年的 爆发式增长，出货量于 2016 年达到峰值，近年来出货量有所下降。随着 5G 换机的推进，智能手机出货 量有望恢复小幅增长，整体智能手机市场属于存量市场。其搭载的 DRAM 平均单机容量从 2010 年的 0.5GB 增长至 2020 年 4.3GB，复合增速达 24%，NAND Flash 平均单机容量从 2014 年的 21GB 增长至 2020 年的 108GB，复合增速达 31%。
预计 2025 年全球 5G 渗透率接近 70%，5G 换机拉动存储容量提升。随着全球更多地区开始 5G 商用 部署、各品牌陆续推出 5G 机型，5G 智能手机渗透快速提升。根据 IDC 预测，2021 年 5G 智能手机出货 量将占全球销量的 40%以上，并在 2025 年增长至 69%。国内 5G 渗透率全球领先，2021 年 12 月已达 81%。5G 手机升级带来存储容量升级，根据美光，高清视频、高像素拍摄、5G 传输和云游戏需求不断增 长，智能手机从 4G 切换至 5G，旗舰机 DRAM 配置将从 6GB+提升至 8GB+，NAND 配置将从 128/256GB 提升至 256/512GB，智能手机单机存储芯片搭载容量持续提升。
2.1.3 PC 及平板：存量升级，存储容量稳定提升
2021 年全球 PC 出货量接近历史峰值水平，未来出货量将维持稳定。在疫情远程办公和教育的推动 下，2020 年全球 PC 市场扭转颓势，同比增长 13.5%。疫情并非长期性事件，PC 需求量持续高速增长存 在较大不确定性。IDC 预计 2021 年全球 PC 出货量至 3.45 亿台，同比增长 13.5%，接近 2011 年的历史峰 值，预计出货量到 2025 年维持在 3.5 亿台水平。若考虑进平板电脑，则 2021 年全球 PC+平板出货量达 5.2 亿台，至 2025 年小幅下降至 5.1 亿台。因此，从出货量看，未来 PC+平板为存量市场，其存储芯片需 求主要来自单机搭载容量的提升。
未来 PC DRAM 和 NAND Flash 平均容量将保持高速增长。随着数据存储需求的不断增长，PC 存储 配置逐年升级，根据 PC Matic Research，PC DRAM 容量自 2000 年以来持续增长，到 2020 年单机接近 10GB，NAND Flash 容量变化趋势与之类似。根据 Yole 预测，2020 年 PC 平均 DRAM 容量约为 10GB， 2026 年 PC 平均 DRAM 容量将近 18GB，复合增速约为 10%。而 2020 年 PC 平均 NAND Flash 搭载量约 为 450GB，2026 年 PC 平均 NAND Flash 搭载量将高于 1000GB，复合增速约为 15%。
2.1.4 汽车：自动驾驶高速渗透，单车存储需求高增
汽车自动驾驶等级提升，大容量数据存储需求增长。自动驾驶汽车可以减少人为干预对于驾驶的必要性， 英飞凌预计 2020 年 L1 及以上新车渗透率接近 50%，L2 渗透率达 7%，未来将从目前的 L2 阶段发展至完全不 需要驾驶员干预的 L4 及 L5 阶段。随着自动驾驶等级的提升，以及车载信息娱乐系统（IVI）、多摄像头视觉处 理、长寿命电池和超高速 5G 网络的引入，车内车外数据流量大大提升，超大计算处理成为必需品，相应地大 容量数据缓存（DRAM、SRAM）、存储（NAND）和其他存储（NOR Flash、EEPROM 等）需求大幅增长。
汽车智能化驱动数据存储需求，车载存储市场有望提速增长。2020 年全球车载存储市场规模约 46 亿美元， 在整体存储市场占比不足 5%，但成长速度较高，2016-2020 年复合增速为 11.4%，预计随着汽车智能化水平的 提升，车载存储市场提速增长，主要体现在 DRAM（尤其是新能源车用的 LPDDR）、NAND 等需求高速增长， 2021 年车载存储市场将达到 56.6 亿美元，2025 年增长至 119.4 亿美元，2021-2025 年复合增速为 21.0%。从结 构看，车载存储市场以 DRAM 和 NAND 为主，占比分别为 57%和 23%，其他小类的存储芯片如 NOR Flash、 SRAM 和 EPROM/EEPROM 也在车内有广泛应用。
目前汽车存储容量与智能手机相当。当前汽车对储存的需求主要来源于 ADAS 系统和 IVI 系统，其 中 ADAS 占比超过 10%，IVI 约占 80%。根据中国闪存市场，目前高端车型至多搭载 12GB DRAM 和 256GB NAND，与当前旗舰智能手机相当；而在中端车型中，2~4GB DRAM 和 32~64GB NAND Flash 则 为常见配置；在低端车型中，DRAM 和 NAND Flash 容量需求更低，仅为 1~2GB 和 8~32GB。
单车 DRAM 和 NAND Flash 容量有巨大提升空间。随着自动驾驶等级提升，用于收集车辆运行和周 边环境数据的各类传感器将会越来越多，包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达等，OTA（空中下载技术）、 V2X（vehicle-to-everything）等网络通信功能也将产生大量数据。英特尔估计自动驾驶汽车每天将产生 4000GB 的数据量。即使低等级自动驾驶的车辆也需要大量车载数据存储，因为座舱 IVI 系统正逐步搭配 更多大尺寸、高分辨率屏幕。根据中国闪存市场预测，L4、L5 的汽车将配备 40GB 以上的 DRAM 和 3TB 以上的 NAND Flash，该配置远高于当前的智能手机。
2.2 供给端：产能稳定扩张，工艺制程迭代持续推进
存储芯片位元（bit）供给增长来自两方面：（1）工艺制程迭代带来单片晶圆中位元增长。（2）晶圆 产能的扩张。
（1）工艺迭代：
龙头厂商将主要精力投向制程迭代，以满足高速增长的位元（GB）需求。DRAM 方面，根据 SK 海 力士预计，DRAM 工艺制程从 1Znm 到 1αnm，单片晶圆可切出的晶粒数量增长 25%，在晶圆产能不增长 的情况下，仍将驱动 DRAM 位元供给增长。目前，三星电子、美光、SK 海力士等 DRAM 产品生产正在 引入 EUV 光刻，工艺制程正在从 1Znm 往 1αnm 转换，以满足 DRAM 位元增长的需求。NAND 方面，3D 堆叠工艺持续演进，176 层渐渐成为 3D NAND 主流，目前头部厂商正在推进 2XX 层 3D NAND 的研发和 量产，预计显著提升单片晶圆的位元产出量。
（2）产能扩张：
2021-2022 年 DRAM 和 NAND Flash 产能稳定增长。我们统计了 DRAM 和 NAND Flash 主要厂商的 产能及预测，DRAM 厂商选取三星电子、美光、SK 海力士、南亚科技、长鑫存储等 5 家，NAND Flash 厂商选取三星电子、美光、SK 海力士、Flash Alliance（东芝+西部数据）、英特尔、旺宏、长江存储等 7 家。整体来看，2020 年、2021 年、2022 年 DRAM 产能分别同比增长 4.5%、9.9%、7.0%至 531、584、 625 万片/年，NAND Flash 产能分别同比增长 1.7%、6.7%、5.9%至 688、734、777 万片/年，加上部分无 法归属于 DRAM 或 NAND Flash 以及 NOR Flash、SRAM 等小类存储的产能，2020 年、2021 年、2022 年 存储芯片整体产能分别同比增长 0.0%、7.6%、5.6%至 1258、1354、1429 万片/年，产能稳定增长。
存储新增产能投放集中在 2021-2022 年。分厂商看，三星电子的西安二期扩产，主要为 NAND Flash， 于 2021 年中投产，而平泽 P2 和 P3 的新增产能（DRAM、NAND Flash 及晶圆代工）分别于 2021 年中和 2022 年投产。铠侠/西部数据的 K2 和 Fab7 产能（NAND Flash）将于 2022 年春投产。SK 海力士和美光的 DRAM 扩产则分别于 2021 年 Q1 和年中投产，而国内的长鑫存储和长江存储近两年及未来两年持续有产 能开出，但爬坡需要一定的时间，实际产能相较于全球产能影响有限。整体来看，存储大厂新增产能释 放主要在 2021-2022 年，2021 年产能投放较多，预计 2022 年仍有产能投放，但增速放缓。
往 2023 年以后看，暂无确定的新增产能落地。往 2023 年以后看，三星电子暂无扩产计划；美光计 划在日本广岛投资约 70 亿美元扩产 DRAM，新工厂将于 2024 年开始投入运营；SK 海力士将在未来十年 于韩国首尔投资 1060 亿美元用于扩产 DRAM，新工厂于 21Q4 动工，将于 2025 年完成所有工程项目，之 后启动量产。从各厂商的扩产规划看，目前 2023 年及以后存储芯片确定的新增产能较少。
工艺迭代难以完全满足位元增长需求，预计 2023 年以后存储产能增长达到 5~10%。根据 SUMCO 预 测，2021-2025 年 DRAM 位元需求复合增速达 20%，其中 10%的增速可由 DRAM 工艺迭代满足，剩余不 足 10%的增速仍需凭借产能扩张（即 DRAM 晶圆供给的复合增速仍需达到 10%）。而 2021-2025 年 3D NAND 位元需求复合增速达 31%，其中 30%的增速可由 3D NAND 工艺迭代满足，由于近两年 3D NAND 位元供给增长较多，预计 2021-2023 年 3D NAND 所需晶圆的供给增速为 1%（当前扩产速度超过所需， 因此导致供给过剩），2023-2025 年恢复至 8%的复合增速。因此，我们预计 2023 年以后 DRAM 和 3D NAND 产能增长仍可达到 5~10%。
2.3 周期性：短期价格周期波动，长期单位成本下降
存储芯片具有大宗商品的属性，供需错配导致价格周期性波动。存储芯片下游需求量大，需要通过 规模扩张才能维持经济效益，同时产品多为标准化产品，因此具有大宗商品的属性。当行业需求旺盛， 处于上行周期时，当一家存储厂商选择扩产以扩大市场份额时，通常其他厂商也会跟随扩产，导致产能集中落地，从而造成产能过剩，最终引发存储芯片价格下跌。当行业需求低迷，处于下行周期时，由于 相反的原因，最终导致市场供小于求，存储芯片价格逐步上涨，由此形成一定的周期性。DRAM 和 NAND 行业已形成垄断格局，DRAM 尤为明显，因此各家扩产与定价策略类似，资本支出的开出较为集 中，使得存储芯片的周期性显著强于其他半导体品类。以美光和 SK 海力士为例，每轮大规模资本支出后 的 1-3 年内，产品进入降价周期，毛利率下降。
三星电子为存储芯片龙头，产品毛利率波动小于美光和 SK 海力士。一方面，三星电子为集团型公 司，存储芯片仅贡献 20%~30%营收。另一方面，三星电子在市场中占据主导权，多次扩产时机早于美光 和 SK 海力士，因此在每轮价格下跌前获得更高的收益。这份主导权来自于三星电子的技术优势、资金规 模和早期多次逆周期扩产带来的份额优势。
中短周期看，价格呈现周期波动。
1、DRAM 的价格周期性：每轮周期约 3~4 年。
从价格周期看，DRAM 从 2012 年至今经历三轮周期。存储芯片，包括 DRAM 和 NAND，具有较强 的周期性，这主要是需求与供给的错配导致。从时间维度看，DRAM 的价格大致以 3-4 年为一个周期。
（1）第一轮周期：12Q3~16Q2 年。12Q3 至 14Q2：周期上行，主要驱动力为智能手机爆发，对 DRAM 的需求增长；14Q3 至 16Q2，周期下行，以 4Gb（512Mb×8）1600MHz 的 DRAM 颗粒为例，其单 价从 4.43 美元跌至 1.44 美元，区间跌幅 67%，主要因为各厂商扩产落地导致供大于求。
（2）第二轮周期：16Q3~19Q4。16Q3 至 18Q2，周期上行，主要因为主要厂商如美光、三星、SK 海力士将主要产能转移生产 3D NAND Flash，DRAM 没有扩产计划，同时需求增长导致 DRAM 颗粒产能 不足并缺货，价格上行，4Gb（512Mb×8） 1600MHz 的 DRAM 颗粒价格区间涨幅 187%；18Q3 至 19Q4， 周期下行，中美贸易摩擦导致全球下游需求萎靡，服务器、PC、笔电等需求不佳，Dram 供过于求，4Gb （512Mb×8） 1600MHz 的 DRAM 颗粒价格区间跌幅 67%。
（3）第三轮周期：20Q1 至今。疫情下，线上经济、居家办公等需求拉动服务器、TV、PC 出货激增， 5G 手机升级驱动单机容量升级，带动 DRAM 价格回升。目前来看，21Q2 PC 需求旺厂商备货，服务器迎 来采购高峰，手机等消费电子逐步进入备货高峰，VGA 卡/游戏机/虚拟货币需求强劲。21Q3 开始，随着 智能手机等消费电子需求步入低迷，存储厂商持续去库存，DRAM 价格有所回调，价格回调持续至 22Q1， Trendforce 预计本轮降价将持续至 22Q2。20Q1 至今区间涨幅 81%。
2、NAND Flash 的价格周期性：每轮周期约 3~4 年。
类似 DRAM，NAND Flash 价格具有周期波动特性。2012 年至今，NAND 一共经历三轮周期，一轮 周期大致为 3~4 年。
1）第一轮周期：12Q3~15Q4。2013 年之前的上行周期驱动力来自智能手机的需求爆发。2013 年 PC 销售量衰减，导致需求持续疲软，同时各大存储厂新增产能开出，价格战激烈，存储芯片整体供大于求， NAND Flash 价格大幅降低，以 64Gb（8Gb×8）的 NAND Flash 为例，2013Q2-2016Q4，颗粒单价从 6.10 美元跌至 2.32 美元，区间跌幅为 62%。
2）第二轮周期：16Q1~19Q4。16Q1~17Q2，周期上行，非苹果智能手机品牌为提升产品竞争力加速 提升 eMMC／UFS 的容量，SSD 固态硬盘需求也迎来爆发，NAND Flash 需求不断攀升，而大部分厂商处 于从 2D 转向 3D 的过程中，良率爬升普遍较缓，供给下滑严重，供需不平衡造成 NAND Flash 价格持续 上扬。周期上行期间，64Gb（8Gb×8）的 NAND Flash 单价区间涨幅为 105%。17Q3~19Q4，周期下行， 厂商 3D NAND 良率提升、大幅扩产，而需求面仅有智能手机需求动能延续，其他部分如服务器、PC 及 平板需求疲软，NAND Flash 市场价格大幅走弱至 2019 年年底。周期下行期间，64Gb（8Gb×8）的NAND Flash 单价区间跌幅为 50%。
2）第三轮周期：20Q1 至今。本轮周期主要驱动力为 5G 周期终端设备对数据存储的需求和后疫情时 期 PC、笔电、手机和服务器等需求的恢复。本轮周期开始，即 20Q1~20Q4，NAND Flash 价格处于震荡 状态，主要因为新冠疫情叠加中美贸易摩擦对需求形成一定压制，疫情缓解后宅经济拉动 PC、平板等需 求，存储需求释放。21Q~Q2，PC、服务器、手机等消费电子逐步进入备货高峰，NAND Flash 价格上行， 21Q3 开始，随着智能手机等消费电子需求步入低迷，存储厂商持续去库存，NAND Flash 价格有所回调， 价格回调持续至 22Q1，Trendforce 预计 22Q1 仍有 5~10%降幅，Q2 受西部数据/铠侠工厂原材料污染影响， 价格上涨 5~10%。20Q1 至今区间涨幅 40%。
长周期看，单个位元成本呈现下降趋势。根据三星电子，DRAM 技术演进路径主要为缩小工艺制程， 随着工艺制程升级，单位 Gb 成本持续下降。而 NAND Flash 2013 年前技术演进路径为工艺制程，随着工 艺制程升级，单位 Gb 成本持续下降，2014 年随着 3D NAND 量产，堆叠层数从 32 层持续增长至当前的 192 层，单位 Gb 成本加速下降；同时，伴随存储单元密度提升，从 SLC→MLC→QLC→TLC，进一步促 进了单位 Gb 成本的下降。
NAND Flash 长期成本下降趋势快于 DRAM。根据 McCallum 统计，对比 DRAM 和 NAND Flash 的 成本下降趋势，NAND Flash 单位位元长期价格下降趋势快于 DRAM，且预计随着堆叠层数增加，成本加速下降。这是由于 NAND Flash 在突破 3D 堆叠后，技术更新迭代较快，具备显著的规模经济，而 DRAM 技术发展历史较长，技术更加成熟，迭代相对缓慢。（报告来源：未来智库）
三、竞争格局：马太效应显著，NAND 格局或向 DRAM 演变
3.1 DRAM 市场经历一系列并购整合，竞争格局呈现寡头垄断局面
纵观 DRAM 市场 50 余年发展历史，前 30 年以 10 年为一轮周期，市场的领导者由美系厂商转变为日 系厂商，再转变为现在的韩系厂商，目前 DRAM 市场万家包括处于主导地位的三星电子（韩国）、美光 （美国）、SK 海力士（韩国），以及规模较小的南亚科技（中国台湾）、华邦（中国台湾）、长鑫存储（中 国大陆）、紫国国芯（中国大陆）、福建晋华（中国大陆，项目中断），此外，近两年兆易创新（2021 年开 始销售自研 DRAM）、北京君正（2020 年完成 DRAM 资产的并购）、东芯股份的 DRAM 也崭露头角。
1970 年代全球的 DRAM 厂商集中在美国，包括 Intel、TI、IBM、Mostek 等厂商。1970 年，Intel 推 出了首款可大规模生产的 1K DRAM 芯片 C1103，一度占据 80%以上的市场份额，是 1K 时代的霸主。 1971-1976 年期间 TI 和 Mostek 分别推出了容量更大（2/4/16K）且成本更低的产品，1970 年代末期 Mostek 市场份额接近 85%。1978 年原 Mostek 的几名员工创立美光，1981 年美光自有晶圆厂开始投产 64K DRAM；1985 年 Intel 退出 DRAM 市场；1998 年 TI 将储存业务出售给美光，1999 年 IBM 将合资工 厂出售给东芝，退出 DRAM 市场。
1976-1980 年日本“政企学”合作攻坚核心技术，80 年代低价抢占 DRAM 市场份额。1971 年 NEC （日本电气公司）推出了日本首个 1K DRAM，但技术能力和产品性能与美国差距较大，美国已进入 VLSI（超大规模集成电路）时代，日本还停留在 LSI（大规模集成电路）时代。1976 年，日立、三菱、 富士通、东芝、NEC 五大公司，以及日本工业技术研究院电子综合研究所和计算机综合研究所，联合组 建“VLSI 联合研发体”，投资 720 亿日元（政府出资 320 亿日元），攻坚 DRAM 技术难关。彼时半导体存 储器主要应用于大型机、电子交换机，使用周期较长，对零部件可靠性要求高。1980 年代日本进入技术 爆发期，而且日企生产的 DRAM 良品率高于美企，形成了成本优势。在此背景下，日本存储企业发起价 格战，DRAM 单价快速下降，直至 1986 年，日本厂商在全球 DRAM 市场份额达到 86%。
遭遇美国打压，固守大型机市场，错失消费级 PC 发展良机，80 年代末期日企份额急速下滑。美国 在 1986 年和日本签订了日美半导体协议，该协议引入了价格监督制度（限制最低价格），同时约定提高 外国生产的半导体产品在日本国内市场的份额。80 年代后期，消费级 PC 开始普及，PC 对 DRAM 的寿命 要求比大型机低，但对价格较为敏感。美光和三星电子为首的韩国企业面对市场变化大量生产面向个人 计算机的 DRAM，而日本企业仍固守之前的大型机市场。1999 年，日立和 NEC 合并了 DRAM 业务，成 立了尔必达存储器，富士通也从面向大型机的 DRAM 业务中撤出，2001 年东芝将 DRAM 业务出售给美 光，2003 年三菱电机的 DRAM 业务被尔必达吸收，2012 年尔必达破产被美光收购。至此，日本 DRAM 厂商几乎淡出市场。
90 年代韩厂获得扶持成为行业龙头，并保持优势至今。韩国在发展 DRAM 技术初期参照日本模式， 1975 年韩国政府公布了扶持半导体产业的六年计划，1986 年由韩国电子通信研究所牵头，联合三星、LG、 现代三大集团以及韩国六所大学组成“VLSI 共同开发技术计划”，攻关 DRAM 技术研发。该计划共投入 1.1 亿美元，政府承担 57%的研发经费。同时，美国出于遏制日本 DRAM 厂商发展的目的，对韩国厂商 实施了技术扶持。1992 年，韩国三星超越日本 NEC，成为世界第一大 DRAM 内存制造商，并在其后连 续维持世界第一。1999 年韩国现代半导体与 LG 半导体合并，2001 年从现代集团完成拆分，将公司名改 为海力士，并于 2012 年更名 SK 海力士。
韩厂的成功得益于技术研发、市场机遇和逆周期投资。（1）技术研发。1983 年在美光和 CITRIX 的 支持下，三星完成 64K DRAM 研发，1984 年量产，落后美国约 10 年；1988 年三星完成 4M DRAM 研发， 仅比日本晚 6 个月；1992 年三星完成全球第一个 64MB DRAM 研发；1994 年三星将研发成本提升至 9 亿 美元，1996 年三星完成全球第一个 1GB DRAM（DDR2）研发。（2）市场机遇。在 PC 机时代来临之际， 韩国厂商大力生产面向 PC 的 DRAM，同时期日本和美国签订的半导体协议也使日本厂商丧失了价格优 势。（3）逆周期投资。在半导体产业的低迷时期，三星仍持续扩大产能，开发更大容量的 DRAM，韩国 政府和财团也在资金方面提供支持。例如 2007 年全球 DRAM 产能过剩叠加 2008 年金融危机影响， DRAM 价格大跌近 90%，而三星却将相当于 2007 年总利润 118%的资金用于 DRAM 扩产，强大的攻势迫 使诸多竞争对手破产，而三星市占率进一步提升。
欧洲厂商从最初与美资合作，到 2009 年后全部退出市场。西门子、IBM、摩托罗拉创办多个合资工 厂生产 DRAM，1999 年分拆半导体部门成立英飞凌，2006 年英飞凌将储存业务分拆成立奇梦达，2009 年奇梦达也因金融危机和 DRAM 低价竞争而破产。飞利浦于 1994 年与 IBM 合资成立 SubMicron，但在 IBM 退出 DRAM 市场后，飞利浦也选择了退出。
台厂缺乏核心技术，一轮洗牌之后，现有厂商专注利基市场。中国台湾于 1990 年启动了“次微米制 程技术发展五年计划”，但由于缺乏核心技术，主要靠购买技术授权、制程设备来快速扩充产能，在 2008 年金融危机后陷入困境。2013 年茂德破产，力晶转型晶圆代工，瑞晶和华亚科技则分别于 2012 年和 2016 年被美光收购。目前中国台湾只剩下南亚科技、华邦、钰创等少数几家，主要专注利基市场。
2016 年开始，中国大陆开始规模地发展自己的 DRAM IDM 体系。大陆在 DRAM 体系上有 40 年的 发展历程，但前期一直受限于市场、技术、产业链不完整等因素，无法与国外的厂商竞争。中国在 2000 年之后发布了一系列政策推动我国集成电路的发展，2000 年发布《鼓励软件产业和集成电路产业发展的 若干政策》。2014 年《纲要》颁布以后，依托国家大基金的生态体系，中国大陆半导体产业开始从“做大” 走向“做强”。2016 年 DRAM 厂商晋华集成和长鑫存储相继成立。2019 年合肥长鑫建设的中国大陆第一座 12 英寸 DRAM 工厂投产，生产 19nm 工艺制程 8Gb DDR4，预计 2022 年将推出 17nm 工艺制程的 DRAM。
三星电子、SK 海力士和美光三者垄断，市场集中度不断提高。根据 IDC 数据，DRAM 市场 CR3 从 2005 年的 60%增至 2020 年的 95%，前三位一直由三星电子、SK 海力士和美光占据，目前 DRAM 市场已 经形成相对稳定的竞争格局。
3.2 NAND 厂商开启并购整合，未来竞争格局或向 DRAM 看齐
NAND Flash 行业正在重复 DRAM 行业的并购整合历程。不同于 DRAM 市场，NAND Flash 一直是 相对集中的市场，2005 年 CR4 为 95.3%，CR6 为 98.7%，2019 年 CR4 为 80.3%，CR6 为 99.7%，而玩家 间呈现一定的并购整合态势，美光、西部数据等并购重组扩大规模，三星的份额有所下降。2005-2010 年， NAND Flash 厂商共有 10 家，此后英飞凌存储业务/奇梦达破产，Numonyx 2010 年被美光收购，瑞萨、 STV 于 2017 年出售 NAND 业务，此后 Cypress 于 2014 年收购飞索半导体（Spansion），SanDisk 于 2015 年被西部数据收购。到 2017 年，市场上主要厂商为三星电子、SK 海力士、美光、东芝（铠侠）、英特尔 和西部数据 6 家，呈现群雄逐鹿的态势。截至 2020 年，三星和 SK 海力士市占率为 33%和 12%，东芝+西 部数据市占率为 34%，美光市占率为 11%，英特尔市占率 9%，六家企业市占率合计 98%以上。而长江存 储作为国产 NAND Flash 厂商于 2017 年成功研制中国第一颗 3D NAND 闪存芯片，2018 年长江存储 32 层 NAND Flash 的量产，2019 年 64 层 NAND Flash 的量产，2020 年推出 128 层 NAND Flash。
并购整合是行业大势，NAND 行业格局有望向 DRAM 看齐。2021 年，SK 海力士已宣布将 90 亿美元 收购英特尔 NAND Flash 及存储业务，两家公司已经签署了相关的协议。美光和西部数据也有意竞购铠侠， 若收购达成，主要厂商将减少为 4 家（不考虑中国大陆厂商），行业格局向 DRAM 市场看齐。
3.3 中国存储芯片自给不足，本土厂商有望崛起
国内存储芯片需求庞大，市场规模超全球的 1/3，但自给率不足 5%。根据 IDC 数据，中国半导体市 场规模占全球份额从 2005 年的 12.2%增至 2020 年的 36.6%，跃居全球第一。2020 年中国市场中，存储芯 片（包括 DRAM 和 NAND）市场规模为 429 亿美元，占中国半导体市场规模的 30%，占全球存储芯片市 场规模的 35%。国内存储芯片需求庞大，但自给率极低，考虑长江存储和长鑫存储近两年的放量，我们 估算国内存储芯片自给率不足 5%。
庞大内需、新兴应用及政策推动助力国产存储芯片快速发展。参考日本、韩国存储芯片产业的崛起 历程，产业大背景、新兴产业需求和政策扶持是存储产业发展的必要条件。当前，全球半导体产业向中 国转移，中国大陆也已经建立了完善全面的电子系统产业链体系。除去 PC、手机等传统消费电子场景， 物联网、AI、智能车、云计算等众多新兴市场也在兴起。因此，庞大内需及新兴应用为国产存储芯片厂 商提供了发展基础，而政策扶持下的供应链国产化提供助力。
相较于智能手机、PC 等消费类市场，政府、电信、金融等关键领域国产化需求迫切。NAND Flash 主要下游为服务器、智能手机和 PC，智能手机面向大众消费，可替代性较强，而服务器和 PC 大量应用 于政府、电信、金融、公用事业等关键领域。以服务器为例，国内 x86 服务器下游主要为媒体（占比 31%）、政府（19%）、电信（9%）、教育（8%）、金融（8%）、公用事业（3%）、交通（3%）等。存储芯 片严重依赖进口使得相关行业的有序运行面对巨大的供应风险，这些行业也是国产化需求最迫切、国产 化最为积极的行业。我们预计，政府、电信、金融等关键领域的存储芯片需求在百亿美元以上。
竞争格局方面，大宗产品领域，国产存储厂商与国际大厂仍有差距，利基产品领域，国产化水平较 高。DRAM 方面，近几年制程迭代速度明显放缓，主流大厂工艺停留在 10nm+阶段，给国产厂商缩小技 术代差创造了机遇。目前合肥长鑫 19nm 工艺已成功量产，17nm 工艺即将推出。NAND Flash 方面，工 艺制程演进相对缓慢，3D 堆叠层数增长迅速。长江存储已于 2021 年实现 128 层 3D NAND 量产，相比国 际大厂落后约 1 年时间，差距大幅缩小。利基型存储方面，兆易创新已成为全球第三大厂商，2021 年市 占率约 20%，同时北京君正、东芯股份、普冉股份、聚辰股份等也在快速发展。
四、相关厂商
4.1 产业链概况
1、大宗市场：国内仅长鑫存储和长江存储参与，均未上市
大宗市场方面，格局较为垄断，DRAM 主要由三星电子、美光、SK 海力士三家主导，国内的长鑫存 储正在快速发展；NAND 主要由三星电子、美光、SK 海力士、西部数据/铠侠主导，国内的长江存储正在 快速发展。
2、利基市场：国内参与者众多
利基型存储格局分散，海外大厂正逐步退出，中国厂商迎来替代机遇。海外大厂，如三星电子、美 光、西部数据、Cypress（被英飞凌收购）等，都保留了一部分利基型存储的业务，包括 2D NAND、 NOR Flash、DRAM（指 DDR3 以及前代产品），但业务重心均在大容量存储产品，正在逐步退出利基市 场。利基型存储主要厂商分布在中国大陆及中国台湾，规模较大的厂商包括华邦电子（中国台湾）、旺宏 电子（中国台湾）、兆易创新、北京君正、普冉股份、东芯股份等，近年来规模持续扩大，逐步替代头部 厂商空出的市场。
分产品看：（1）SLC NAND 方面：除 NAND 大厂外，中国台湾华邦电子、旺宏电子均有布局，中国 大陆有兆易创新、北京君正和东芯股份，目前东芯股份为大陆 SLC NAND 龙头，工艺制程达到 19nm， 处于国际领先地位；兆易创新和北京君正的 NAND 规模尚小；另外江波龙也有少量 SLC NAND。目前 SLC NAND 代工资源包括中芯国际、中国台湾力晶等。
（2）NOR Flash 方面：领先厂商包括华邦电子、旺宏、兆易创新、Cypress、美光等，普冉股份、东 芯股份也形成了一定规模，此外国内还有恒烁半导体、珠海博雅、芯天下等厂商。国内 NOR Flash 厂商 产品各有优势，如兆易创新强在产品丰富度、大容量、中高端应用，普冉股份强在工艺特色（SONOS 工 艺）、低成本，东芯股份强在工艺制程、低成本。目前 NOR Flash 的代工资源包括武汉新芯、中芯国际、 华力微、中国台湾力晶等。
（3）DRAM 方面：国际大厂包括三星电子、美光、SK 海力士，均将重心放在（LP）DDR4、（LP） DDR5、GDDR6 等产品上，逐步退出 DDR3 及前代等利基市场。利基 DRAM 方面，规模较大的为华邦电 子、旺宏；兆易创新依托合肥长鑫的代工资源，19nm DRAM 正在快速放量，即将推出 17nm 产品，目前 聚焦于利基市场；北京君正采用中国台湾力晶、南亚科技的 25nm 工艺平台，聚焦于车规、工业、医疗等中高 端市场，也属于利基市场。此外，紫光国芯、东芯股份等均有 DRAM 产品，最新工艺制程均为 25nm， 其中紫光国芯已有 DDR4 产品，东芯股份正在研发 LPDDR4X。
3、其他环节：各环节均有国内厂商参与，但主控芯片、模组/产品开发、品牌运营上市公司较少
其他环节包括：NAND 主控芯片、封装测试、模组/产品开发、品牌运营。（1）NAND 主控芯片：市 场由慧荣、群联、美满电子、Innogrit、Microchip 等海外厂商主导，国内厂商有国科微、得一（未上市）、联芸（未上市）。（2）封装测试：除传统封装测试大厂日月光、矽品、通富、长电、华天等外，还有存储 芯片封装测试厂商力成（中国台湾）、太极实业、深科技、沛顿（未上市）。（3）模组/产品开发：主要包 括群联（中国台湾）、江波龙（未上市）、佰维存储（未上市）等。（4）品牌运营：品牌运营由芯片原厂 主导，包括三星电子、西部数据、铠侠等，非原厂品牌包括金士顿、Lexar（江波龙旗下）、FORESEE （江波龙旗下）、威刚（中国台湾）、创见（中国台湾）、宜鼎（中国台湾）。
4.2 海外龙头：三星电子、SK 海力士、美光科技主导
4.2.1 三星电子： 存储芯片全球龙头，技术研发持续领先
三星电子业务涵盖锂电池、半导体、CIS 和手机等，1993 年以来始终为全球最大的存储芯片供应商。 三星在 1992 年完成全球第一个 64M DRAM 研发，此后在技术上一直保持行业领先地位：2009 年开始量 产 30nm NAND Flash，2010 年量产 30nm DRAM 和 20nm NAND Flash，2010 年推出 TLC NAND Flash， 2013 年推出 LPDDR4 和 V-NAND Flash，2016 年推出 HBM2，2018 年推出 LPDDR5，技术研发持续领先 业内。
近 1/4 收入来自存储芯片，体量庞大，逆周期投资能力强。存储器是三星电子的主要营收来源之一 （21Q4 占比 24%），此外还有显示面板、移动通信等部门贡献营收，业绩表现相比 SK 海力士和美光更加 稳定，自 1999 年以后再无亏损，也正基于这样强大的后备力量，三星电子可以多次在存储领域逆周期投 资挤压竞争对手市场份额。
三星电子已于 21H2 量产基于 EUV 工艺的 DRAM 和基于 176 层 NAND Flash 消费类 SSD。（1） DRAM 方面，EUV 将全面部署在三星电子的未来几代 DRAM 中。20H2 三星电子开始量产业界首款采用 EUV 技术的 16Gb LPDDR5，采用 1znm 工艺，传输速度为 6400Mb/s，比当今大多数旗舰移动设备中的 12Gb LPDDR5 的速度 5500Mb/s 快约 16%。后续三星电子规划量产基于第四代 10nm 级（1α）EUV 工艺 的 16Gb DDR5/LPDDR5，并扩大其 LPDDR5 产品在汽车应用中的使用。（2）NAND Flash 方面，三星电 子开始量产基于双堆栈 176 层第 7 代 V-NAND 的消费级固态硬盘。此外，三星还计划将其第 7 代 VNAND 的使用扩展到数据中心 SSD，第 8 代 V-NAND 产品可能有超过 200+层堆叠。
4.2.2 SK 海力士：收购英特尔闪存业务，成为全球第二大闪存供应商
SK 海力士是全球第二大存储芯片供应商，核心业务包括 DRAM、NAND 和 CIS。SK 海力士于 1983 年以现代电子产业有限公司的名字创立，1985 年开始量产 256K DRAM，2002 年出售 TFT-LCD 业务。 2012 年韩国第三大企业集团 SK 集团收购海力士 21.05%股权，更名为 SK 海力士。2021 年，公司以 90 亿 美元对价完成对英特尔 NAND 业务的收购，成为第二大 NAND 供应商。
早期持续亏损，随着规模扩大，开始持续盈利。2000 年及以前，公司营收稳步扩张，2000 年增至 95 亿美元，但基本处于亏损状态。2001-2007 年期间，公司营收从 41 亿美元增至 93 亿美元，CAGR 达 14.6%，净利润从-38.5 亿美元增至 3.7 亿美元。2008 年遭遇金融危机以及行业产能过剩，公司营收大幅下 跌 32%，仅实现 63 亿美元营收并亏损 43.7 亿美元。此后公司营收大致以 3 年为一个上升周期，2018 年公司营收和净利润分别为 368 亿美元和 140 亿美元，达历史峰值，2008-2018 年期间，公司营收 CAGR 达 19.3%。在经历 2019 年的行业低估后，2020 年公司营收和净利润恢复增长，分别为 271 亿美元和 29.3 亿 美元。
从产品结构看，DRAM 占公司营收的 71%，NAND 占 25%，其他占 4%。从应用结构看，公司 DRAM 最大的市场为服务器和移动通信领域，NAND 最大的市场为 SSD 和移动通信领域。
公司已开始量产基于 EUV 工艺的 1αnm DRAM，176 层 3D NAND 也于 2021 年底量产。（1）DRAM 方面，基于 EUV 光刻的 1αnm LPDDR4 已于 21Q2 量产，计划将 1αnm 工艺用于 DDR5。公司持续扩张 1znm 技术的 16Gb DRAM 的产能，以满足 64Gb 或更高密度服务器市场需求，还于 2021 年 7 月量产基于 1αnm 的 8Gb LPDDR4，这是其在 1ynm DRAM 生产部分工艺采用 EUV 光刻后，首次采用 EUV 光刻进行1αnm 量产。预计与 1znm 相比，1αnm 技术将使相同尺寸的晶圆生产的 DRAM 芯片数量增加 25%。此外， 公司将从 2022 年初开始将 1αnm 技术应用于其 DDR5 产品。（2）NAND Flash 方面，176 层 3D NAND 于 2021 年底量产。公司目前 NAND 超 50%的销售额为 128 层 3D NAND 贡献，176 层 3D NAND 在 2021 年 底进入量产，预计到 128 层和 176 层合计的销售份额将接近 80%。
4.2.3 美光科技：美国最大存储芯片供应商，尖端制程保持领先
美光是美国最大的存储芯片供应商，产品包括 DRAM、Flash 和 USB 闪存驱动器。1987-2000 年期 间，公司营收从 912 万美元增至 64 亿美元，但连续亏损。随着规模扩张，2014 年以后公司摆脱了早期连 续亏损的状况，持续盈利，但由于产品毛利率与行业景气周期高度相关，其盈利能力波动较大。
从产品结构看，DRAM 占公司营收的 73%，NAND 占 24%，其他占 3%。从应用结构看，来自计算 和网络事业部（对应服务器、PC）的收入占 44%，来自移动通讯（对应智能手机等）的收入占 25%，来 自 SSD 及颗粒级产品的收入占 15%，来自嵌入式产品（对应汽车、工业、消费电子）的收入占 15%。
公司为业内首家 1αnm DRAM 量产厂商，EUV 技术预计 2024 年导入 DRAM，176 层 3D NAND 率 先量产。（1）DRAM 方面，公司 2021 年初开始量产 1αnm 工艺的 DDR4，容量为 8Gb 和 16Gb。2021 年 6 月，公司宣布批量出货 1αnm LPDDR4X。其导入 EUV 技术的时间延后于三星电子和 SK 海力士，计划 在 2024 年以前在 1-γ 节点在有限的层数中采用 EUV，然后扩展到具有更大层采用率的 1-δ 节点。（2） NAND 方面，公司 2020 年 11 月已量产全球首款 176 层 3D NAND。此外，公司正在出货 176 层手机闪存 驱动器，可满足 5G 智能手机的快速数据处理需求。
4.3 国内厂商：兆易创新、北京君正、东芯股份领头
4.3.1 兆易创新：本土利基存储龙头，NOR+MCU+DRAM 三大产品线全面发力
兆易创新成立于 2005 年，早期从事 NOR Flash 的研发，2011 年组建 MCU 事业部，2013 年发布国内 首款 32 位 MCU 和 SLC NAND，2019 年完成对上海思立微的收购，布局人机识别，2021 年 6 月，首款自 研 DRAM 顺利出货。自此，公司完成了“存储+控制+人机交互”的全面产品布局，一种存储业务涵盖 NOR Flash、SLC NAND 和 DRAM。
近年来收入规模快速扩大，MCU+NOR+DRAM 开始全面发力。受益于 TWS 等可穿戴产品推动的 NOR Flash 市场景气度上升，近年来公司业绩快速增长。2016-2020 年营收 CAGR 达 26.3%，近 4 年毛利 率维持在 30%以上；21H1 实现营收 25.9 亿元，同比增长 153.8%。从产品结构看，公司从 2020 年及以前 的依赖 NOR 成长，发展至 2021 年 MCU+NOR 双轮驱动，2022 年随着自研 DRAM 放量，公司三大主力 产品 MCU+NOR+DRAM 开始全面发力，对应 3 个未来十亿美金体量的业务，成长空间打开。从收入结 构看，NOR 和 MCU 的产品结构和客户结构持续升级，工业、车载等中高端领域营收贡献增加，公司盈 利质量提升。
分产品线看：
NOR Flash 为主力产品，全球市占率约 20%。公司于 2008 年发布国内首颗 180nm SPI NOR Flash， 此后经历了多次迭代发展，从 90nm 到 65nm，再到 2021 年量产 55nm。目前公司 NOR Flash 产品容量从 512Kb 至 2Gb，电压涵盖 1.8V、2.5V、3.3V 以及宽电压产品，覆盖客户绝大部分需求，且 2019 年 SPI 接 口产品已通过 AEC-Q100 认证，收入占比逐步提升。NOR Flash 为公司主力产品，目前全球市占率约 20%。
SLC NAND 通过车规级认证，打开成长空间。公司于 2013 年发布第一颗 SPI NAND，2017 年 38nm 量产，此后掌握 38nm 制程 SLC NAND 产品稳定量产能力，并在 2020 年量产了全国产化 24nm 的 4Gb SPI SLC NAND。目前公司提供 PPI 和 SPI 两种接口产品，容量为 1-8Gb。2022 年初，公司的全国产化38nm SPI NAND 通过 AEC-Q100 车规级认证，容量涵盖 1-4Gb，可用于车载网关、行车记录仪、智能座 舱、TBOX 等，填补了国产大容量车规存储的空白。
自研 DRAM 放量，17nm DDR3 有望 2022 年中量产。公司 DRAM 业务分为代销和自研，代销业务 与长鑫存储合作，代销其通用型 DRAM 产品。自研 DRAM 为公司进行芯片设计，长鑫存储进行代工， 2021 年 6 月推出并销售 19nm 4Gb DDR4，主要面向 IPC、TV、路由器等利基市场，预计 17nm DDR3 有 望于 2022 年中量产，逐步贡献营收。2022 年公司自研 DRAM 将加速放量，公司预计自研 DRAM 向长鑫 存储采购代工费约 8.6 亿元，同比大幅增长 355%。
MCU 产品生态建设中，国产替代空间广阔。公司 2013 年开始在市场推广 MCU 产品，其产品线、生 态系统、产品成熟度不断完善，其内核涵盖 ARM Cortex-M3、M23、M33、M4，并推出全球首个 RISCV 内核的通用 MCU。MCU 产能紧缺背景下，公司 MCU 打入更多高端客户供应链，对 ST 等海外厂商形 成替代。工业、汽车等应用占比提升，产品结构持续升级，预计 2021 年占比达到 10%-20%。新产品方面， 基于 MCU 的电机驱动芯片、电源管理芯片、WiFi 产品陆续推出。车规方面，除现有汽车后装产品外， 公司车规级 MCU 有望于 22 年中量产。
4.3.2 北京君正：嵌入式 CPU 领先厂商，车载 IC 细分龙头
始于自主创新的嵌入式 CPU 技术，本部业务涵盖智能视频芯片和微处理器。公司成立于 2005 年，并于 2011 年上市，由国产微处理器的最早倡导者发起，最初的业务基于公司的自主创新的 CPU 技术，以此为核心 形成 SoC 产品。目前，公司正在多媒体编解码技术、影像信号处理技术、AI 引擎技术、AI 算法技术等领域持 续投入研发并形成了自主技术，本部业务涵盖智能视频芯片和微处理器两大业务线。
并购北京矽成，拓展存储和模拟产品线，完成“存储+模拟+互联+计算”的产品布局。2020 年公司并购北京 矽成后，业务从智能视频芯片和微处理器两条业务线，扩展至涵盖 DRAM、Flash、SRAM 等主要存储器类别的存储芯片业务线和包含 LED 驱动芯片、触控传感芯片、MCU、LIN、CAN、G.vn 等在内的模拟与互联芯片 业务线，完成了“存储+模拟+互联+计算”的产品布局。
北京矽成核心资产为 ISSI，ISSI 为车规级存储芯片龙头。ISSI 成立于 1988 年，1995 年于美国纳斯达克上 市，主营存储芯片（DRAM、Flash、SRAM），随后于 1999 年切入车规级存储及模拟芯片市场，目前已成为细 分领域龙头。2015 年 ISSI 被北京矽成等组成的财团以 7.8 亿美元私有化收购并退市。ISSI 十余年间持续稳定增 长，1993-2015 年其营收从 3.02 亿元持续增长至 19.36 亿元，22 年间复合增速达 8.8%，私有化后成长提速，营 收规模进一步增长至 2018 年的 28.77 亿元，2015-2018 年复合增速达 14.1%。
并购后规模显著扩大，后疫情时期需求恢复，业绩大增。近年来，公司营收保持较快增长，从 2016 年的1.12 亿元增长至 2019 年的 3.39 亿元，复合增速达 44.84%；归母净利润从 2016 年的 705 万元增长至 2019 年的 5866 万元，复合增速达 102.64%。随着北京矽成并表，公司 2020 年营收大幅增长至 21.70 亿元，同比增长 539.40%，由于收购北京矽成产生合并对价摊销（PPA）的影响，公司归母净利润并未明显增长，全年实现归 母净利润 7320 万元，同比增长 24.79%。2021 年，伴随着后疫情时期汽车、工业、消费等需求的恢复，叠加晶 圆产能紧张带来的涨价效应，公司 21Q1~Q3 实现营收 37.93 亿元，同比增长 208.85%，实现归母净利润 6.35 亿 元，同比增长 2733.52%。
存储芯片已成为公司主营业务，占比近 70%。2008-2013 年（2014-2015 年数据未披露），公司的主营产品 为便携消费电子 CPU 芯片、便携教育电子 CPU 芯片和移动互联网终端 CPU 芯片，其中便携消费电子需求紧缩， 收入占比从 2008 年的 73.41%下降至 2013 年的 36.55%，便携教育电子需求兴起，收入占比从 21.62%提升至 61.42%。2016 年，随着公司战略转向 AIOT，公司主要产品转变为智能视频芯片和微处理器，至 2019 年，智 能视频芯片占比达 52.61%，微处理器占比达 43.26%。2020 年收购北京矽成后，公司存储芯片收入占比大幅提 升，截至 2021 年上半年，存储芯片收入占比达 69.11%，模拟及互联占 8.22%，智能视频芯片占 16.55%，微处 理器占 4.06%，存储芯片已成为公司主营业务。
公司已拥有 ISSI、Lumissil 和 Ingenic 三大业务品牌，形成了“存储+模拟+互联+计算”的技术平台。 未来，本部与矽成的产品技术、研发团队、客户资源等协同效应逐步加强，车规级处理器、消费级存储 器都将为公司打开新的成长空间。
4.3.3 东芯股份：本土 SLC NAND 龙头，聚焦利基型存储
聚焦中小容量存储芯片，本土 SLC NAND 龙头。公司聚焦中小容量通用型存储芯片，是国内少数可同时 提供 NAND、NOR、DRAM 等存储芯片完整解决方案的厂商，其中 SLC NAND 销售规模居国内第一，为国内 龙头。经过多年的经验积累和技术升级，公司打造了以低功耗、高可靠性为特点的多品类存储芯片，产品不仅 在高通、博通、联发科、中兴微、瑞芯微、东芯股份、恒玄科技、紫光展锐等知名平台获得认证，同时已进入 三星电子、海康威视、歌尔股份、传音控股、惠尔丰等国内外知名客户的供应链体系，被广泛应用于通讯设备、 安防监控、可穿戴设备、移动终端等终端产品。
收购韩国 Fidelix 并整合其核心技术，获得华为哈勃、上汽集团、国家大基金二期等投资。公司前身东芯 有限于 2014 年成立，后在中芯国际的工艺平台上开始 SLC NAND 的研发。2015 年 6 月，东芯有限以受让韩国 Fidelix 公司核心经营团队安承汉等 15.88%股份并增资的方式，合计持有 Fidelix 25.28%的股份，成为其控股股 东、实际控制人，并获得其 NAND、NOR、DRAM 及 MCP（多芯片封装存储器）等技术。2019 年，东芯有限整体变更为股份公司，并引入中电基金、海通创投等股东，2020 年进一步引入华为哈勃、国开科创、青浦投 资等知名投资机构。2021 年公司进行 IPO 前战略配售，获得上汽集团、国家大基金二期等战略入股，12 月公 司于科创板成功上市。
公司聚焦利基型存储，在三大产品线上不断开发新品。（1）NAND：公司的 SLC NAND 分 SPI 和 PPI 两 种接口，SPI NAND 容量覆盖 512Mb~4Gb，PPI NAND 容量覆盖 1Gb~8Gb，未来公司将陆续推出 1Xnm NAND、 车规级 NAND、DTR NAND（双倍传输速度）。（2）NOR：目前主要为 SPI NOR，容量覆盖 32Mb~512Mb，未 来将推出更大容量的 NOR 及车规级 NOR。（3）DRAM：目前拥有 LPDRAM、DDR3、PSRAM、SDRAM 等产 品，其中 DDR3 容量覆盖 1Gb~4Gb，LPDDR1/2 容量覆盖 128Mb~2Gb，未来将推出 LPDDR4X。
收入规模快速扩大，盈利能力显著提升。收入方面，终端市场旺盛需求、国产替代持续推进，叠加产品线 不断完善，客户结构不断优化，公司产品出货量年增长率在 30%以上，2021 年实现营收 11.39 亿元，同比增长 45.3%，近三年复合增速达 30.7%。利润方面，在 2020 年扭亏后，2021 年公司实现归母净利润 2.62 亿元，同 比增长 1240.8%，净利率约 23%，实现扣非归母净利润 2.55 亿元，同比增长 1352.5%。
SLC NAND 渐成拳头产品，收入占比逐年提升。公司可提供 NAND、NOR、DRAM 等存储芯片完整解决 方案，此外通过自研 DRAM 及外购 SK 海力士的 NAND，也可提供 MCP 产品。经过多年的产品研发和市场开 拓，公司 SLC NAND 销售占比逐步提升，2021 年上半年销售占比达到 51.3%，NOR、DRAM 和 MCP 的销售 占比分别为 18.8%、6.9%和 20.8%，呈逐年下降趋势。
公司为国产中小容量 NAND 核心标的，2022-2023 年公司的 19nm SLC NAND、LPDDR4X、车规级存储 都有望逐步量产，扩大收入规模，优化产品结构，提升盈利水平。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站
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