中国半导体存储器市场前景

摘要：本文介绍了存储器芯片分类，国际存储芯片厂商的发展情况，及我国存储芯片供需情况。

关键词：存储器;市场;DRAM;Flash

　　目前“供给侧结构改革”是国内讨论比较多的话题，从供需角度来看，无疑国内芯片市场是结构最不平衡的市场之一。每年国内电子整机的产量以数十亿部/台计，形成了千亿美元级的芯片市场。但满足国内需求的供给中只有很少一部分是由国内芯片企业提供的，其中大部分依赖进口，在进口的集成电路产品中有三大类占据了主导地位，即CPU、半导体存储器和可编程逻辑器件。这三类产品有一个共同特点：技术复杂度高、通用性强，市场规模大，可以统称为高端通用芯片。如果我国芯片企业在这三个方向上，在任何一个领域能够取得研发突破和规模化应用，对我国集成电路产业的发展，都具有非常重大的意义。

1 存储器芯片概述

　　存储芯片是应用面最广的基础性通用集成电路产品，主要用于存储程序代码和数据。目前市场规模占全球半导体市场的比例约为24%，占集成电路市场的比例接近40%。存储芯片产能和资本支出占半导体行业的近1/3，在产业中占有极为重要的地位。

1.1 产品类型

　　从计算模式上看，存储芯片主要是配合处理器(CPU、DSP等)进行工作，实现对程序和数据的处理。显然，为了配合主频日益提高的处理器单元，存储芯片的读写速度要尽可能的快;另一方面，为了配合社会信息量爆炸发展趋势，存储芯片的容量需要尽可能的大。在产品成本等约束条件下，最终产品形态不得不在这两类需求中寻求技术平衡，最终形成目前两类主流的存储芯片产品：

　　1.读写速度快但牺牲存储容量等存储特性的挥发类存储芯片，例如DRAM和SRAM;

　　2.适合进行大容量存储但读写速度远低于DRAM的Flash(闪存)产品。

　　同时，尽管Flash速度比传统机械硬盘快，但仍旧远低于DRAM产品，两类产品间存在着巨大的“存储时间差(access time gap)”(见图1阴影处)，为了弥补这一差距，还有众多的新型存储技术在进行研发，希望能够形成新的量产产品类型，填补这一空白。

　　目前来看，FeRAM(铁电存储)、PCM(相变存储)、MRAM和STT-RAM(磁存储)技术初步成熟并有商业产品出现。相应公司如表1所示。

1.2 产业特征

　　在存储芯片领域已形成以成本为导向的产业竞争格局。首先，存储芯片厂商为了保持成本竞争力，必须持续地、高强度地投入工艺研发和制造。这里主要影响因素有三点：

　　1.采用先进工艺降低成本

　　从半导体制造工艺的发展来看，工艺每提升一代，单位晶体管的成本大约能下降40%左右，再加上DRAM和Flash的产品结构相对简单，存储器厂商一般都会先用DRAM进行工艺验证，因此，DRAM和Flash的工艺通常领先于代工厂的逻辑工艺。

　　2. 扩充产能，形成规模效益

　　为了降低成本，实现规模效益，生产商还尽力扩大每个工厂的产能，三星、SK Hynix、Micron、东芝等厂商的晶园厂的月产能一般在10万片以上，且都是12英寸生产线。

　　3. 产业链整合，形成协同效益

　　存储芯片企业大多以IDM形态存在。存储器行业发展需要技术和代工相结合的发展模式，使得产业链条趋于完善，关键节点不受制约，利用协同效益降低成本。

　　先进工艺加上大产能，由此导致的结果就是后进入的存储芯片厂商为了保持竞争力，必须持续地高强度投入大量资本形成产品优势。

　　其次，存储芯片行业波动要大于逻辑芯片的行业波动以及芯片整体的行业波动。由于厂商追求规模效益，在产能扩充上会比逻辑IC类厂商更为激进。又由于宏观经济周期的天然存在，这种激进策略无形中会放大周期波动。

2 全球存储芯片供需情况

2.1 市场需求

　　随着计算和应用模式的改变，存储器的市场也在发生变化。PC和互联网时代，微型计算机是消耗DRAM存储器的主要产品。进入移动互联网时代，手机等移动终端已经成为极为重要的计算平台，消耗的低功耗DRAM已经超过PC，且为了改善用户体验尤其是游戏的流畅度，每部手机的DRAM使用量在逐年增加，高端手机的内存已经达到3GB。为了存储语音、视频和图片，并通过社交网络进行分享，同时通过内置存储容量的大小拉开产品档次，提高利润率，手机厂商在智能手机里安装的内置存储器容量快速增长，主流手机已经达到32GB。同时，电子信息产业向服务化方向的转变愈加显著。以上因素，推动服务器市场、云计算市场和云存储市场快速增长，对半导体存储器拉动作用显著。从全球需求看，存储器市场总体上保持温和增长，但对各种产品的需求是不一样的(见表2的存储器市场统计及预测)。

　　主要增长点是受手机和SSD拉动的NAND Flash，2011-2019年的年均增长率预计达到9.2%，2019年的市场规模预计为462.8亿美元;标准DRAM供应过剩，且受价格下跌和市场萎缩的双重影响，未来两年市场持续下滑，低功耗DRAM持续增长，整个DRAM市场在2014-2019年间的年均增长预计为-1.5%，2019年市场规模预计为427.6亿美元，2014年DRAM销售额460亿美元，增长31.7%，占半导体总市场的比例为13.5%，不到1995年27.9%的一半;SRAM、EPROM等存储器市场持续萎缩，2014-2019年间的年均增长预计为-4.7%;新型存储器将呈现爆发式增长，2014-2019年间的年均增长预计为45.5%。

　　从应用市场看，2014年的市场规模为460.9亿美元，PC、服务器和移动设备中消耗的DRAM占了整个DRAM市场的85%。预计到2020年，该三大应用占比仍将维持在88%。计算机DRAM消耗量小幅增加，2014-2020年的CAGR(年均增长率)为8%;受云计算等应用拉动，服务器DRAM消耗量大幅增加，2014-2020年的CAGR为36%;智能移动终端对于DRAM的需求持续增加，2014-2020年的CAGR为38%。手机已经逐步取代PC成为DRAM的主要需求，2014年二者占比预计就将持平，2015年手机DRAM需求将超过PC需求。

2.2 市场供给

　　1.DRAM供应

　　目前，DRAM领域已经形成三星、SK Hynix、美光三巨头垄断的局面。三大DRAM巨头在现有的供需格局下容易获利，对过去由于竞相扩产而导致的巨额亏损保持慎重，扩产意愿不强，已经达成某种程度上的不扩产默契。台湾DRAM厂商规模相对较小，无法与前三强竞争，大多数已经转型为存储器代工厂或主攻部分细分市场。

　　DRAM和Flash均属于标准的通用型产品，较难实现差异化，器件结构和电路设计相对也比较简单，因此竞争的焦点集中在单位存储容量的成本上。

　　DRAM和Flash的工艺通常领先于代工厂的逻辑工艺。为了降低成本，实现规模效益，生产商还尽力扩大每个工厂的产能，三星、SK Hynix、Micron、东芝等厂商的存储器晶圆厂的月产能一般在10万片以上，且都是12英寸生产线。

　　在制造工艺上，三星最快，在2016年上半年就会量产18纳米DRAM，SK Hynix和Micron会跟进。

　　另外，半导体行业的波动比整体经济的波动大，存储器行业由于竞争更激烈，市场波动也更大，如DRAM经常处于暴涨暴跌中，企业在行业低迷期往往出现巨额亏损，导致部分企业无法持续运营而破产或被收购，所以DRAM产业持续处于整合与并购中。

　　2.Flash供应

　　全球FLASH芯片主要由三星、东芝、SanDisk、美光和SK海力士等五大厂商供应，合计市场占比达93.6%，其中前三家合计市场占比超过70%。

　　由于Flash存储器在结构上的限制，继续减小线宽，提高密度的难度非常大，三星等厂商已经开始量产3D NAND Flash，使NAND Flash价格较平面结构的Flash产品低很多。2D NAND Flash产品的出货量将从2015年开始以每年17.1%的速度快速下降，3D NAND Flash产品的出货量将以200%的年均复合增长率递增，在2017年达到占有NAND Flash总量的65%的水平。未来3D NAND Flash产品将逐渐取代传统的2D NAND Flash产品，成为NAND Flash主流产品。

　　从产能看，全球Flash晶圆产能呈明显上升趋势。各厂商看好未来市场，纷纷扩大产能。三星电子的西安厂2014年5月落成启用，投入3D NAND Flash生产，规划月产能10万片，并考虑在西安建设新厂房;东芝的Fab5第二期落成，2015年一季度量产3D NAND Flash，Fab2旧厂改造，2016年量产3D NAND Flash，另考虑兴建一座NAND新厂，目标在2017年度量产;SK海力士的16nm Flash在2014年二季度量产;美光新加坡Fab 7工厂，从DRAM生产转换至NAND Flash，月产能达到23万片。

3 我国存储芯片供需情况

　　我国是全球最大的电子信息产品制造基地，PC和手机产量均居全球首位。这两种产品也是目前消耗存储器最多的主流产品。据市场研究机构数据，2015年中国DRAM采购金额约为120亿美元，NAND Flash采购金额为66.7亿美元，各占全球DRAM和NAND供货量的21.6%和29.1%，90%以上依赖进口。

　　从应用市场看，计算机、通信和消费类电子是消费存储器的主要国内市场。

　　与此同时，国内存储芯片供给侧主要依赖进口。从市场数据看，目前将近200亿美元的国内需求里只有不到10%的份额是由国内芯片企业供货。从供应商角度看，根据我们自有的产业数据库中，历年来市场表现较好的存储芯片企业只有山东华芯和北京兆易创新两家，而单以销售量排行的中国十大芯片设计企业中，近十年来从无存储芯片企业上榜，这与潜在的市场规模形成巨大反差。

　　不论从国家安全战略还是从市场规模，中国都应当掌控存储芯片的产业链。目前为解决这一问题，国家正在逐步启动对存储芯片产业以及相关上下游产业链环节的投资布局。

参考文献：

　　[1]移动产品牵引移动存储器,叶钟灵，2014(10):3-6

　　[2]王莹.武汉新芯：定位存储器制造，两年后或推3D NAND.2014(1):26

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第6期第4页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。