存储芯片掘金（上篇）-全球存储芯片产业链-晋江市能源投资有限公司_基金理财

（2019--9-23日作）

1、存储设备概况

1.1存储设备分为磁盘和存储芯片(Memory)。

磁盘，是指利用磁能方式存储信息，存储过程中需要磁性盘片的机械运动，日常生活中非常常见的电脑硬盘、移动硬盘就属于此类；

存储芯片则是以半导体为材料的存储介质，我们平日常用的U盘、PC内存、SSD(固态硬盘)等是Memory 的范围。

1.2存储器芯片领域，主要分为两类：易失性和非易失性。

易失性：断电以后，存储器内的信息就流失了，例如 DRAM，主要用来做PC机内存(如DDR)和手机内存(如LPDDR)，两者各占三成。

非易失性：断电以后，存储器内的信息仍然存在，主要是闪存（Nand FLASH 和 NOR FLASH），NOR 主要应用于代码存储介质中，而 NAND 则用于数据存储。

从产值构成来分析，NAND Flash 和DRAM 是构成Memory 产业的核心构成，分别占据Memory 产值的41%和55%

2、DRAM、NAND FLASH、NOR FLASH三大存储器分析

2.1、DRAM

动态随机存储器（Dynamic RAM），

“动态”两字指的是每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失。这是因为DRAM的基本单元是一个晶体管加一个电容，并用电容有无电荷来表示数字信息0和1，电容漏电很快，为防止电容漏电而导致读取信息出错，需要周期性地给DRAM的电容充电，故DRAM速度比SRAM（静态随机存储器）慢。

另一方面，这种简单的存储模式也使得DRAM的集成度远高于SRAM，一个DRAM存储单元仅需一个晶体管和一个小电容，而每个SRAM单元需要四到六个晶体管和其他零件，故DRAM在高密度（大容量）以及价格方面均比SRAM有优势。SRAM多用于对性能要求极高的地方（如CPU的一级二级缓冲），而DRAM则主要用于计算机的内存条等领域。

DRAM每一次制程的更新换代，都需要大量的投入，以制程从30 nm更新到20 nm为例，后者需要的光刻掩模版数目增加了30%，非光刻工艺步骤数翻倍，对洁净室厂房面积的要求也随着设备数的上升而增加了80%以上，此前这些成本都可以通过单晶圆更多的芯片产出和性能带来的溢价所弥补，但随着制程的不断微缩，增加的成本和收入之间的差距逐渐缩小。故各大厂商开始研究Z方向的扩展能力，三星率先从封装角度实现3D DRAM，采用TSV封装技术，将多个DRAM芯片堆叠起来，从而大幅提升单根内存条容量和性能。

三星

技术明显领先，目前已有较高的1Xnm 制程收入占比，并积极推进1Ynm 制程转入进度。平泽厂计划于2019 年开始量产10nm LPDDR 5 芯片。

镁光

原瑞晶部分已于今年二季度实现到1Xnm 的全部转换，并计划于明年转向1Znm，而原华亚科部分仍在向1Xnm 制程的转换当中。

SK 海力士

已于2017 年开始向M14 厂一期产线及无锡厂开始导入1Xnm 制程，但由于技术壁垒较高，2018 上半年良率不达预期，LPDDR4 产能仍然有限。

我国国内

福建晋华

目前仅专注于利基型DRAM 的制造，技术相对落后，首先导入的产品为25nm DRAM 存储器，制程上大概落后三星3 代左右。

合肥长鑫

将从19nm（1X）制程切入市场，我们预计2020 年可开始大规模量产产品。到2019 年底，公司产能将达到2 万片/月。大概落后三星2-3 年。

DRAM产业几乎每8至10年一次大循环，最终一定有大型的存储器厂退出，如1980年代的TI及IBM等退出，1990年代的东芝、日立及NEC退出。近几年来，DRAM产业的整合更是加速进行，曾分别位列全球第二、第三大DRAM厂的奇梦达（Qimonda）、尔必达（Elpida）先后破产，DRAM厂商数量迅速减少（尔必达后来被美光收购）。

发展至今，DRAM行业仅剩为数不多的3~4家企业，已经形成“三足鼎立”之势：三星是DRAM市场龙头，市场份额约为46%；同为韩国存储器双雄之一的SK海力士也是实力强劲，DRAM全球份额接近27%；美光自收购尔必达后，产能大增，后又与台湾华亚科结盟，进一步扩充产能，市场份额已经接近23%，大有稳坐第三、赶超第二之势。目前三大厂商合计份额接近96%，其他中小型厂商大多转型代工或集中精力于部分利基型存储器市场。

2.2NAND Flash和NOR Flash

为更好地讲述NAND Flash和NOR Flash这两大存储产品，我们首先来认识一下Flash技术。

Flash存储器：又称闪存

它是一种非易失性存储器。闪存的存储单元是场效应晶体管，是一种受电压控制的三端器件，由源极（Source）、漏极（Drain）和栅极（Gate），以及衬底组成，在栅极与硅衬底间有二氧化硅绝缘层，用来保护浮置栅极中的电荷不会泄漏。

NAND的擦和写均是基于隧道效应，电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极进行充电（写数据）或放电（擦除数据）。而NOR擦除数据仍是基于隧道效应（电流从浮置栅极到硅基层），但在写入数据时则是采用热电子注入方式（电流从浮置栅极到源极）。

NAND Flash

NAND是目前闪存中最主要的产品，具备非易失，高密度，低成本的优势。在NAND闪存中，数据是以位（bit）的方式保存在Memory Cell中，一个Cell存储一个bit，这些Cell或8个或16个为单位，连成bit line，而这些line组合起来会构成Page，而NAND闪存就是以页为单位读写数据，以块为单位擦除数据，故其写入和擦除速度虽比DRAM大约慢3-4个数量级，却也比传统的机械硬盘快3个数量级，被广泛用于 eMMC/EMCP，U盘，SSD等市场。

由于平面微缩极限的到来，NAND 存储器转向3D 结构发展。堆叠层数增多不仅增大容量，更因为绝缘材料及空间结构变化解放了TLC 技术的可靠性和寿命问题，使QLC成为可能。这一演进，大大降低了单位GB 成本。

3D NAND 方面，目前64 层产品已经在各大境外厂商中普及，全球3D NAND 的出货量占比已经达到1/4 有余。今年7 月三星96 层TLC V-NAND 开始量产，在竞争中领先将于今年更晚时间量产96 层3D NAND 的东芝/西数和镁光。

我国长江存储（YMTC）

自主研发的32 层3D-NAND 产品将于年底量产出货，其今年刚发布了Xtacking 技术，将帮助NAND 存储器实现与DDR4 内存I/O 速度，及更大的堆叠密度，并将用于明年量产的64 层3D-NAND 产品中。大体来看，技术相媲美的上落后全球大厂3年左右的时间。

NOR Flash

NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP，Execute In Place），即应用程序不必再把代码读到系统RAM中，而是可以直接在Flash闪存内运行。NOR 的传输效率很高，读取速度也比NAND快很多，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，然而其擦除是以64-128KB的块为单位进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，而NAND器件的擦除则是以8-32KB的块为单位进行，执行相同的操作最多只需要4ms，故其很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。此外，NOR的单元尺寸几乎是NAND flash的两倍，故在成本上也不具备优势，这使得NOR的使用范围受到了更大的限制，不少曾属于NOR的市场也慢慢被其他存储器所夺取，但NOR flash厂商也并没有坐以待毙，而是积极开拓汽车电子等物联网市场。近年来NOR flash市场规模持续萎缩。

3、memoy产业格局

3.1、Memory 产业由IDM 厂商主导

存储芯片（Memory ）的上下游，其实就是整个大IC（集成电路）的产业链条：设计、制造、封测。因此，对应的也有两种生产模式：IDM模式、fabless模式。

Memory市场中，三星、SK海力士、美光等无一例外都是IDM厂商，都有自己的晶圆制造厂与封测厂，产业布局相当完善，而且整个Memory产业中几乎没有独立的Fabless厂商。究其原因，主要是由于企业地域分布以及技术因素造成的：一方面，Memory行业中韩国厂商占据很大的比例，而韩国企业往往都偏好形成垂直整合的全产业链布局。美国美光在产业链开放程度上就明显高于韩国两大厂商。另一方面，Memory产业的特点是拼制造工艺、拼产能，这样才能把成本降下来，最终赢得市场，所以生产制造能力是Memory厂商的核心竞争力，厂商往往严格把控，Memory制造环节外包的情形很少。IDM主导的模式使得产业链其他厂商在很长一段时间内难以受惠于Memory产业的发展。以韩国为例，目前三星与SK海力士合计约占全球存储器市场65%，且大部分产能都在韩国，但韩国封测厂的规模普遍都比较小，前四大厂商合计营收仅占全球市场的2%~3%。

产业链的前半段与产业链的后端

产业链的前半段：全球主要存储器厂商主要采取设计、制造、封测一体的IDM，原因在于存储器行业的技术竞争激烈且规模效应强，要依靠大产能来降成本，获取更多盈利。且IDM 模式能更好的实施设计与制造的沟通，在效率上优于Fabless+Foundry 分工，尤其是在技术演进的过渡时期优势明显。走“虚拟IDM 的模式”也似乎可行，Fabless 锁定代工产能，二者展开深度合作，例如兆易创新。

再看产业链的后半段：目前，虽有存储厂商外包封测业务，但80%以上的封装测试仍由IDM 进行。存储颗粒不能在整机中直接使用，模组的生产也是必要环节。DRAM 模组方面，Kingston 占据了绝对统治地位；NAND 方面，三星在闪存颗粒上的优势得以延续，市占率领先。此外，闪存盘还离不开控制器的辅助，第三方厂商如群联、慧荣、Marvell 都有着稳固的市场地位，我国的江波龙也有一定份额。

全球主要Memory封测企业概况

4、Memory 存储器主要企业

4.1、全球主要存储器厂商

三星电子（Samsung Electronics）

三星是全球最大的存储器制造与销售厂商。2017 年DRAM产品全球市占率 44%，NAND 全球市占率39%。主要业务包括移动通信+消费电子业务（2017 收入占比63%），DRAM（2017 年收入占比15%），NAND（2017 年收入占比9%）。受益于自2Q16 起存储器市场前所未有景气周期的推动，公司净利润2017/2018 年实现60%/32%增长，1Q18 公司营业利润率达到26%的历史高位。存储技术路线方面，三星1y 产品从1H18 开始量产，目前正在进行客户验证。目前1x产能占比达到50%，公司预计，到2018 年底1x 以及1y 合计产能占比将达到70%。此外三星西安厂二期将于2020 年开始量产。根据市场一致预期，三星2019/2020 年净利润同比增速为-2%/5%。

SK 海力士（SK Hynix）

SK海力士主要业务包括DRAM（2017 年收入占比76%），NAND（2017年收入占比22%）的制造与销售。受益于DRAM 及NAND 价格的上涨以及数据中心等需求增加，公司2017/2018 年两年收入分别增长75%/41%，公司营业利润率从4Q16开始转正，在2Q18 达到历史高位54%左右。在DRAM 方面，公司预计2018 年下半年1xnm 将成为主流节点，计划1ynm 产品年内出货。NAND 方面，目前64 层3D NAND已大量出货，还将推出96 层3D NAND。受行业下行周期影响，根据市场一致预期，公司2019/2020 年净利润分别同比下降7%/1%。

镁光(Micron)

镁光是全球第3 大存储器厂商，2017 年DRAM 全球市占率23%，NAND 全球市占率11%。是全球主要业务包括DRAM（2017 年收入占比73%），NAND（2017收入占比26%）的制造与销售。受益于DRAM、NAND 价格的上涨以及数据中心等需求增加，公司2017/2018 年两年收入分别增长84%/33%，营业利润率从1Q17 开始转正，在2Q18 达到49%的历史高位。在DRAM 方面，公司预计2018 年下半年1xnm将成为主流节点，计划1ynm 产品年内出货；NAND 方面，目前64 层3D NAND 已大量出货，公司还将推出96 层3D NAND。根据市场一致预期，公司2019/2020 年净利润同比下降13%/11%。

4.2、中国主要存储器厂商

紫光集团（紫光存储南京+紫光存储成都+长江存储NAND）

紫光集团在存储方面的布局分别为：在南京及成都的半导体产业基地各一座，以及武汉的长江存储。南京半导体产业基地主要生产DRAM 以及NAND，成都基地和长江存储将专注于3D NAND 生产。

南京半导体产业基地：紫光南京半导体产业基地项目由紫光集团投资建设，主要产品为3D NAND Flash、DRAM 存储芯片等。项目一期投资约105 亿美元，月产芯片10 万片，总投资额为300 亿美元，3 期规划。南京厂已于2017 年推出DDR3 产品，但量产环节仍主要在台湾力晶进行。

成都半导体产业基地：2018 年10 月12 日，紫光成都存储器制造基地项目开工，主要产品为3D NAND 存储器，并将开展存储器芯片及模块、解决方案等关联产品的开发制造，销售等，总投资额240 亿美元。项目全部建成后月产能为30 万片。

长江存储

长江存储由紫光集团，国家集成电路产业投资基金，湖北地方集成电路基金，湖北科投联合投资240 亿美元，于2016 年7 月正式成立。2016 年12 月，以长江存储为主体的国家存储器基地正式开工建设，将建设3 座全球单座面积最大的3D NAND FlashFAB 洁净厂房、1 座总部研发大楼和其他若干配套建筑。其核心生产厂房和设备每平方米的投资强度超过3 万美元。公司表示计划项目一期2018 年建成投产，实现零的突破，成功进入市场；2019 年实现正毛利；2020 贡献月产能10 万片，2023 年年产值达1000 亿人民币。

长江存储（YMTC）是中国目前投资额最大的NAND 闪存制造商。自2014 年起进行3D NAND 研发，2015 年9 层测试芯片验证成功，2016 年32层测试芯片设计完成，2017 年第1 代32 层芯片设计完成。公司表示计划项目一期2018 年建成投产，实现零的突破，成功进入市场；2019 年实现正毛利；2020贡献月产能10 万片，2023 年年产值达1000 亿人民币。公司自2014 年起进行3D NAND研发，目前进展顺利：2015 年9 层测试芯片验证成功，2016 年32 层测试芯片设计完成，2017 年第1 代32 层芯片设计完成。今年研发成果丰富：第2 代64 层芯片设计完成，同时32 层芯片达到企业级标准，64 层芯片试片成功。

合肥长鑫（Hefei Innotron）

1Q18 已完成设备安装，一期计划产能为125kwpm，三期全部满产产能为375kwpm。第一阶段做基于19nm 平台的8GB LPDDR4 产品，主要应用为智能手机，目前已开始投产，预计年底良率可达10%，明年底良率可达80%左右，实现大规模量产。根据我们的测算，合肥长鑫一期满产后，基于现阶段每片晶圆可切割的容量数以及mobile DRAM 的单价，在良率以及产能利用率100%的情况下，每年产值可达到66 亿左右美金。但我们认为，由于初期良率较低、产能处在爬坡状态、折旧摊销等固定成本高昂，另外，加入厂商相较海外大厂存在技术上的差距，每单位容量平均的可变成本也会相应增加。因此初期运营厂商会承受很大亏损的压力。

兆易创新

公司是国内领先的存储器设计公司，主营业务包括存储业务（NOR 以及SLCNAND）和非存储业务（MCU），2017 年NOR Flash 营收占比为65.6%，公司在NOR 市场上排名第五，国内独家供应。在镁光和Cypress 逐渐退出竞争后，公司有望跻身世界前三，并受益于智能手机中TDDI 及AMOLED 的渗透继续成长。

2017 年9 月，公司宣布与中芯国际达成战略合作协议，中芯国际将作为公司主要存储产品的晶圆代工厂，至2018 年底合同采购金额为12 亿元。NOR 以及SLC NAND 主要在中芯国际北京晶圆厂代工，其中NOR 2017 年主要使用65nm 工艺，2018 年将大批量导入至55nm，并逐步推进至45nm。SLC NAND 2017 年使用38nm，2018 年将会推进至24nm。2017 年11 月29 日，公司以每股10.65 港元认购中芯国际发行股份。认购成功后，公司持有约1.02%的股份，成为中芯国际第5 大股东。我们认为战略入股中芯国际后，能够为公司带来有保障的产能供应。

公司表示目前已实现512Mb 高容量产品量产，同时也加大推进产品向55nm 平台导入。

但我们认为2018 年NOR Flash 产品中中低容量仍占据大部分，我们了解到中低容量NORFlash 今年以来受到产能扩张影响，主要来自于国内非上市企业（在武汉新芯流片），价格及盈利能力都承受压力，而中高容量价格则相对较为坚挺。另一方面，公司进入中高容量市场后，能否成功从海外大厂中抢走份额也颇具压力。

SLC NAND 方面，公司基于38nm 产品已稳定量产，目前在积极推进24nm 的研发工作。虽然SLC NAND 相较NOR Flash 价格较为稳定，但SLC NAND 是公司从3Q17 起生产的新产品，因此技术及制程的研发尚需要一段时间。旺宏1H19 起将会开始量产基于19nm 平台的产品，我们认为海外大厂积极的技术及产品升级将对公司产品的市场推广带来一定压力。

福建晋华

福建晋华是由福建省电子信息集团、晋江能源投资集团有限公司等共同出资设立的DRAM制造商。公司与台湾联电开展技术合作，总投资56.5 亿美元，在福建省晋江市建设12吋内存晶圆厂生产线，开发先进存储器技术和制程工艺，并开展相关产品的制造和销售。晋华项目一共4 期，每期设计产能60kwpm，总计240kwpm。公司预计整体4 期满产后可带来500 亿人民币的产值，1 期收入可在15-16 亿美金。

目前规划第一阶段主要做25nm 4GB DDR4/DDR3 产品，争取2018 年研发成功，后续会继续研发1xnm 产品。2020 年逐步从25nm 产线转移至1xnm，2022 年争取全部转入1xnm制程，产能达到240kwpm。

公司产品线规划主要分为3 个阶段：1）做计算相关的产品（4GB DDR4），主要应用为PC以及数据中心。服务器用DRAM 不需要太高的计算速度，但是对于稳定性以及散热有很高的要求；2）消费类应用产品；3）手机用产品。

IP 及人才：公司在产业链上主要的合作者是联电和矽品（SPIL）。福建晋华整体IP 属于跟联电共同开发。公司认为自身发展IP 具有一定可能性，因为联电在晶体管方面的IP 布局较为完善，可以使用；但需要补足的是内存中电容器的部分，两家公司2 年内已开发出300 多项专利。人才团队的建设主要也依靠自建。