中國存儲器能否打破海外壟斷？
本文來自“中金公司”，文|黃樂平。
全球市場概覽:千億美金市場，寡頭競爭，IDM模式盛行
根據WSTS的統計，全球存儲器行業營收2017年達到1319億美元，佔半導體行業收入的30.1%，過去五年(2012-2017)年複合增長率高達37%。
主要驅動力包括智能手機和數據中心服務器。在2018-2020年，行業年化收入增速將維持在8%上下，有放緩趨勢。
從產品形態來看，存儲器主要包括：
1) NAND(閃存，屬於非易失性存儲器)，2017年市場規模達540億美元，主要用於大容量外部存儲;
2) DRAM(動態隨機存儲器，屬於易失性存儲器)，2017年市場規模730億美元，主要用於設備內存;
3) NOR(閃存，非易失性存儲)，2017年市場規模23億美元，主要用於存儲固定代碼。其他存儲器類型還包括SRAM(易失性存儲)和幾種ROM(非易失性存儲)，但市場普及度都比較低。
從競爭格局來看，通過多年行業整合，行業呈現寡頭壟斷態勢。
根據IDC的統計，1Q18DRAM存儲器行業實現營業收入232億美元，三星、SK海力士、鎂光三家分別擁有46%，27%，23%的市場份額，前三甲合計市佔率超過95%。
1Q18NAND存儲器行業規模136億美元，三星，東芝/西部數據、SK海力士、鎂光分別擁有42%，29%，13%及12%的市場份額。
NOR方面，旺宏目前市佔率最大，我國的兆易創新(Gigadevice)有8%左右的市場份額。
產業鏈的前半段:
全球主要存儲器廠商主要採取設計、製造、封測一體的IDM，原因在於存儲器行業的技術競爭激烈且規模效應強，要依靠大產能來降成本，獲取更多盈利。
且IDM模式能更好的實施設計與製造的溝通，在效率上優於Fabless+Foundry分工，尤其是在技術演進的過渡時期優勢明顯。
走“虛擬IDM的模式”也似乎可行，Fabless鎖定代工產能，二者展開深度合作，例如兆易創新。
再看產業鏈的後半段:
目前，雖有存儲廠商外包封測業務，但80%以上的封裝測試仍由IDM進行。存儲顆粒不能在整機中直接使用，模組的生產也是必要環節。
DRAM模組方面，Kingston佔據了絕對統治地位;NAND方面，三星在閃存顆粒上的優勢得以延續，市佔率領先。
此外，閃存盤還離不開控制器的輔助，第三方廠商如羣聯、慧榮、Marvell都有着穩固的市場地位，我國的江波龍也有一定份額。
DRAM:三足鼎立，2017年受數據中心驅動增長強勁，目前下行週期降至
市場規模及應用細分
2017年全球DRAM市場規模730億美元，過去五年(2012-2017)CAGR達22.7%。按bit需求來算，根據iHS的統計，2017DRAM存儲容量需求達948億GB，同比增長28.2%，過去5年(2012-2017)保持年化27.5%增長。
DRAM顆粒製造市場呈現寡頭競爭的態勢。按2017年營業收入統計，前三位中三星、SK海力士、鎂光三家存儲器公司合計佔據了95%以上的市場份額。
按下游應用來分，目前，DRAM芯片在智能手機及服務器領域的用量需求最大，以bit計算，分別佔到總需求的42%及28%。
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根據Gartner的數據，得益於數據中心數量及規模上升的強大驅動，2017年服務器DRAM的bit需求增長已經超過智能手機。2018年上半年服務器DRAM需求增長仍然強勁。
從產品種類來看，為了滿足更高的工作頻率及帶寬需求，在各終端應用中，目前DDR4產品已經逐漸對DDR3實現替代成為主流。
根據IDC的數據，按出貨量拆分，DDR4佔比已達42%，與DDR3(佔比47%)相當接近。
行業週期位置
存儲行業與整個半導體行業一致，景氣度隨供求關係呈週期性變化。
我們看到，在整個智能手機驅動的半導體行業週期內，2016年DRAM市場達到相對低點，2017開始出現供不應求，行業內公司的發展幾乎同步向好，雖然它們的財務狀況不盡相同，產能增加情況也不盡相同。
但一旦產能釋放，市場正日益走向供需平衡，整個行業“一榮俱榮，一損俱損”的情況將不復存在，公司間競爭加劇，營業利潤率承壓下行。但市佔率領先的廠商受影響相對較小。
目前智能手機出貨量放緩後，AI、5G等新應用還未能對DRAM需求形成規模性刺激。從宏觀角度來看，ASP同比增速我們認為DRAM自2018年三季度起將正式進入下行週期，高端DDR4產品ASP開始鬆動，出現軟着陸。
根據Yole的預測，樂觀情況下，2018年DRAM存儲器市場規模將接近1000億美元，2019年增速明顯放緩，市場規模將趨於穩定。
供需關係與價格
在經歷2015年的供需失衡的慘淡後，2016年DRAM價格企穩，重新回到上升週期。
特別是到了2017年，北美數據中心的需求持續強勁，以及DRAM供給端產能與製程受限下(各廠商高容量模組佔比仍然有限，1Xnm剛開始導入或處於產能爬坡階段)，並不能滿足整體服務器內存市場需求，服務器用DRAM供不應求的情形在下半年比較顯著，帶動DRAM持續價格上揚，與3Q16價格相比已經翻倍，PC端情況類似，手機DRAM價格也有40%以上增長。進入2018年後，產能逐漸釋放，對於ASP來講影響將會是負面的。
目前DDR3產品的價格已經開始鬆動，DDR4價格預計在產能開出後也將受供求關係影響進入下行週期。
回到Wafer投片情況來看，根據DRAMeXchange的數據，2017年三星出貨量仍居第一位，4Q17投片量360-400K，SK海力士以280K左右的投片量位居第二，鎂光位居第三。到今年年底，三星將擴產至460-480K左右，海力士有擴產計劃，而鎂光產量基本持平。
產能逐漸釋放，勢必在2019年將對供需關係產生影響，進而影響價格。
如前文所述，服務器端DRAM需求量近兩年來增長迅猛，在未來3-5年內，服務器DRAM佔比將可能達到40%。根據DrameXchange預測，4Q17服務器32GBDRAM佔比已達61%，在4Q18將上升至74%左右，帶動DDR4需求。
此外，這一輪DRAM的景氣，和中國手機客户DRAM需求增多也有關聯。但向前看，智能手機出貨量增長放緩至低個位數，數據中心數量及規模增長也很難維持在高位。
結合IDC的數據，到2019年後，產能釋放，供應充足率將轉為正值，市場供過於求，屆時DRAM存儲器將面臨價格壓力。
雖然AI、5G等新應用必然帶來DRAM的新一輪上升週期。但以目前的可見度來看，這個時間點要到2020年甚至更晚才會出現。
NAND:SSD需求逐漸取代手機，2017景氣不再，價格下滑，市場增速放緩
市場規模及應用細分
2017年全球NAND市場規模540億美元，過去五年(2012-2017)CAGR達18.5%。按bit計算，根據iHS的統計，2017DRAM存儲容量需求達1727億GB，同比增長34.3%，過去三年(2014-2017)保持年化42.8%高速增長。
相較DRAM，NAND顆粒製造的競爭格局更加多元化。除三星電子擁有39%的市佔率遙遙領先外，東芝+西部數據合計市佔率為32%、SK海力士、鎂光的市場份額均位於10-20%的區間，實力不相上下。
NAND閃存方面，由於AI、高性能計算等新應用帶動數據中心工作量與日俱增，計算用大容量SSD很大程度上推動了NAND需求的擴大。
從2016年起，SSD的bit需求增長已經領先於智能手機與平板電腦。從絕對需求量(按bit)來看，2017年SSD佔比已經達到45%，與手機的48%佔比不相上下，充分説明SSD將成為整個NAND的主流應用的趨勢。
從產品種類來看，MLC/TLC型NAND可在一個單元內存儲多個bit數據，雖然可靠性略差、壽命較短，但憑藉良好的性價比和容量，普及度遠超SLC。
隨着平面結構微縮極限的到來，NAND存儲器不得不轉向3D結構發展，3DNAND出貨量佔比不斷提升，目前已經佔到全球的26%左右。中國的長江存儲(YMTC)也進入了3DNAND陣營。
行業週期位置
與DRAM無異，NAND存儲器市場仍然呈現週期性波動。
2016年上半年存儲器價格暴跌後市場到達底部，下半年需求開始回暖，產能逐漸擴張。
2017年開始，由於技術向64層3DNAND遷移，產能放量較緩，市場供貨緊俏。而到了2018年，產能開出，NAND供過於求，行業進入新的下行週期。
根據Yole預測，在NAND存儲器ASP下降的同時，對需求同樣構成一定刺激，2018年NAND存儲器市場規模將達到640億美元左右，同比增長14.8%，2019年起市場規模增速放緩，趨於穩定。
在AI等新應用對行業形成有效驅動前，增速與17年難以相比。
各廠商NAND產品營業利潤率表現與整個行業一致，呈週期性波動，且目前已經對行業下行趨勢有所反應。但整體看來，市佔率高的廠商的營業利潤率歷史表現相對穩定，如三星、東芝。
此外我們發現，進入下行週期後，龍頭廠商在利潤率上的變化最為迅速，我們認為這也是其憑藉大規模、低成本優勢，在下行週期內靠低價來打壓競爭對手的體現。
供需關係與價格
自2018年以來，受各大廠商3DNAND產能釋放影響，大容量NAND價格一路跳水，跌幅達50%左右，近乎回到兩年前水平。
供給過剩是價格下跌的一方面因素，而另一方面，是因3DNAND技術的成熟導致TLC型顆粒穩定性上升，大容量芯片成本明顯降低導致。
相比之下，SLC、小容量產品價格跌幅不明顯，原因在於SLC的應用場景較特殊，受眾小，客户需求相對穩定。
市場目前對於NAND市場供過於求表示出強烈的擔憂，但我們認為雖然行業將進入下行週期，但這種擔憂可能略微過度。
從投片情況來看，2018年全年新擴充的產能有限。
根據IDC的數據，到2019年NAND供給只處於略微失衡的狀態，在3Q18缺口最大，供應充足率為3.2%左右。
此外，低價對行業來説不一定全是利空:低價存儲器本身對市場需求也能構成一定刺激，這也同樣驗證了近期在價格下跌週期內，存儲廠商收入因需求擴大未見萎縮的邏輯。
三星、東芝/西部數據的QLC閃存於2018年下半年已經陸續出樣，樂觀來看，年底可能會有QLC硬盤商業化，但大規模量產上市應該還需到2019年甚至更晚。
等QLC普及後，對大容量3DNAND存儲價格仍有一定衝擊。NAND價格隨着技術迭代，越來越便宜是整體趨勢，但需求擴大也會在一定程度上對價格下跌形成抵消。
我們認為，到2020年前後，NAND市場規模將會趨於穩定。
NOR:近五年來市場整體萎縮，技術升級有望注入新活力
市場規模及競爭格局
2017年NORFlash市場規模達23億美元，同比增長24.8%。過去五年來看，整體NORFlash市場呈萎縮趨勢，原因在於:1)智能手機逐步替換功能手機，對NOR的需求減少;2)部分高容量產品轉而由SLCNand取代。
但Nor市場規模從2016年開始相對穩定，終止下跌趨勢，我們認為主要是由於下游新增應用需求，來自:1)智能手機中TDDI以及AMOLED;2)物聯網;3)汽車電子。
競爭格局上來看，2017年旺宏在NOR市場的份額位居第一，達26%左右。
Cypress位列其次，我國的兆易創新在2017年市佔率達8.2%，排名第五位。而從供給端來看，因為利潤率不及其他業務原因，Cypress和鎂光都在相繼縮減產能。
Cypress逐步退出中低容量市場，未來專注於汽車、工業控制等應用的高容量產品，而鎂光選擇淡出利基型閃存市場，未來更專注於DRAM和NAND生產。積極擴大產能的兆易創新，在未來有望市佔率達20%，躋身世界前三。
未來發展趨勢
智能手機中TDDI以及AMOLED滲透率的增加，為NOR帶來新的市場需求。TDDI是將智能手機的觸控與顯示驅動集成在一起，整合進單一芯片中。
由於TDDI芯片較為複雜，需要更多的容量來存儲分位編碼，需要新增一顆NORFlash芯片，因此對NOR的需求有所增加。
根據我們的預估，2018年TDDI滲透率將達到25%，以對應4-16MB的NORFlash測算，帶來7,700萬美元的市場容量。
同樣，AMOLED面板的滲透也是另一大動因。由於AMOLED面板技術門檻較高，目前仍受到亮度均勻性和殘像等技術制約，良率無法迅速提升，因此需要進行光學補償。
光學補償相關編碼較為複雜，無法整合進驅動芯片中，因此需要新增一顆NORFlash芯片來進行存儲，iHS預計2018年AMOLED滲透率為30.0%，以對應8-32MB的NORFlash測算，帶來1.3億美元的市場容量。
中國的機會與挑戰:本土需求強勁，技術資本開支巨大影響前期利潤
雖然中國是全球最大的存儲器消費市場之一，但由於過去產業基礎薄弱。發展存儲器需要在專利技術，人才，資本等多個方面補齊短板。
目前一般採取的方法是通過擁有技術的半導體企業與有資金的地方政府和半導體大基金合作的形式進行推進。
中國主要的存儲器項目包括(1)紫光集團與武漢，南京及成都合作展開的NAND與DRAM項目。(2)兆易創新與合肥合作的DRAM項目。(3)聯電與福建省合作的存儲器項目。
技術差距
DRAM:為了獲得更快的速度與更低的能耗，DRAM隨摩爾定律的發展一步一步縮小自身尺寸，若採用EUV光刻，製程可微縮至10nm量級。目前，行業前三甲三星、SK海力士及鎂光都處於完成1Xnm製程轉換或在轉換過程中的階段。具體情況為:
► 三星技術明顯領先，目前已有較高的1Xnm製程收入佔比，並積極推進1Ynm製程轉入進度。平澤廠計劃於2019年開始量產10nmLPDDR5芯片。
► 鎂光方面，原瑞晶部分已於今年二季度實現到1Xnm的全部轉換，並計劃於明年轉向1Znm，而原華亞科部分仍在向1Xnm製程的轉換當中。
► SK海力士已於2017年開始向M14廠一期產線及無錫廠開始導入1Xnm製程，但由於技術壁壘較高，2018上半年良率不達預期，LPDDR4產能仍然有限。
我國的福建晉華目前僅專注於利基型DRAM的製造，技術相對落後，首先導入的產品為25nmDRAM存儲器，製程上大概落後三星3代左右。
合肥長鑫將從19nm(1X)製程切入市場，我們預計2020年可開始大規模量產產品。到2019年底，公司產能將達到2萬片/月。大概落後三星2-3年。
NAND:由於平面微縮極限的到來，NAND存儲器轉向3D結構發展。
堆疊層數增多不僅增大容量，更因為絕緣材料及空間結構變化解放了TLC技術的可靠性和壽命問題，使QLC成為可能。這一演進，大大降低了單位GB成本。
3DNAND方面，目前64層產品已經在各大境外廠商中普及，全球3DNAND的出貨量佔比已經達到1/4有餘。今年7月三星96層TLCV-NAND開始量產，在競爭中領先將於今年更晚時間量產96層3DNAND的東芝/西數和鎂光。
我國長江存儲(YMTC)自主研發的32層3D-NAND產品將於年底量產出貨，其今年剛發佈了Xtacking技術，將幫助NAND存儲器實現與DDR4內存I/O速度，及更大的堆疊密度，並將用於明年量產的64層3D-NAND產品中。
大體來看，技術相媲美的上落後全球大廠3年左右的時間。
資金投入
存儲器是典型的資本密集型行業。如我們先前所述，為了獲得製程的領先及規模帶來的低成本優勢，各廠商不得不採用IDM模式或虛擬IDM模式來經營，並且在適當時點上不遺餘力投資。
隨着先進製程成本的增加，有擴產計劃的廠商資本開支明顯加大。目前市佔率較高的三星、鎂光、SK海力士及東芝在存儲器上的年資本支出均超過50億美金。
我國的紫光集團(南京+成都+武漢)、合肥睿力及福建晉華的總投資分別達到780億美元，72億美元及53億美元，數額巨大。
事實上中國鉅額的投入也間接促進了韓、美兩國大廠資本開支的上升。三星2017年在DRAM和NAND上投入的資本開支就達到200億美金，因此，我國廠商的數字分攤到每年，還難以和龍頭廠商相比。
雖然在量產初期，如此巨大的資本開支也會給中國企業帶來不小的折舊壓力，下行週期中技術、管理略遜的中國企業可能必須經歷幾年內虧損，但若想實現存儲器的國產替代，這種投入十分必要。