半导体存储行业深度报告：数据量增长驱动升级，产业链迎国产化机遇31/64

（报告出品方/作者：国信证券）

半导体存储

半导体存储：数据的蓄水池

存储器是指利用磁性材料或半导体等材料作为介质进行信息存储的器件。半导体存储器利用半导体介质贮存电荷以实现信息存储，存储与读取过程体现为电荷的贮存或释放，半导体存储是集成电路的重要分支。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）数据，2022 年全球集成电路产业规模为 4744.02 亿美元，其中存储芯片规模为 1297.67 亿美元，约占集成电路产业总体规模的22.6%，与逻辑芯片共同构成集成电路产业的两大支柱。

存储芯片作为全球半导体行业第一大细分领域可分为易失性和非易失性两类，易失性存储又可分为动态随机存储（DRAM）和静态随机存储（SRAM）。其中DRAM具备集成度高、低功耗、低成本、体积小等显著优势，通常用于智能手机及服务器内存。非易失性存储主要包括 NAND FLASH 和 NOR FLASH，其中NAND 被广泛用于 SSD、eMMC/EMCP、U 盘等高端大容量产品，NOR 则主要用于智能穿戴、汽车电子、AMOLED 等领域。

（1）易失性存储是运行程序临时数据的存储媒介，供CPU 读写处理，占存储市场的 57%。RAM 需要维持通电以临时保存数据供主系统CPU 读写和处理。由于RAM可以实现对数据的高速读写，可作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。在此基础上，RAM 根据是否需要周期性刷新以维持数据存储，进一步分为动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。动态随机存取存储器（DRAM）需要在通电状态下通过周期性刷新来维持数据；静态随机存取存储器（SRAM）则不需要周期性刷新。SRAM 的速度更快、耗电量较低但存储器容量较低且制造成本较高，通常用于缓存；DRAM 的成本更低，密度更大，主要用作主处理器存储器。

（2）非易失性存储主要指只读存储器（ROM），无需持续通电亦能长久保存数据的存储器，占存储市场的 43%。ROM 包括掩膜只读存储器（Mask ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可编程可擦除只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）和快闪存储器（Flash）等不同阶段产生的产品。Flash 作为主要应用包括 NAND Flash 和 NOR Flash。NAND Flash（占40%）是一种半导体单元串联排列的闪存，其闪存单元垂直排列,可实现大容量化；同时无需记忆各单元的位置,写入速度很快。由于其小型化和大容量化, NAND 闪存常常被用作各种移动设备和电子产品的存储设备，是目前全球市场大容量非易失存储的主流技术方案。NOR Flash 是一种半导体单元并联排列的闪存，由于并联排列的,它的数据检索快,读取速度快且数据安全性高；但 NOR 由于要记住各个单元的地址电路较为复杂,储存数据的空间小,很难实现大容量化，在小容量场景中具备经济效益。

存储产业链包括存储颗粒制造环节（晶圆厂+设计公司）、存储应用环节（模组厂+主控芯片）及封测厂。半导体存储器由于布图设计与晶圆制造的技术结合更为紧密且标准化程度高，主要以 IDM 模式为主，非 DRAM、NAND 主流产品即利基存储领域有部分设计公司参与。在应用环节，存储原厂完成晶圆制造后，仍需开发大量应用技术以实现从标准化存储晶圆到具体存储产品的转化，包括主控芯片、固件开发、封测等环节，最终由存储原厂或模组厂商以成品形式推向市场。

在终端产品上，存储原厂聚焦大宗市场，存储模组厂商则聚焦客制化细分市场。存储原厂凭借晶圆优势向下游存储产品领域渗透，以晶圆的创新设计与制程提升聚焦于具有大宗数据存储需求的行业和客户（如智能手机、个人电脑及服务器行业的头部客户）。而对于产品差异化较大需客制化的长尾细分行业市场（如工业控制、商用设备、汽车电子、网络通信设备、家用电器、影像监控、物联网硬件等）以及主流应用市场中小客户，则由独立的存储模组厂商进行开拓。

未来存储将向高密度、大容量方向发展

从平面到 4D，NAND 存储密度不断提升

提高存储单元的可存储数位（bit）量和提升 3D NAND Flash 的堆叠层数是存储密度提升的主要方式。NAND Flash 的进化过程中最重要的趋势就是每个单元拥有更高的密度，从 Single Level Cell(SLC)对应 1bit、Multi Level Cell(MLC)对应 2bit、Triple Level Cell(TLC)对应 3bit 到 Quadruple Level Cell(QLC)对应4bit 发展，存储密度得到提升。但由于在 2D 形式下，单位存储单元密度提升会带来擦写次数减少、可靠性降低和单元间干涉现象严重等问题，3D NAND技术应运而生。3D NAND 大幅减少了单元（Cell）之间的干扰影响，提高了单元自身的特性，并持续提高积层单数就能够实现数据容量的扩大及成本节约，其读写速度、功耗、成本、耐久性、数据传输速度及容量等均展现出卓越的优势。

3D NAND 为闪存市场主流产品，22 年应用占比超 80%，随存储密度要求提升层数增加。自 2013 年后，3D NAND 的堆叠层数出现了快速增长。2015 年推出了48层NAND，2017 年推出 64 层，2019 年 96 层，2020 年128 层，2021 年176 层，2022年 232 层。目前，三星、美光、SK 海力士、长江存储等均超过了200 层。根据Yole数据，128 层 NAND 仍为主要工艺，232 层 NAND 将随数据中心等需求增加加速渗透。

从 1X 到 1Z，DRAM 制程不断缩小

DRAM 占据全球存储器市场第一大份额，手机和服务器推动DRAM 市场需求扩大。DRAM 按照产品分类可分为 DDR/LPDDR/GDDR 和传统型（Legacy/SDR）DRAM，其中DDR(DDR SDRAM 双倍数据速率同步动态随机存取存储器)是DRAM 应用最广的产品类型。通常 SDRAM 在一个时钟周期内只传输一次数据，而DDR 则是一个时钟周期内可传输两次。随着 CPU 内核数增加，为保证每个核的带宽不变，整体DDR的带宽（Bandwidth）及功耗要求不断提升，DDR 由第一代升级至第五代DDR5。相比DDR4，DDR5 数据传输速度与有效带宽翻倍。

先进的工艺节点与封装技术的演进是 DDR 升级的核心要素。每个节点级数都代表芯片中晶体管和电容器的最小组件缩小，14 年三星率先实现20nm 量产(4GbDDR3DRAM)，此后 DRAM 制程每两年迭代，从 1Xnm(16nm-19nm)到1Ynm(14nm-16nm)到1Znm（12-14nm，DDR4X/5 及 LPDDR4X/5)；22 年美光推出了1βDRAM 技术，该技术初步可使 LPDDR5X 效率提升 15%。在此基础上，硅通孔（TSV）技术可实现DRAM芯片的多层堆叠，提升模块容量；例如三星 DDR5 利用TSV 技术堆叠了8层16GBDRAM 芯片，DDR5 模块容量提升至 512GB。

预计未来 5 年数据中心对 DRAM 的需求复合增速将超30%，DDR5 作为高性价比的内存形式将成为 DRAM 的主要出货类型。根据 Yole 及IDC 数据，尽管23年PC、服务器需求恢复有限，DDR5 渗透率提升较慢，随着AI、服务器及物联网带来的计算需求增加，未来五年，DRAM 需求将快速增长。其中DDR5 作为高性能低功耗的新一代产品，将广泛应用于大多数的计算场景中，成为主流产品，25 年后渗透率将超 60%。尽管 HBM（High Bandwidth Memory）在高度并行计算、计算机视觉、AI 等应用中有卓越的性能优势，但考虑其成本、内存灵活性等因素，DDR5将在较长时间内占据主要的内存应用市场。

“内存墙”的限制将促进 TSV(硅通孔)、混合键合为基础的先进内存封装技术26年占比将在 20 年基础上增加两倍以上。随着数据密集型应用不断增长，目前处理器算力超过存储芯片存取能力，内存和处理单元之间的数据传输带宽受限即受到“内存墙”的阻碍；以 HBM（高带宽存储器，High Bandwidth Memory）为代表的新型内存封装形式应运而生。根据 Yole 数据，2026 年内存封装市场将增至198亿美元，其中 TSV、混合键合等先进封装技术占比将由2020 年不到5%增至约18%。

根据 Trendforce 数据，高端 GPU 需求提升将拉动HBM23 年需求量增加58%，24年将再增加 30%。HBM 是利用 TSV 和热压键合等技术将DRAM 芯片进行堆叠并与GPU一起封装以实现更高的传输带宽的新型内存封装形式。从传输位宽来看，通过该种互连方式，每层 DRAM 芯片有两个 128 bits 通道，若堆叠4 层DRAM 芯片对应1024 bits 即 1024 个数据引脚；若 GPU 周围配置 4 块该类型HBM 内存，则总位宽为 4096 bits；相比 GDDR5 显存 16 通道对应 512 bits 大幅提升，适用于游戏和图形处理等高并行任务对带宽要求高的应用。

根据 Trendforce 数据，HBM 市场被海力士(占 53%)、三星(占38%)和美光(占9%)三大内存原厂占据。2014 年，AMD 与海力士合作开发出了全球第一代HBM，随后海力士相继推出了 HBM2、HBM2E、HBM3 等产品，内存Die 堆叠层数由4 层增至12层，单颗 HBM 容量可达 24GB；此外，三星 HBM3 亦开始量产，并推出了HBM-PIM(存算一体)产品；美光 HBM2E 于 21 年开始量产。随着NVIDIA GPU H100、A100采用了 HBM2e、HBM3 技术，HBM 应用将逐步走向成熟，成为AI 服务器与高端GPU的主要封装形式。

存储产业：周期与成长并存

存储格局：准入门槛不断提升，上游原厂高度集中

存储芯片的周期性明显，波动大于半导体整体行业。全球半导体是螺旋演进的周期性行业，其中存储芯片相对标准化，因此周期性更为明显。从2000 年以来的增速看，全球存储芯片的销售额同比增速波动性大于全球半导体：

PC 与手机创新：02 到 04 年，PC、笔记本需求拉动存储芯片景气上行；09到11 年，全球经济变化带来行业短期波动，3G 手机和上网本的出现拉动了内存的需求。13 到 14 年，4G 智能手机渗透率提升，互联网+带来计算量提升，拉动存储进入上行周期。

视频流量兴起：16 年到 18 年，视频流量与智能化场景应用带来的存储扩容带动存储芯片景气上行；而各大存储大厂处于由 32 层向64 层技术过渡阶段，产能使用率和良率偏低，存储器进入供不应求状况，价格大幅上涨，2017年全球存储芯片销售额同比增长 61.5%。2018 下半年到2020 年上半年，手机销量疲弱，存储厂商扩产和技术升级完成供过于求，2019 全球存储芯片销售额同比减少 32.6%。

疫情与供应链本土化：2020 下半年到 2021 年底，疫情带动的居家办公、线上学习带动 PC 和数据中心需求带动存储芯片景气上行；同时部分晶圆厂或封装厂因为疫情停工，供给不足，全球存储芯片月销售额增幅扩大。2022年至今,由于过渡下单导致的高库存、通胀及经济复苏趋缓导致存储芯片需求和价格持续走低。

DRAM 产品偏标准化使得其具备了大宗商品属性，行业经历整合后CR3 达90%左右。当需求下降时，一方面厂商试图通过大幅降低价格来获得市占率，另一方面晶圆厂需要满负荷运行已分摊固定成本（包括折旧）很高；因此当需求放缓时，会导致供应过剩，使价格和利润面临压力。自 2012 年以来，内存行业不断整合，95年前十大 DRAM 厂商占据了约 80%的市场份额，到 13 年美光科技、三星和SK海力士占据了 90%以上的市场份额，期间由于终端应用需求下降、汇率变化及资本投入受限等因素使得奇梦达、尔必达相继破产，行业整合形成了高度集中的格局。

随工艺节点提升，内存需要的资金投入、规模与技术能力使得市场难以进入。在行业整合阶段，由于工艺节点提升带来的准入门槛提升使得行业鲜有新进入者。工艺节点的缩小使得晶圆厂和工艺开发成本每年飙升13%以上，建造一座新晶圆厂的成本在百亿美元量级，需要国家和社会资本的大力支持。此外，内存bits的单价逐年降低，因此要求内存厂商不断迭代以维持产品ASP，因此对技术要求提出了较多的挑战。

存储现状：价格触底，周期底部拉长

供需受多因素影响波动性增强且周期拉长。由于 COVID-19 放缓了供给端增长而居家模式拉动需求端加速增长，供需缺口拉大带来了行业20-21 年的景气上行，随生活常态化内存市场增长放缓 22 年开启下行周期。由于过度下单与积极扩产导致库存高企，此外地缘政治、全球通胀、消费情绪低迷导致需求恢复有限，供需调整周期拉长。

1Q23 全球 DRAM 收入规模环比减少 21.2%。根据 TrendForce 数据，1Q23DRAM产业营业收入约 96.6 亿美元，环比减少 21.2%，已经连续三个季度下降。目前由于市场供过于求的状况仍未改善，价格持续下跌；随着原厂陆续减产后，预计DRAM下半年价格的跌幅有望逐季收敛。考虑 2Q23 虽然出货量有所增加，但因价格跌幅较大，预计营业收入增长幅度有限。

1Q23 全球 NAND Flash 收入规模环比减少 16.1%。根据TrendForce 数据，1Q23NANDFlash 产业规模约 86.3 亿美元，环比减少 16.1%；主要由于第一季度NANDFlash购买方采购意愿保守，供应商持续降价求售，因此1Q23 NAND Flash 位元出货量仅环比微增 2.1%，而平均销售单价（ASP）环比减少15%。TrendForce 预计2Q23位元出货量环比增长 5.2%，但 ASP 将持续下跌，因此预计2Q23 NAND Flash产业营业收入将持续下跌，环比下降约 7.9%。

2Q23 部分产品价格降幅持续扩大。根据 TrendForce 数据，由于服务器出货不如预期及库存压力持续，DRAM 及 NAND Flash 供应商减产速度不及需求降低速度，部分产品 2Q23 均价季度跌幅有扩大趋势，预计 DRAM 扩大至13-18%，NANDFlash扩大至 8-13%。其中，DRAM 价格跌幅扩大的主要原因是DDR4 与LPDDR5 的库存过高；NAND Flash 价格跌幅扩大的主要原因是市场供过于求的状况仍未改善，Enterprise SSD、UFS 跌幅扩大。

预计 23 年全球服务器出货量同比减少 2.85%，AI 服务器占比约10%对行业整体拉动有限。根据 TrendForce 数据，由于国际形势及全球经济影响，同时四大CSP（云服务提供商）陆续下调采购量，Dell 及 HPE 等 OEM 亦下调全年出货量预估，预计23 年全年服务器整机出货量将下修至 1383.5 万台，同比减少2.85%。虽然ChatBOT等将带动 AI 服务器出货量，预计 23 年 AI 服务器出货量将同比增长超过10%，但是由于目前 AI 服务器占整体服务器出货比例不到 10%，故无法反转整体疲弱态势。

需求疲软导致周期底部拉长至 23 年底，原厂减产后行业将以低增速缓慢恢复增长。根据 IDC 数据，由于需求疲软导致 DRAM 与 NAND 供过于求比例（sufficiencyratio）不断上调即供过于求时间持续拉长；在供给端原厂均通过减产进行供给优化：西部数据与铠侠调整了横滨、北上 NAND Flash 工厂产量，22 年10 月开始削减约 30%产量；美光削减 20%综合产量；海力士围绕受益较低的产品线减产；三星以 DDR4 等通用产品为中心推进减产 3-6 个月。在需求端，除服务器等细分领域结构性快速增长，由于占比较高的消费电子疲软与通胀使得需求增长有限，预计本轮周期需求将呈现低增速状态。

存储机遇：下游应用场景智能化

随数据中心数据密度增加，21-25 年预计单位服务器NAND 用量将增加3 倍、DRAM将增加 2 倍。与普通服务器配置单个 DRAM 与 NAND 不同，数据中心随着数据密集化，向异构数据中心架构发展。该结构解决了增加的数据集和计算核心数量对内存扩展的需求，增加了系统的灵活性并且降低了整体的功耗。预计随数据中心发展，未来单位服务器对应的存储器数量将倍增。

AI 带来的数据增量与服务器需求，NAND\DRAM 数据中心应用市场2030 年将有望接近 1800 亿美金。随着 AI 的迅速发展，产生和需处理的数据量将会进一步攀升，据 IDC 统计，2022 年 NAND 需求量约 6 千亿 Gb，到2027 年将达到17.6 千亿Gb，年复合增速达20.1%，DRAM在服务器端需求从21年62亿Gb到140亿Gb，2021-2027年复合增速达 14.5%，服务器端将超越手机端成为DRAM 的第一大市场。根据美光预计，NAND\DRAM 市场 2030 年有望超 1800 亿美金，近10 年复合增速约14%。

在汽车智能化驱动下，21-27 年汽车存储需求复合年增长率约为20%。在汽车智能座舱、自动驾驶渗透驱动下，美光预计 25 年一辆普通汽车所需的DRAM和NAND容量将分别提高 3 倍和 4 倍。根据 Yole 预测，21-27 年汽车存储市场将从43亿美元增加至 125 亿美元，对应复合增速为 20%。尽管汽车存储市场占存储市场不到 5%，其增速远超行业平均增速。美光为最大供应商，21 年市场份额为45%，三星占 13%，英飞凌、铠侠、SK 海力士、ISSI 均落后于三星，市场份额≤7%。

NOR(15%)、DRAM(39%)和 NAND(41%)为主要汽车存储应用形式，美光市占率最高，21 年占比达 45%。21 年汽车内存市场以 NAND 和 DRAM 为主，合计占比80%：NO占15%，市场空间大 7 亿美元。目前汽车存储主要应用在信息娱乐单元、仪表盘和连接功能的驾驶舱，而辅助与自动驾驶应用占比为 24%。随着自动驾驶程度提升，DRAM 和高密度 NOR Flash，还有用于智能传感器的SLC NAND 是增长最快的内存应用领域。预计 27 年，ADAS & AD 的收入份额将增加至36%，DRAM 和NAND占比近 90%。

从 ECU 到域控制最后到中央计算架构，存储技术不断演进。随着数字驾驶舱、ADAS智能传感器和自动驾驶功能的普及，DRAM 需使用到LPDDR5(x)；由eMMC向UFS和 PCIe 固态硬盘 (SSD)发展。而前置摄像头、成像雷达、激光雷达等智能传感器的渗透需要高密度 NOR 闪存（(Q)SPI 至 xSPI）和DRAM(DDR3L 或LPDDR4)。自动驾驶需要采用中央处理和人工智能，需要存储大量代码和数据，对应eMMC或 UFS 的应用。此外，智能座舱应用中对容量、低功耗和即时启动时间要求提升，LPDRAM 容量将增至 64GB 升级为 LP5/6，，带宽提升至400GB/s，通常采用SIP封装将 DRAM 颗粒与系统级芯片（SoC）集成在小型 PCB 上以提升高速数据速率时的信号完整性。

上游存储芯片-存储功能实现的基石

主流 DRAM 与 NAND 高度集中

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议）

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