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存儲芯片“兩大兩小”,中國企業(yè)境遇不同

2023-01-24
來源:騰訊新聞客戶端
關(guān)鍵詞: 芯片 集成電路 WSTS NandFlash

存儲器是集成電路市場的“大宗商品”,體量巨大,據(jù)WSTS統(tǒng)計,2021 年全球存儲器市場規(guī)模為1538.38億美元,同比增長30.9%,在全球集成電路市場占比達到33%。從存儲器的市場發(fā)展趨勢來看,盡管呈現(xiàn)出周期波動的特征,但總體增長趨勢明顯。

總體來看,應(yīng)用范圍最廣的存儲器主要包括四大類:DRAM,NAND Flash,NOR Flash和EEPROM。按照市場規(guī)模劃分,可歸納為“兩大兩小”,其中,“兩大”是DRAM和NAND Flash,“兩小”是NOR Flash和EEPROM。

據(jù)IC Insights統(tǒng)計,2021年全球存儲芯片市場中,DRAM占比達56%,NAND Flash占比約為41%,NOR Flash占比約為2%,EEPROM占比與NOR Flash屬于同一量級,明顯低于DRAM和NAND Flash。

DRAM

DRAM結(jié)構(gòu)簡單、存儲容量大,廣泛應(yīng)用于計算機內(nèi)存,是市場規(guī)模最大的存儲芯片。SDRAM是同步DRAM,能夠與CPU系統(tǒng)時鐘同步,是DRAM的主流。目前,DDR4 SDRAM占據(jù)了主流市場,相比DDR3,DDR4能將性能和帶寬提升50%,同時降低功耗。DDR5也在市場拓展過程當(dāng)中,其最高內(nèi)存?zhèn)鬏斔俾士蛇_6.4Gbps,比DDR4性能更強、功耗更低,具有很好的發(fā)展?jié)摿?。此外,LPDDR以低功耗為特色,在智能手機等移動終端上廣泛應(yīng)用。

制程方面,DRAM已經(jīng)發(fā)展到10nm-20nm。行業(yè)龍頭三星電子于2014年率先實現(xiàn)20nm制程產(chǎn)品(4Gb DDR3)的量產(chǎn),此后,DRAM制程工藝大約每兩年實現(xiàn)一次突破,從1X(16nm-19nm)到1Y(14nm-16nm),再到1Z(12nm-14nm)。2021年1月,美光宣布量產(chǎn)1α(接近10nm)制程的DRAM,領(lǐng)先行業(yè)。

DRAM 廣泛應(yīng)用于手機、服務(wù)器、PC等領(lǐng)域,其中,手機和服務(wù)器是主要推動力。隨著消費者對更高畫質(zhì)、音質(zhì)、芯片算力要求的提升,手機對DRAM的存儲容量需求不斷提升,2021年,手機DRAM的平均容量達到4.8GB,高端旗艦機達到12GB。

除了用于手機、服務(wù)器等的高性能、大容量類型,還有一種DRAM,其存儲容量較小,且對制程工藝要求不高,價格較為實惠,通常被稱為利基型DRAM,主要應(yīng)用于數(shù)字電視機頂盒、液晶電視、監(jiān)控、行車記錄儀、工控等。這類DRAM大多由中小規(guī)模的存儲器廠商生產(chǎn)。據(jù) Trendforce統(tǒng)計,2021年全球利基型DRAM市場規(guī)模約為90億美元,接近DRAM總體市場容量的10%。

全球大宗DRAM市場被三星電子、SK海力士和美光這三巨頭把持著。目前,中國本土DRAM廠商主要有長鑫、紫光國芯、兆易創(chuàng)新、東芯股份和晉華,其中,已有企業(yè)實現(xiàn)了8Gb DDR4的量產(chǎn)。2021年,兆易創(chuàng)新推出了首款自研4Gb DRAM,采用的是19nm制程工藝。

在利基型DRAM市場,中國本土的代表企業(yè)是兆易創(chuàng)新,而在車規(guī)級市場,北京君正的產(chǎn)品也具有一定的市場影響力,相關(guān)利基型DRAM已應(yīng)用于智能座艙、激光雷達、攝像頭等車載領(lǐng)域。

NAND Flash

NAND Flash適用于大容量數(shù)據(jù)的存儲(通常為1Gb-1Tb),且能夠?qū)崿F(xiàn)快速讀寫和擦除。NAND Flash在大容量下具有成本優(yōu)勢,是大容量非易失存儲的主流技術(shù)方案,廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、消費電子、汽車電子等領(lǐng)域。

工藝方面,傳統(tǒng)NAND Flash是2D結(jié)構(gòu)的,近些年,3D結(jié)構(gòu)興起,且大量蠶食2D NAND市場,3D NAND通過多層垂直堆疊技術(shù),既能夠提高單位面積存儲密度,又能改善存儲單元性能,且成本可控。三星電子于2013年率先開發(fā)出24層3D NAND,2020年,176層3D NAND問世,2022年,美光宣布232層3D NAND實現(xiàn)量產(chǎn),成為全球首款突破 200層的NAND Flash芯片。

與DRAM類似,智能手機和PC是NAND Flash的主要應(yīng)用市場,數(shù)據(jù)中心和汽車電子需求在不斷提升。

全球NAND Flash市場由三星電子、鎧俠、西部數(shù)據(jù)、美光、SK海力士主導(dǎo),其中,三星市占率最高,達到34%。

中國NAND Flash企業(yè)主要包括長存、華邦電子、旺宏電子、兆易創(chuàng)新、東芯股份等。長存于2018年研發(fā)出64層堆疊的Xtacking架構(gòu)3D NAND產(chǎn)品,并在2019年實現(xiàn)量產(chǎn),2020年研發(fā)出128層產(chǎn)品。Xtacking架構(gòu)能使3D NAND擁有更快的I/O傳輸速度和更高的存儲密度。兆易創(chuàng)新的SLC NAND Flash已實現(xiàn)38nm、24nm制程工藝的量產(chǎn),并完成1Gb~8Gb主流容量覆蓋,該公司還推出了38nm制程的車規(guī)級SLC NAND Flash。東芯股份方面,通過與中國本土晶圓代工龍頭深度合作,實現(xiàn)了24nm制程產(chǎn)品的量產(chǎn),32Gb產(chǎn)品已實現(xiàn)流片。

NOR Flash

NOR Flash是一類通用型非易失性存儲芯片,具有讀取速度快、隨機存儲和芯片內(nèi)執(zhí)行等特點,NOR Flash允許CPU直接從存儲單元中讀取代碼執(zhí)行(XIP),即應(yīng)用程序可直接在Flash內(nèi)運行,而不必再讀到系統(tǒng) RAM 中。NOR Flash的寫入和擦除速度較慢,不適宜作為大容量存儲器,僅在小容量應(yīng)用場景具有成本效益,如用于存儲開機軟件程序。目前,NOR Flash的主流制程工藝為55nm,各廠商正在向40nm及更先進節(jié)點推進。

電子產(chǎn)品因內(nèi)部指令執(zhí)行、系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換、用戶數(shù)據(jù)存儲等需求,必須配置中小容量的代碼存儲器以實現(xiàn)低功耗存儲,在這方面,NOR Flash是不可或缺的元器件。按容量劃分,中小容量NOR Flash多用于TWS耳機、手機中的AMOLED,TDDI等消費電子領(lǐng)域,大容量 NOR Flash多用于汽車電子、5G基站和工業(yè)控制等領(lǐng)域。

與NAND Flash相比,NOR Flash容量小、擦寫速度慢,在智能手機興起時期,其市場規(guī)模曾一度萎縮,但隨著2016年蘋果推出AirPods系列的TWS耳機后,NOR Flash市場隨著可穿戴設(shè)備的興起而復(fù)蘇,據(jù)CINNO Research統(tǒng)計,2017年全球NOR Flash市場規(guī)模達到24.1億美元,在TWS耳機、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等新興應(yīng)用的驅(qū)動下,NOR Flash需求不斷提升,預(yù)計2022年達到37.2億美元,并將保持每年10%左右的增長速度,有望在2026年達到42億美元的市場規(guī)模。

全球NOR Flash市場主要由華邦、旺宏、兆易創(chuàng)新、賽普拉斯(已被英飛凌收購)和美光主導(dǎo)。由于NOR Flash市場規(guī)模相對較小,2017年以來,美光、賽普拉斯等紛紛退出中低端市場,產(chǎn)能讓位于高毛利的大容量NOR Flash或DRAM、NAND Flash業(yè)務(wù),這給中國廠商提供了商機,特別是兆易創(chuàng)新,其市占率已達到18%,進入了全球前三,普冉位列全球第六。

兆易創(chuàng)新已經(jīng)開發(fā)出2Gb的超大容量NOR Flash產(chǎn)品,能夠滿足汽車電子、5G基站、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的存儲需求。其它中國本土企業(yè),如普冉、東芯、恒爍等,通過中小容量產(chǎn)品切入TWS耳機等消費電子市場,不過,這些企業(yè)在汽車電子等高附加值應(yīng)用領(lǐng)域鮮有量產(chǎn)產(chǎn)品。

EEPROM

EEPROM全稱為Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,是一種小容量、可反復(fù)擦寫的非易失性存儲芯片。EEPROM在斷電情況下仍能保留所存儲的數(shù)據(jù),可以在計算機或?qū)S迷O(shè)備上擦除已有信息重新編程。

與NOR Flash相比,EEPROM適于更低容量(1Kb-1Mb)、需要高頻修改的存儲應(yīng)用,如汽車電子、智能手機攝像頭模組、智能電表、醫(yī)療監(jiān)測儀等。成本方面,當(dāng)單個容量低于1Mb時,EEPROM的成本低于NOR Flash。

2021年,全球EEPROM芯片銷售額約為8.34億美元,同比增長5.17%。

消費電子是EEPROM最大的應(yīng)用市場,其次是汽車電子和工業(yè)控制。具體來看,智能手機攝像模組是EEPROM最大的應(yīng)用市場。近些年,多攝像頭手機不斷涌現(xiàn),預(yù)計2023年的手機攝像市場會有55.25億個EEPROM的需求,其中,約21.03億個用于多攝像頭(三個及以上),27.93億個用于雙攝像頭,單攝像頭對EEPROM的需求占比將減少至11.38%??傮w來看,手機攝像頭數(shù)量的提升,帶動了鏡頭參數(shù)存儲的需求,推動著EEPROM在攝像頭模組中的需求量快速提升。

與消費類設(shè)備相比,車用對EEPROM的要求更高,需要具備更高的可靠性、更強的溫度適應(yīng)能力。

全球EEPROM市場主要由意法半導(dǎo)體(ST)、Microchip,以及中國的聚辰半導(dǎo)體主導(dǎo)。

與ST、Microchip相比,中國本土企業(yè)在EEPROM領(lǐng)域的專注度更高,能夠進行集中的技術(shù)和資源投入,更加靈活、敏銳地捕捉到客戶需求并快速作出響應(yīng),形成了穩(wěn)定的供貨能力,聚辰已成為智能手機攝像頭EEPROM的領(lǐng)先企業(yè),已達到年供貨量近10億個的水平。

在汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域,隨著國產(chǎn)汽車的崛起,以及ADAS、BMS電池管理等新能源車衍生出的新應(yīng)用,國產(chǎn)EEPROM的市場份額不斷提升。目前,聚辰已經(jīng)成為國內(nèi)外眾多Tier1和Tier2企業(yè)的供應(yīng)商,客戶包括比亞迪、吉利、特斯拉、現(xiàn)代、豐田、保時捷、大眾等知名汽車品牌。

結(jié)語

在巨量的存儲器市場,與國際大廠相比,中國本土存儲器廠商話語權(quán)普遍較弱,但也涌現(xiàn)出了一批很受市場關(guān)注的企業(yè)。無論是大宗的DRAM和NAND Flash,還是小宗的NOR Flash和EEPROM,都有不斷擴大市場份額的中國企業(yè)。

2023年,由于市場需求普遍疲軟,對各類存儲器企業(yè)都是一個不小的考驗,在市場處于低谷期時,特別是在國際貿(mào)易受限的情況下,對中國本土存儲企業(yè)而言,意味著會有更多的潛在發(fā)展機遇。此時,需要更多的投入和堅持,以迎接明、后年市場的復(fù)蘇。



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