spi固件写入nand 半导体存储行业专题报告：从国内NOR Flash产业进阶看利基市场机遇

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

访问数量 : 23

扫码分享至微信

半导体存储行业专题报告：从国内NOR Flash产业进阶看利基市场机遇

（报告出品方/作者：财信证券，张看）

1 投资分析

根据 WSTS 数据，2021 年全球存储市场规模 1582 亿美元，占半导体市场份额的比重为 28.61%，为全球半导体行业重要的组成部分。与之对比的是，国内存储产业相对弱小，在全球份额不高，2020 年中国大陆存储器的国产化率为 1%。基于国内 6 家主要存储器上市公司，近五年存储板块加速增长，总营收规模由 2017 年的 34.06 亿元增长至 2021 年的 188.87 亿元，CAGR 达 53.45%；总归母净利润由 2017 年 4.12 亿元增长至 2021 年的 42.17 亿元，CAGR 达 78.87%。兆易创新、北京君正和聚辰股份分别在 NOR Flash、车规 DRAM 和 EEPROM 等领域具有全球竞争力。我们选取国内竞争力较强的 NOR Flash 产业，借鉴其崛起路径并分析当前国内 Fabless 存储企业的布局以及利基存储产业进阶的可能性。

行业供需关系突发性变化导致参与企业资源再配置，而产品技术迭代弱化进入壁垒。以 IDM 为主的存储行业在面对产品进入生命周期末端时，其资本开支计划日趋谨慎，在面对外部冲击时，资源条件的约束将迫使其放弃低端产线甚至完全放弃市场。产品标准化和技术迭代弱化降低了进入壁垒，这将给新企业补位空间。国内企业通过成本优势和市场机遇切入市场，并逐步形成从低到高的替代。通过抓住 SPI NOR 渗透率提升和消费电子机遇，兆易创新完成了容量与单价的快速上升并跻身产业前三；普冉股份利用 SONOS 工艺的成本优势以及中小容量需求的增长，其出货量超过 26 亿颗。

新增需求提供空间，与国内企业优势匹配，而国内晶圆代工产能自给率上升带来产能保障。物联网与可穿戴设备的快速增长提供了行业新的空间，而此类下游对中小容量的需求更匹配国内企业的竞争优势，而国内晶圆代工产能自给率上升为 Fabless 企业提供产能保障，但同时一定程度上带来行业集中度的分散。 DDR3 市场变化与 2016-2017 年 NOR Flash 变化具有相似性，国内企业有望复制该路径实现产业进阶。1）半导体行业景气导致有限资源的再分配，头部厂商三星退出释放行业超过 30%的份额；2）中小容量 DDR3 产品在消费电子领域依然具备旺盛需求，其不需要汽车电子行业较高的行业认证壁垒，同时对成本具备价格敏感性，符合国内企业从低端向高端渗透的增长逻辑；3）近年来国内晶圆代工企业技术上的日益成熟提供了产能支撑，相较于台系 IDM 企业资本开支约束，国内 Fabless 公司在份额争夺上占有先机；4）国内利用先进制程生产利基产品的模式将构成成本优势。

SLC NAND 同样面临国产替代机遇，国内企业有望获得份额。海外企业逐步转向工控与汽车领域，陆续退出 4Gb 以下中低容量 NAND 市场，SLC NAND 主要玩家逐步转向国内大陆与台企。如通信、汽车电子、物联网、可穿戴设备和工控等新兴应用场景的拓展，下游市场对具备高可靠性、低功耗等特点的中小容量存储芯片需求也持续上升，也为国内企业带来国产替代机遇。

基于 2016 年以后国内 NOR Flash 产业进阶路径，我们重点关注两个阶段和三个指标：第一阶段为龙头退出份额的再分配，核心指标为出货量的倍数扩张和产品在料号和容量上的加速覆盖；第二阶段为利润释放，在某一时期由于供给冲击或新的增量需求导致供需逆转，以容量和销量为基础，通过涨价攫取大量利润。

2 NOR Flash 基本特征与竞争格局

NOR Flash 市场规模较小，偏向于利基型行业。在非易失性存储产业中，由于 NOR Flash 在容量成本上相较于 NAND 有较大劣势，在 1Gb 以上几乎不具备性价比，市场规模相对较小。根据 SEMI 数据，2021 年 NOR Flash 和 EEPROM 市场规模约 40 亿美元，而 NAND Flash 全球市场规模约 636 亿美元，DRAM 市场规模约为 870 亿美元，NOR Flash 和 EEPROM 占存储行业比重约为 2.6%。商品标准化程度高，技术进步不明显。存储产业商品化程度较高，同时 NOR 1Gb 以上受 NAND 替代影响，其容量上升路径受阻，行业整体技术进步并不明显。以产品多样性和制程迭代作为衡量标准，当前 NOR Flash 领先企业的旺宏在 2015 年即提出 48nm 开发计划，此后该计划延续至 2021 年才变更为 45nm 并向客户送样，同时近年来几乎不将 NOR Flash 纳入研发投入。制程占比上旺宏 55nm 工艺占比由 2017 年约 5%提升至 2022Q1 的 62%，相较于逻辑节点其渗透率速度并不快，同样兆易创新在 2013 年大规模销售 65nm 节点产品后，将重点转向容量提升，2019 年才在 55nm 上推出系列产品，中高容量产品并不以成本与体积作为考量优势，不影响厂商出货量的快速上升。

参与企业以调整业务结构为主要手段，部分战略性退出市场。随着 2010 年三星退出行业和 2014 年底 Cypress 与飞索合并后，NOR Flash 供应商主要包括 Cypress、旺宏、美光、华邦电和兆易创新。其中 Cypress 被英飞凌合并后大幅缩减了在消费电子端的业务规模，集中应用于汽车和通信领域；美光收购恒亿后由于亏损，也再度缩减相关业务规模；现有旺宏和华邦电均专注于调整 NOR 业务结构，增加高容量产品业务占比，并将业务向工控/汽车/通信等领域倾斜，而新的资本开支则主要投向 DRAM 与 NAND。

市场集中度随并购与退出周期性升降，2020 年离散度加剧。受智能手机逐步取代功能机的影响，2009-2016 年 NOR Flash 市场规模一路下降至低于 20 亿美元，存储大厂陆续宣布退出或缩减业务，该阶段 CR5 份额逐渐下降；2016 年后以中低容量为主的消费电子与物联网设备需求增加，新进入玩家较多，在 2020 年市场离散度增加。市占率第一的企业份额从 2010 年的 32%下降到 2020 年的 25%，CR5 份额由 2017 年的 92%下降至 2020 年的 78%。回顾整个过程，行业竞争格局变化的核心来自于行业前景预期变动和龙头策略调整有关，2020 年的离散度变化则由国内企业的快速崛起相关。

3 旧路径：国内 NOR Flash 产业进阶复盘

借成本与技术优势，国内企业参与度提升。我们以上市/拟上市企业为研究集（兆易创新/普冉股份/东芯股份/恒烁半导体/芯天下），复盘过去我国内地龙头与新兴企业成长路径。 3.1 借消费电子东风，兆易创新逐步成长为行业前三从量增到价涨，兆易创新 NOR 的成长三阶段。按照公司平均价格与销量变化，公司发展历程可划分为三个阶段：

1）2014-2016 年，公司存储芯片销售量由 11.08 亿颗增长至 16.86 亿颗，复合增速为 23.36%，主要得益于份额提升以及手机存储芯片多晶圆封装需求提升，在此过程中受竞争与定价策略影响，单颗 asp 变化幅度较小。

2）2017-2019 年，公司存储芯片销量由 17.36 亿颗增长至 28.75 亿颗，复合增速为 28.69%，在该阶段行业龙头策略性退出，公司最核心变化是在继续保持销量快速成长的同时，加快了低容量向高容量的产品切换，2017 年公司产品集中于 128Mb 以下，后加速推出 256Mb 及以上产品。到 2019 年得益于消费电子客户的导入和可穿戴设备的爆发，兆易创新出货量同比增长 45.57%至 28.75 亿颗，基本追平旺宏和华邦电的出货数据。同时从年报表述上，其产品推出速度明显加快。

3）2019-2021 年兆易创新存储芯片（以 NOR Flash 为主，在此仅考虑 NOR 产品）出货量从 28.75 亿颗增长至 32.88 亿颗，位居全球第二，仅次于华邦电 37.93 亿颗，但复合增速降至 6.94%。主要收入增长来源于价格端的变化，存储芯片平均价格由 2019 年的 0.79 元提升至 2021 年 1.66 元，逐渐逼近华邦电的 NOR Flash 平均价格 1.92 元，落后于旺宏的 2.84 元（由于旺宏与日本游戏机行业强绑定，第一大客户占比超过 40%，具有一定特殊性）。

在价格提升的主导下，公司毛利率稳步攀升。2020 年以前公司微控制器业务占比相对较小（15%-20%之间），毛利率较稳定（43%-47%之间），其营业利润主要影响因素以存储芯片为主。我们考察公司存储器板块的销售毛利率变化，在美光/赛普拉斯陆续宣布退出低端产品后，2017 年受益于竞争格局改善与提价，公司毛利率从 25%以下上升一个台阶至 37.61%并基本维持在该水平，到 2021 年新一轮景气中，公司通过产品调整与提价将毛利率进一步提升至 39.71%。

完成技术积累后，进一步扩大在工控与汽车领域的份额。公司 GD25/55、GD5F 全系列产品通过 AEC-Q100 车规级认证，实现了从 SPI NOR 到 SPI NAND 车规级产品的全面布局。目前公司车规级 Flash 产品已在国内外多家知名汽车企业批量采用，可为车载应用提供大容量、高可靠性、高性能的产品及解决方案。（报告来源：未来智库）

3.2 新兴企业皆集中成立，主承接中低容量产品

目前上市/拟上市企业普冉股份/芯天下/恒烁股份以及未上市的珠海博雅/豆萁科技等均集中成立于 2014-2016 年，主要容量覆盖 256Mb 以下产品，各企业复合增速超过行业平均水平。

随着主要的 NOR 参与方持续压缩低容量业务规模，而包括物联网设备、TWS 耳机、 AMOLED、TDDI 等产品的快速增长创造了旺盛的中小容量需求，这些应用产品容量范围在 4Mb~128Mb，有利于中小企业参与。根据普冉招股说明书，TWS 蓝牙耳机预计能为 NOR Flash 带来 3 亿美元的新增市场，AMOLED 屏幕市场预计能带来 1 亿美元的 NOR Flash 新增市场，TDDI 的增长预计能为 NOR Flash 带来 5 亿元人民币的市场增长。代表企业普冉股份利用其技术优势与低价策略，2021 年销量规模达到 27.59 亿颗，营收规模来到 10 亿级别。从盈利能力与价值量的角度，营收规模较大的新兴企业集中在消费电子领域，其容量集中于 128Mb 及以下。

2016 年后国内产品容量/制程推进速度加快，并逐渐具备成本/技术上的独特优势。从技术演进情况来看，NOR Flash 产品升级路线相对明确，围绕更先进的制程/更高的容量的路径稳步推出新产品，实现研发-流片-量产-销售。随着美光和赛普拉斯在 2016 和 2017 年先后宣布退出 NOR 低容量，在非易失性存储方向上将资源向更高性价比的 NAND 进行倾斜，国内产业开始进入快车道。新兴企业陆续成立，而龙头兆易创新在产品推出速率上也明显加快，2017 年 256Mb 产品量产，到 2020 年推出代表 SPI NOR Flash 行业最高水准的容量高达 2Gb、高性能的 GD25/GD55 B/T/X 系列产品，产品竞争力基本以年为单位快速逼近国际主流水平。

与中高容量为主三巨头不同，由于中低容量市场竞争较为激烈，且下游多为物联网和消费电子设备，参与厂商往往通过制程升级以满足下游对成本与体积的需求，大多数企业制程节点来到 55nm 以下，与兆易/华邦/旺宏等基本一致甚至更低，在工艺升级上也表现出来更强烈的意愿。除此以外，部分参与厂商逐步发展出特殊的技术路线。如普冉半导体获授权采用的 SONOS 工艺能够减少必要的掩模和处理步骤的数量，降低芯片的总体尺寸和面积； SONOS 不易受漏极导通和浮栅干扰，并且对应力诱导漏电流（SILC）不敏感，可以实现更快的编程和更低的写入/擦除电压，并且将工艺节点提升至 40nm，实现在中低容量上的竞争力。

3.3 小结：国内 NOR Flash 产业进阶的典型路径

NOR Flash 行业—自下而上实现国产替代的典型路径。我们在此对国产替代定义更加广泛，即国内企业从国内市场替代到参与全球竞争的过程。从路径上，我们可过程归类为：行业景气上行-海外厂商资源约束-海外厂商出让市场-国内企业进入-规模迅速扩大 -研发/设备再投资-技术逼近-参与主流竞争。其潜在的约束和有利条件包括：

1）行业供需关系发生突发性变化，主要参与企业在资源约束下战略性放弃部分低容量市场，甚至完全退出行业。存储行业的主要参与方以 IDM 为主，在面对行业进入生命周期末端时，其资本开支计划日趋谨慎，在面对外部冲击时，资源条件的约束将迫使其放弃低端市场，这将给新企业补位空间。在 2016-2017 年期间，美光将 NOR 产线转向 NAND，Cypress 出售伯明顿 12 寸晶圆厂，产能进一步缩减。

2）国内企业通过成本优势和市场机遇切入市场。根据公司投资者关系活动记录表，兆易创新上市初期中心节点约为 64Mb，之后借助 SPI NOR Flash 在低功耗领域的应用，其出货量和中心节点快速上升，迅速成为中国市场 SPI NOR Flash 市占率第一；普冉股份依托 SONOS 工艺在 64Mb 的成本优势，其出货量快速增长至 2021 年 27.59 亿颗。

3）新增需求提供空间，与国内企业优势匹配在手机上被 NAND 取代以后，NOR Flash 市场的主要增量为 OLED/物联网/可穿戴设备，其规格容量集中在 8-128Mb，为国内企业的营收增长提供空间。

4）完成技术积累后，借价格与成本优势冲击高端产品由于 NOR Flash 结构具有相似性，外围控制电路决定芯片的控制算法，存储单元影响芯片的单位面积和操作电压等基础参数。国内芯片设计企业在小容量 NOR 产品上完成利润与技术的积累后，通过优化电路驱动、结合面向制造和可靠性的芯片设计技术和生产工艺提高良率等手段，实现在高容量产品上的价格与成本优势，产品 asp 趋近于国外企业。

4 新机遇：利基市场 DDR3 与 SLC NAND 带来新空间

4.1 DDR3：当前阶段有望重现 NOR Flash 增长路径

DDR3 市场规模企稳，逐步转入利基市场，预计 2021 年规模约为 75 亿美金。随着 DDR4 对 DDR3 在主流市场的替代接近尾声，DDR3 占整体 DRAM 规模逐步企稳，2021 年其市场预计占 DRAM 市场比重的 8%，规模约为 75.35 亿美元，并预计到 2022 年增长至 84 亿美元。中低容量利基型 DDR3 市场参与方中，2021 年三星与美光依然保留 DDR3 产能，台系利基DRAM生产大厂南亚科DDR3占比约为30%，三者合计占据市场超过80%的份额，其余厂商营收规模大致相当（2-3 亿美元）。从产品结构上，三星停止在 DDR3 上的投入，仅具备 1/2/4 Gb 产品约 75 款产品，美光具有完整 1-8Gb 产品线但型号仅 51 款，南亚科深耕 4 Gb 以下容量，产品线较为丰富，型号多达 135 款。

头部厂商三星退出释放行业机遇，行业迎份额洗牌关键节点。从时间节点上，2022-2023 年将成为 DDR3 市场份额再分配的重要年份，一方面供给端的三星等 2022 年下半年后不再接收新订单，IDM 台厂装机量产时间节点大多在 2023 年后，而下游需求如通信、汽车、安防监控和工业需求相对稳定，这将为国内 Fabless 企业扩大市占率提供机遇。

DDR3 依然在部分细分市场上具备旺盛生命力。尽管 DDR4 在服务器/PC 领域为当前主流选择且逐步迭代至 DDR5，但在运行周期长、需要与旧内存技术兼容的设备/通信/ 物联网设备等领域依然大规模使用 DDR3，如物联网使用的开发板与扩展板未进行更新，则会继续采用兼容的 DDR3 产品。目前安防监控、网关路由器、WiFi 和机顶盒均可见使用 1Gb-4Gb 不等的 DDR3 内存。制程工艺相对集中，国内具有潜在成本优势。利基 DDR3 市场主要生产厂商中，华邦电重点拓展 25nm 制程技术并研发储备下一代；晶豪科于 2021 年初步完成 25nm 开发进入导入量产工作；南亚科 2017 年完成了 20nm 的 DDR3 认证与量产工作。而国内企业兆易创新则借助合肥长鑫生产 17nm DDR3，北京君正（ISSI）与东芯股份则均为 25nm，整体 DDR3 制备工艺相对集中，而兆易创新具备工艺领先优势。

当前 DDR3 变化与 2016-2017 年 NOR Flash 变化具有相似性，国内企业居于更优势地位。回顾 NOR Flash 发展历程，随着市场份额分别居第一位和第三位的赛普拉斯和美光陆续宣布退出中小容量 NOR，旺宏与华邦电 2016-2017 年出货量增速分别为 16.73%/40.34%和 15.86%/28.01%，成为此轮行业出清的最大赢家，2018 年市占率迅速上升至前两位。而随着中芯国际和华虹半导体技术的追赶，国内企业后来居上，增速高于行业平均。我们认为当前 DDR3 机遇类似于 2016-2017 年的 NOR Flash，且国内企业在份额争夺中具备一定优势，原因在于： 1）半导体行业景气导致有限资源的再分配，头部厂商三星退出释放行业超过 30%的份额； 2）中小容量 DDR3 产品在消费电子领域依然具备旺盛需求，其不需要汽车电子行业较高的行业认证壁垒，同时对成本具备价格敏感性，符合国内企业从低端向高端渗透的增长逻辑； 3）近年来国内晶圆代工企业技术上的日益成熟提供了产能支撑，相较于台系 IDM 企业资本开支约束，国内 Fabless 公司在份额争夺上占有先机； 4）国内利用先进制程生产利基产品的模式将构成成本优势。

基于 2016 年以后国内 NOR Flash 产业进阶路径，我们重点关注两个阶段和三个指标：第一阶段为龙头退出份额的在分配，核心指标为出货量的倍数扩张和产品在料号和容量上的加速覆盖；第二阶段为利润释放，在某一时期由于供给冲击或新的增量需求导致供需逆转，以容量和销量为基础，通过涨价攫取大量利润。

4.2 SLC NAND：国内企业积极进取

SLC NAND 在高可靠性市场具有利基地位。按照每个 NAND 闪存单元能够储存的位数进行分类，NAND 闪存可分为 SLC/MLC/TLC 和 QLC。为追求更高密度和更低的成本，主流市场产品中 TLC 占有较大的市场份额，并有部分开始采用容量更大的 QLC 颗粒。与之对应的是，容量越大，其耐久性越低，可擦写次数也越少，即使有日益发展的控制器和固件技术的帮助，MLC/TLC 产品也不太适合用于工控等高可靠性市场，主要表现在 3 个方面：1）存储单位越多，电路需要更精确复杂的算法的分配电荷，导致读写速度变慢；2）在 Copyback/Partial 编程上，MLC/TLC 对读/写/改或小块操作表现更差；3）存储单位越多，可擦写次数越少，不适用于频繁更新或追求可靠性的场景。因此，在小容量 NAND 领域，串口 SPI NAND 为过去使用 NOR Flash 需要可靠性要求高/小封装，又要求容量在 1GB以上提供了代码及数据存储的解决方案；而并口 PPI SLC NAND 产品则适用于高带宽应用。

依托高可靠性市场与新兴场景应用的拓展，SLC 市场稳健增长。根据 Gartner 数据统计，2019 年 SLC NAND 全球市场规模约为 16.71 亿美元，并预计到 2024 年增长至 23.24 亿美元，复合增长率将达到 6%。随着如通信、汽车电子、物联网、可穿戴设备和工控等新兴应用场景的拓展，下游市场对具备高可靠性、低功耗等特点的中小容量存储芯片需求也持续上升。包括 5G 基站/CPE、PON、路由器和机顶盒等通信应用、安防监控、智能家居和汽车电子等物联网应用等对 SLC NAND 的市场需求形成支撑。

目前 SLC NAND 利基的市场主要参与方包括国外的三星、SK 海力士、镁光和铠侠等，我国台湾企业主要包括旺宏、华邦和晶豪科等，国内则为兆易创新、北京君正、东芯股份和芯天下等。由于海外企业逐步转向工控与汽车领域，陆续退出 4Gb 以下中低容量 NAND 市场，SLC NAND 主要玩家逐步转向国内大陆与台企。从技术层面上，旺宏 19nm SLC NAND 顺利出货并在 2021Q4 位元占比达到 59%，其余厂商集中在 24nm 和 38nm，东芯股份 SLC NAND 量产产品以中芯国际 38nm 为主，力积电 28nm 部分产品已量产，中芯国际 24nm 产品达到量产标准，基于中芯国际 19nm 工艺节点的产品已经进入研发阶段。（报告来源：未来智库）

5 新布局：国内企业利基市场产品策略

5.1 兆易创新：从 NOR 到 MCU 到 DRAM

围绕成本与国产替代优势，兆易创新实现从 NOR 到 MCU 的双轮驱动策略。上市以来公司业绩与股价可大致分为两个阶段：2017-2019 年由 NOR Flash 高速发展驱动的增长和2020-2022年由NOR景气和MCU快速成长带来的市值增加。从路径上可看到公司NOR 产品初期重销量轻价格的方式实现了出货量/产品容量/产品料号的快速完善，并借助行业的两次景气完成利润的增长。MCU 产品在初期的研发投入和 pin-to-pin 替代 STM32 的基础上进一步丰富在主频、内存、外设管脚的多样性，形成 32 个系列超过 400 余款产品，最终厚积而薄发，其出货量由 2019 年的 1.09 亿颗快速增长至 2021 年的 3.94 亿颗，近两年复合增速为 90.12%。

DRAM 从代销转向自研产品，以制程优势切入利基 DRAM 市场。公司于 2021 年 12月公告2022年度日常关联交易，预计2022年代销长鑫存储DRAM产品的1.7亿美金，与去年同期交易额相当；预计自有品牌采购代工 1.35 亿美元，而去年 1-11 月共计采购金额为 0.3 亿美元。公司信息显示 2021 年已量产首款 19nm 4Gb DDR4 产品，广泛应用在消费电子（包括机顶盒、电视、智能家居等）、工业安防和网络通信等领域。目前公司 17nm DDR3 产品按计划推进，并预计 2022 年开始贡献营收。根据官网信息的产品料号数据，公司主要进入大批量供应（MP）阶段的为 DDR4 4Gb 产品，速率涵盖 2400Mbps-3200Mbps；DDR3 料号数相对较少且均处于样品阶段，主要集中在 4Gb 和 2Gb 上，共 8 款商规和 12 款工规产品，速率涵盖 1866Mbps-2133Mbps，电压参数 1.35/1.5V。目前随着三星的退出，主流 DDR3 制程为 25nm，南亚科技技术较为领先，而兆易创新借助合肥长鑫生产 17nm DDR3 将在工艺上具备优势。

5.2 北京君正：借 ISSI 切入车规市场

公司通过收购 ISSI 迅速获得完整的车规级存储产品线，避免进入该细分领域所需要的长时间开发与认证过程，并同时带来了模拟与互联芯片产品。根据 Omdia 统计，2021 年度 ISSI SRAM、DRAM、Nor Flash 产品收入在全球市场中分别位居第二位、第七位、第六位，处于国际市场前列。根据公司 2021 年年报，北京矽成（ISSI）实现营收 40.83 亿元，占公司营收比重的 77.42%，实现净利润 6.08 亿元，占利润的比重的 65.66%。分产品来看，2019 年 1-5 月 DRAM 收入占比 62%，其次 SRAM 为 19%；分下游应用领域来看，汽车与工业占据主要份额，分别为 39%和 31%；消费电子占比较小，仅为 16%。

根据官网公开的产品选型手册，ISSI 涵盖 RLDRAM、DRAM、LPDRAM、NOR Flash、 MCP 和 SRAM 共计 6 大类。其中最主要的收入来源 DRAM 包括 SDR、DDR、DDR2、 DDR3 和 DDR4，其中 DDR4 产品以 4Gb 以上大容量为主，车规（IS46）与非车规（IS43）各 5 小类；DDR3 为公司主力产品，容量覆盖 1-16Gb，电压以 1.35V 和 1.5V 分类合计车规（IS46）与非车规（IS43）各 29 小类，另外还包括 1.8V 的 DDR2、2.5V DDR SDRAM 和 3.3VSDRAM。

制程迁移提升竞争力，加速产品拓展。公司目前主要产品 DDR3 制程为 25nm，与当前市场主流制程相当，并随着市场需求不断更新工艺。公司主要依托自身在非消费电子领域的优势逐渐拓宽产品线。根据年报，公司 8Gb LPDDR4 产品预计将于 2022 年开始送样。公司不断加大 Flash 产品线的市场推广，在汽车、工业、医疗和高端消费等市场的强劲需求下，Flash 业务同比实现了快速增长，车规 Flash 产品的市场销售在快速成长中。公司完成了两款面向大众消费类市场的 Nor Flash 芯片产品的投片并展开了市场推广，预计可于 2022 年实现量产销售。

5.3 东芯股份：SLC NAND 为主，兼顾 DRAM 与 NOR Flash

公司早期聚焦于平面型 SLC NAND Flash 的设计与研发，目前基于 SMIC 24nm 工艺平台，实现 1Gb 到 32Gb 系列产品设计研发的全覆盖，并在 2021 年基于 19nm 完成 SLC NAND 的首颗流片。公司之后通过收购韩国 Fidelix 加强在 DRAM、NOR 和 MCP 产品上的技术储备。目前公司所售产品主要为利基型 SLC NAND，NOR 系列产品主要面向消费级市场，DRAM 产品主要为针对利基型市场的中小容量 DRAM。根据公司 2021 年年报，公司 NAND 系列产品实现收入 6.60 亿元，占业务收入比重的 58.16%，NOR/DRAM/MCP 收入占比分别为 16.53%/6.97%/15.72%。根据公司官网的产品数据，SPI/PPI NAND 产品系列丰富，SPI NAND 包括 512Mb~4Gb 容量，可提供 3.3V/1.8V 两种电压，具备 WSON、BGA 多种封装形式；PPI NAND 则包括 1Gb~8Gb 容量，3.3V/1.8V 两种电压，多种封装方式的产品，以满足不同应用场景。公司产品在网络通信，智能音箱，安防监控，机顶盒等领域中广泛应用。

加速制程追赶提升成本优势。根据招股说明书，东芯股份 SLC NAND 已量产 38nm/28nm，中芯国际 24nm 产品达到量产标准，基于中芯国际 19nm 工艺节点的产品已经进入研发阶段。公司设计研发并量产的 24nm NAND、48nm NOR 均为大陆目前领先的工艺制程。公司还加大了在车规级产品的开发，38nm 工艺上可以为客户提供车规级的PPI NAND 以及 SPI NAND 样品，容量包括 1G 到 8G 车规的 NAND Flash。目前正在研发的是 48nm 中高容量的 NOR Flash 车规级产品。

5.4 总结：利基型市场大有可为

我们将三家公司从营收规模、主营业务构成、销售量规模、量产制程、代工厂和产品组合的多角度进行汇总，以更直观的反应三者的业务布局差异。

业务布局上，兆易创新为全球领先的 NOR Flash 供应商，并逐步拓展至 DRAM 业务，包括 DDR3 与 DDR4；北京君正则通过收购 ISSI 获得了较为完善 DRAM 生产线，其涵盖车规与非车规级别；东芯股份以 SLC NAND 产品为主，并陆续补齐了 NOR 和 DRAM；制程与代工厂分布上，新进入厂商对新技术接受度更高，包括君正与东芯的 NOR 采用的制程分别为 50/48nm，而兆易创新生产 DDR3 也采取了 17nm 工艺，国内企业工艺制程水平与行业主流相差不大。中芯国际为国内存储行业重要的代工厂之一，除了北京君正供应商分布相对分散以外，其余两家均集中于 2-3 家晶圆代工厂，各公司主要产能依托于本土晶圆厂，整体对台湾地区代工厂依赖度在降低。

（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

spi协议时序图和四种模式实际应用详解

大家好，我是无际。

上个章节我们讲解了spi接口定义，今天我们更加深入讲解下spi协议时序图和spi四种模式的用法。

刚开始接触单片机开发时，最怕就是看时序图，对于我来说就是奇怪的知识。

特别是SPI和IIC的，以前写程序都直接复制别人程序，功能实现就行了也没去研究过数据传输的时候时序具体是怎么样的。

那个时候经验也不足，网上搜的资料说的都太学术化了，也看不懂。

后面项目做多了，发现最常用到的通信总线无非就是SPI、IIC、USART、CAN、单口通信。

理解也慢慢深刻了，现在去分析时序图也更加清晰了。

所以，我经常和无际单片机编程的学员灌输一种理念，先学会用，用多了经验丰富了再深入就轻松了 。

不要在你没经验的时候去死磕，否则会付出很多不必要的时间成本。

下面，我们进入主题。

一、spi四种模式详解

在讲时序图之前，我们先要了解spi的四种模式，不同的模式采集数据的方式不一样。

一般内置SPI功能的单片机上，都有两个寄存器配置位CPOL和CPHA。

我们拿STM32单片机来举例，可以通过结构体成员配置。

这是通过固件库直接配置，固件库底层代码也是去配置相应寄存器的。

下面来介绍下CPOL和CPHA到底有什么用。

CPOL就是决定SCLK这个时钟信号线，在没有数据传输的时候的电平状态。

CPOL=0：空闲状态时，SCLK保持低电平

CPOL=1：空闲状态时，SCLK保持高电平

CPHA就是决定数据位传输是从第一个时钟(SCLK)边沿开始，还是第二个从二个时钟(SCLK)边沿开始。

CPHA=0：数据从第一个时钟(SLCK)边沿开始采集

CPHA=1：数据从第二个时钟(SLCK)边沿开始采集

Ok，理解CPOL和CPHA基本概念以后，下面这两个要开始”合体”了。

CPOL和CPHA合体就形成了SPI四种模式。

声明：部分图片源自网络，并非原创哈。

下面再分析下4种模式的区别，比较重要。

因为从机，从机指的是使用SPI协议通信的芯片，比如说w25q64(Flash)芯片，OLED屏等等。

很多从机没有CPOL和CPHA寄存器设置位，如果你看它们数据手册会一脸懵逼，根本找不到这两个东西。

这些都是需要看他们时序图去分析是用什么模式，如果模式不对，数据传输会有问题。

这也是为什么明明自己写了时序用在这个芯片可以，换到别的spi通信的芯片就不行。

1.模式0(CPOL=0，CPHA=0)

模式0特性：

CPOL = 0：空闲时是低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿

CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（上升沿）采样

2.模式1(CPOL=0，CPHA=1)

模式1特性：

CPOL = 0：空闲时是低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿

CPHA = 1：数据在第2个跳变沿（下降沿）采样

3.模式2(CPOL=1，CPHA=0)

CPOL = 1：空闲时是高电平，第1个跳变沿是下降沿，第2个跳变沿是上升沿

CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（下降沿）采样

4.模式3(CPOL=1，CPHA=1)

CPOL = 1：空闲时是高电平，第1个跳变沿是下降沿，第2个跳变沿是上升沿

CPHA = 1：数据在第2个跳变沿（上升沿）采样

不知道你有没有发现，不同的模式，其实就是SCLK空闲时间电平状态和数据采样起点不同

你学废了吗？当初我就是这几种模式看得一脸懵逼。

如果不懂，先从开头继续看，这4种模式是后面分析整体时序图的前提。

二、spi时序图详解

看到这里恭喜你，你马上就能彻底攻破SPI协议了。

Spi时序图，最好的方式就是通过实际应用去学习。

我们拿W25Q64这个Flash芯片举例，这种芯片在SPI通信里都是作为从机的角色，也就SPI Slave。

一般由单片机或者其它处理器作为主控和它通信，SLCK时钟也是由主控发出。

下面是W25Q64读数据指令的时序图，我们以这个例子来讲解下时序图要怎么看。

1.先确定芯片支持什么SPI哪种模式读写数据

确定了用哪种模式，主控，也就是单片机这边才能确定数据采集的方式，主控和从机要保持一致。

从时序图中，不难发现，W25Q64的数据手册直接告诉你支持用SPI模式0和模式3来通信。

有些芯片的数据手册，是没有告诉你的，那怎么知道用芯片哪种模式？

第一步： 通过时序图分析CLK空闲时的电平状态，通过上面那个时序图，我们可以得知，高低电平都可以对吧？那我们现在先用CLK空闲时是低电平这种状态继续往下分析。

第二步： 分析DI和DO是在CLK的上升沿还是下降沿采集数据，注意DI代表从机(W25Q64)的MISO引脚，DO代表从机(W25Q64)MOSI引脚。

我们主要通过DI和DO在数据有效区时CLK是上升沿还是下降沿，来判断

什么是数据有效区？

大家看上面这张图，我用红色框起来的区域就是数据有效区。

一般数据是通过DI和DO两个引脚传输的，所以数据有效区就是，这一时刻，这两个引脚的只能是稳定高电平或者低电平。

相当于数据有效区的电平就是最终要传输的数据位，低电平代表0，高电平代表1 。

传输8个位，代表1个字节的数据。

什么是无效数据区？

例如上图蓝色框的区域就是无效数据区，就是这个时刻CLK数据采集时钟还没来，所以DI和DO引脚的电平都可以任意变化。

理解了这两个概念以后，我们重点需要关心是的DI和DO在数据有效区的时候，CLK是上升沿还是下降沿 。

从上图可以看出，DI和DO在数据有效区时，CLK是上升沿，下降沿的时候，DI和DO处于电平可任意变化的无效数据区。

这样，就可以分析出模式了。

首先上升沿采集数据，通过排除法，这样只有模式0和模式3符合条件。

然后就是CLK空闲时间要为低电平，这样就只有模式0符合了。

所以，知道用模式0以后，单片机那边写程序就知道数据是从CLK上升沿读取，或者发送，还是从下降沿了。

2.分析整体时序

分析时序，我们一定要先熟悉这个时序要实现什么功能，不同的功能虽然时序不一样，但是发送数据的顺序和定义不同。

我们现在分析的这个时序是从W25Q64这个Flash芯片读取存储的数据。

我把整个时序按CLK脉冲顺序 拆分成3个部分：

①读指令

这里要注意的是，读指令数据是在W25Q64的DI引脚产生的，DI相当于W25Q64的MISO，就是接收主控(一般是单片机)发送过来的数据。

所以，这个读指令(0x03)是单片机发给W25Q64的 。

0x03被拆分成8个Bit在DI线上传输，每个CLK上升沿传输1个Bit。

②24位地址

发完读指令以后，单片机继续发24位的内存地址，相当于要读W25Q64哪个内存地址的数据。

这个数据是由单片机程序定的，所以不是固定的，大家可以看到数据位都是可以高电平，也可以是低电平。

③单片机接收数据

这个时候通信双方的角色就变了，单片机变成了数据接收方，W25Q64变成了数据发送方。

因为数据从W25Q64的DO发出了，也就是W25Q64的MOSI引脚。

通过这个时序，单片机就可以读到存储在W25Q64指定地址的数据了。

如果你是我们无际单片机编程学员，看文章还不是很理解的话，可以跟我反馈，反馈的人多就直播讲解，如果少就针对性一对一远程电话讲解。

三、单片机程序注意

51单片机一般没有内置SPI模块，所以整个时序需要自己写程序去模拟，简称模拟SPI。

而STM32单片机一般有内置SPI，就不用自己写程序去模拟时序，直接应用。

但是如果用内置SPI有一个细节，特别容易被忽略，就是你读数据的时候，读一个字节之前要先发一个字节任意值数据。

发一个字节任意值数据是为了在CLK总线上产生时钟，给从机的SPI信号提供时钟用的，从机SPI不会自己产生CLK信号的。

比如我下面这个读数据函数：

能理解到这一步，你基本上就已经吃透SPI协议了。

不管从机怎么换，比如说不是W25Q24了，换成OLED屏了，时序原理也是一样的，只是相关的指令和寄存器不同。

如果对你有帮助，麻烦给我安排个三连趴~