存储行业：存储行业景气度拐点已至，AI国产化需求复苏带来新周期
2024-04-30 （报告出品方/作者：中国银河证券，高峰、王子路）存储芯片千亿市场规模， DRAM和NAND为主流品类
信息储存媒介不断变化，NAND和DRAM为当前主流上世纪60年代，ICT产业不断发展，存储芯片行业萌芽。当时主要产品是超低容量DRAM芯片，用于计算机内存。70年代， EPROM和EEPROM芯片问世。这一阶段信息产业呈现“低基数高增速”发展，数据存储需求较小，仅数十亿美元市场规模。 90年代开始，NOR Flash芯片崛起，用于存储固件和数据。NOR Flash与DRAM形成存储芯片市场的两大支柱。总体市场规模 达数百亿美元。 21世纪以来，NAND Flash迅猛发展，用于固态硬盘等大容量存储。NAND Flash与DRAM并驾齐驱，共同主导存储芯片市场。 同时，NOR Flash市场地位被NAND Flash取代，存储芯片市场规模已达到近千亿美元。
在存储行业产品的市场占有率方面，DRAM以超过50%的份额稳居第一，紧随其后的是NAND，占比约为35%。Nor产品则 保持稳定，维持着约2%左右的市场份额。其他产品如EEPROM和SRAM等则各自占据约1%的市场份额。 DRAM：是一种动态随机存取存储器，它使用电容来存储数据。DRAM需要周期性地刷新数据 。 FLASH：是一种非易失性存储器，它使用浮动栅电容来存储数据。
在存储行业，市场集中度较高。主要是由于几家大型半导体公司掌握了大部分市场份额。DRAM（动态随机存取存储器） 和NAND FLASH是存储行业的两个主要细分市场。 2023年的DRAM市场中，三星和SK海力士合计共占比约67%的市场份额，美光占比28.5%，剩余不到10%的市场份额由南亚、华邦等厂商占据。 2023年的NAND FLASH市场中，三星和SK海力士共占比49.5%的市场份额，铠侠占比21.6%，美光占比10.3%。
DRAM发展路径：向传输高速、低功耗演进
DRAM自上世纪六十年代问世以来，一直在电子行业中扮演着至关重要的角色。这种存储技术通过存储托盘在电容器 的状态来实现存储数据，具有高密度和相对密度的优势。 在发展过程中，按照应用场景，DRAM分成标准DDR、LPDDR、GDDR三类。JEDEC定义并开发了这三类标准，以帮助 设计人员满足其目标应用的功率、性能和尺寸要求。 同时，多年来各类型内存技术随着市场需求创新迭代，同时也在这个过程中不断衍生出新的技术品类，比如HBM、 LPCAMM等，驱动DRAM行业持续向前。
高传输速率和低功耗是未来DRAM发展的方向。可以看到，最新一代DDR5拥有超高频宽及低功耗优势，不仅传输速率能增加50％， 工作电压亦由DDR4的1.2V下降至DDR5的1.1V，能够提高整体系统能源效率。此外，DDR5模块配置电源管理IC，直接单独在DIMM模 块上执行电源控制，能够获得更加稳定的电源，并具备较佳的讯号完整性，进而优化能源效率。
在技术节点上，厂商正逐步极限物理制程演进。在DRAM技术方面，美光推出1β（1-beta）制程技术应用于16Gb容量版本的 DDR5内 存。美光1β DDR5 DRAM在系统内的速率高达7,200 MT/s，现已面向数据中心及PC市场的所有客户出货。基于1β节点的美光DDR5内 存采用先进的High-K CMOS器件工艺、四相时钟和时钟同步技术，相比上一代产品，性能提升高达50%，每瓦性能提升33%。
NAND发展路径：高密度存储和3D堆叠为主要趋势
HDD存储是“磁头+马达+磁盘”的机械结构，SSD则为“闪存介质+主控”的半导体存储结构。相比HDD早期发展，SSD是最近10年才呈现出 爆发式增长的存储方式，SSD存储方式在功耗和性能上相较HDD均有较好表现。
最早的RAM SSD可追溯至1976年，Dataram公司出售名为Bulk Core的SSD。随后几十年间，HDD在存储数据方面仍是主流选择，从20世纪90年 代末开始，部分厂商开始进入SSD的制造。三星为第一家选择进入SSD的巨头厂商，于2005年宣布进入SSD，随后东芝、美光、希捷、WD相 继宣布进入SSD领域，SSD市场于2010年进入繁盛阶段，2013年起，Pcle SSD进入消费者市场，2014年SDD软件生态并购企业级存储，2015年， 英特尔宣布开发出新型处理器3D Xpoint，2018年QLC开始应用于企业级市场，2019年，YMTC推出32层的Xtacking NAND样品，随后几年3D NAND开始不断演进。
多轮周期嵌套，AI需求正在创造行业第五轮周期起点
观历史周期之轮回，存储芯片现底部回暖趋势供需格局逐步改善，存储芯片价值稳步提升
传统领域存储容量逐步提升，AI等新蓝海带来新需求
供需格局逐步改善，存储芯片价值稳步提升
早期产业链呈现“美-日-韩”转移趋势日本公司在1970至1980年代因政府研发投资及1976年成立的超大规模集成电路技术研究协会崛起，推动了电子束光刻技术发展， 1988年占全球市场51%。然而，90年代末，日本难适应专业化转变。1986年美日半导体协议下的贸易摩擦和适应不良导致日本市 场份额下降，为韩国及其他国家半导体公司崛起铺路。
韩国存储半导体产业的崛起始于1983年三星的第一代64K DRAM生产。90年代，三星进一步巩固了其在DRAM市场的地位，并在 2000年代初期推出了闪存技术，进一步增强了其市场优势。2009年，SK海力士推出了世界上第一款64GB NAND闪存。近年来， 三星和SK海力士持续推出创新产品，如三星的V-NAND技术和SK海力士的LPDDR5T DRAM。
NAND：3D多层堆叠已是大势所趋
3D NAND技术的兴起标志着2D到3D的大势所趋。在过去，为了提高存储密度，2D NAND通过在平面上微缩晶体管尺寸来实现， 但这一方法已经接近了物理极限，导致其发展面临瓶颈。为了在保持性能的同时提升存储容量，3D NAND逐渐成为主流技术。据 预测，到2025年，3D NAND将占据闪存总市场的97.5%。
DRAM面临制程难题：单元缩小将面临难题
当前，存在8F2和6F2 DRAM单元，包括1T晶体管和1C电容器。未来，DRAM将继续采用1T+1C设计，但由于制程和结构限制， DRAM制造商正专注于发展4F2单元结构。在10nm级及以上的DRAM单元设计中，需要引入创新的工艺、材料和电路技术，如 高NA EUV、4F2、1T DRAM、柱状电容器、超薄高-k电容介质以及低-k ILD/IMD材料。
预测DRAM厂商的D/R趋势表明，若坚持6F2 DRAM单元和1T+1C结构，2027-2028年将成为10nm D/R的终点。面对挑战，如3D DRAM、减少行选通问题、低功耗设计、刷新管理、低延迟、新功函数材料、HKMG晶体管和片上ECC等，DRAM单元缩小将 面临难题。速度和感应裕量被广泛追求，例如三星在DDR5和GDDR6中采用的HKMG外围晶体管技术即优化BL感应裕量和速度。
