【长城证券】半导体行业穿越存储60年：AI时代，新周期.pdf

2023-07-11

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一、存储产业：现代文明传承与延续的基石

存储的起源：文明的传承与延续是需求基石，推动存储介质的发展

文明的传承与延续是信息存储的需求基石，存储需求的爆发增长，促进了存储介质的创新和发展。从文明诞生以来，人类就一直在寻求能够更有效存储信息的方式，从4万年前洞穴壁画、6000年前泥板上楔形文字、竹签、书本，现代的存储模式已经主要为光盘、U盘、硬盘等等，存储器的更新换代从未停止。

1970年10月，Intel发布了第一款商用DRAM，正式宣告了磁芯存储器的灭亡。1970年，Intel发布了第一款商用 DRAM“Intel 1103”，其在惠普9800系列电脑上大量应用，至1972年Intel 1103成为全球销量最好的DRAM内存芯片，击败了当时的磁芯DRAM内存，它的诞生正式宣告了磁芯存储器的灭亡，并最终成全了个人电脑革命。

2030年全球每年新增数据量将突破1YB，存储需求量级爆发式增长

到2030年全球每年新增数据量将突破1YB量级，相当于4万亿台256GB高端手机的存储能力，存储需求量级爆发成长。华为数据存储与机器视觉产品线总裁周跃峰在2021创新数据基础设施论坛中表示，到2030年全球每年新增数据量将突破 1YB量级，相当于4万亿256GB高端手机的存储能力，存储需求量级爆发成长。

IDC预计到2025年，中国数据圈将增至48.6ZB，占全球的27.8%，成为全球最大数据圈。据IDC预测，全球数据圈(每年被创建、采集或复制的数据集合)将从2018年的33ZB增至2025年的175ZB，增幅超5倍。其中，中国数据圈增速最为迅速。 2018年，中国数据圈占全球数据圈的比例为23.4%，即7.6ZB；预计到2025年将增至48.6ZB，占全球数据圈的27.8%，中国将成为全球最大的数据圈。

数字存储的演进：存储器尺寸不断缩小至芯片，容量可达TB量级

随着技术的发展，存储器尺寸逐渐缩小，存储容量大幅提升。根据NIMBUS数据，1960年代，磁带平均容量仅为2.3MB， 1970年代软盘开始流行，平均容量同样仅MB量级。伴随着硬盘技术的发展及普及，存储器尺寸不断下降，存储容量大幅提升。1990年代，硬盘存储容量已达到1GB量级。21世纪开始，DRAM、闪存进入人们视野，成为主流存储方式，平均存储容量从GB量级逐渐提升至TB量级。

二、机械硬盘，雄风犹在

机械硬盘雄风犹在，企业级应用成未来主战场

机械硬盘雄风犹在，位列数字存储市场规模第三，市场集中度逐步提升。根据日本HDD协会数据，2022年机械硬盘市场规模整体约183亿美元，约占数字存储的11.35%，位列第三。2008年以前，机械硬盘市场各厂商竞争激烈。伴随着消费级市场的流失，厂商逐渐退出，市场集中度提升。2020年HDD市场主要玩家为希捷、西部数据和东芝，根据 Trendfocus统计数据，希捷、西部数据、东芝的市场份额分别为42.70%、37.00%和 20.30%，依次位列全球第一、全球第二、全球第三。

机械硬盘是传统普通硬盘，信息通过电磁铁转换成电流

HDD(机械硬盘)是传统普通硬盘，主要由盘头、磁片、盘片转轴及控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口和缓存等几个部分组成。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，信息可以通过相反的方式读取。

1956~1979年：硬盘确立温氏架构

机械硬盘诞生于1956年，“温氏架构”于1973年问世。现代硬盘雏形诞生于1956年，由IBM制造，存储容量仅为5MB。 1973年，采用“温氏架构”的IBM 3340问世，标志着硬盘基本架构的确立。这种硬盘拥有几个同轴金属盘片，盘片上涂有磁性材料。他们与能够移动的磁头共同密封在一个盒子中，磁头从旋转的盘片读出磁信号的变化。1970-1979年， IBM先后发明了Merlin技术、Thin Film磁头，驱动硬盘数据定位准确性、硬盘密度都大幅提升。

三、DRAM战场硝烟弥漫

DRAM硝烟弥漫，“百花齐放”到“三国鼎立”

根据CFM闪存市场数据，2022年DRAM市场规模整体约791亿美元，位列数字存储市场第一。近年来受益于数据资料中心、智能手机、加密货币等市场需求，DRAM市场规模总体呈现上升趋势，2019年由于前期扩产能和去库存等因素，市场规模有所下降。

从“百花齐放”到“三国鼎立”，三星、镁光、SK海力士成DRAM领域最终玩家，据Statista，2022年三家合计市场份额达94%，分别为43.10%，27.72%和24.50%。纵观DRAM发展历史，产品以成本、技术、品质等为核心竞争要素，背后需要企业在融资能力、产业链配套及人才梯队等全方位储备，考验企业系统性的资源调动能力。

DRAM搏杀惨烈，王朝几经更替

DRAM行业早期竞争激烈，历经美、日、韩的几代王朝更替，最终形成三星电子、SK海力士、美光三足鼎立格局。70 年代，Intel凭借1K DRAM研发成功迅速占领市场，IBM和德州仪器也开始入局。80年代，日本厂商凭借低价的优势份额持续提升，韩国三星也在此时开始布局DRAM。90年代以来，开创DRAM产业的三大元老——英特尔、德州仪器和 IBM陆续退出DRAM市场。近10年来DRAM市场集中度逐渐上升，形成了三星电子、SK海力士、美光三足鼎立的格局。

半导体存储器DRAM，基本操作机制分为读和写

动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory)DRAM是一种半导体存储器，通常以一个电容和晶体管为一个单元排成二维矩阵。DRAM利用电容内存储电荷情况来代表二进制比特是1或0。由于晶体管电路会有漏电电流，导致电容上所存储的电荷数量并不足以正确地识别。因此DRAM需要周期性地充电，因此被称为“动态”存储器。

四、FLASH为新一代存储主力

FLASH市场规模约638亿美元，位列数字存储市场规模第二

2022年FLASH MEMORY市场规模整体约638亿美元，占总体存储市场规模约40%，位列数字存储市场规模第二。其中据CFM闪存市场数据，2022年NAND FLASH市场规模约为601亿美元，据CINNO数据，2022年Nor FLASH市场规模约为 37亿美元。

Flash成为兵家必争之地

FLASH MEMORY作为新一代存储主力，近年来快速发展，已成为兵家必争之地。FLASH市场规模近年来呈现快速增长趋势，特别是NAND FLASH已成为手机、笔记本等主力存储介质，而可穿戴设备、IOT 等应用兴起驱动 NOR FLASH 成长。

内存器件FLASH(闪存)具有非易失性

闪存(Flash)是属于内存器件的一种，其具有非易失性(Non-Volatile)。在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。

闪存是一种电压控制型器件。其存储单元类似MOSFET(金属-氧化物半导体场效应管)的三端器件，有源极、漏极和栅极。而其在栅极与硅衬底之间有额外一层栅极，用以存储电荷，名称为“浮置栅极”其外部包裹二氧化硅绝缘层，因此电荷不会泄漏，所以闪存具有记忆能力。

五、半导体风向标：存储市场近况及预判

半导体存储市场占半导体市场23%左右，是半导体行业一大分支

据WSTS数据，半导体存储器市场占半导体市场23%左右，是半导体行业一大分支。半导体行业可以细分为存储芯片、逻辑芯片、模拟芯片、传感器、分立器件等。存储器是半导体行业的一大分支，2003年以来，全球存储器市场占半导体市场的份额维持在20%-25%，其中2017年和2018年高达30.07%和33.70%。2022年，根据WSTS数据统计，全球存储器市场规模占据半导体市场的23.17%。

半导体存储分为易失性存储芯片(RAM)、非易失性存储芯片(ROM)和其他。常见的易失性存储芯片有SRAM和DRAM，非易失性存储芯片包括FLASH(闪存)和ROM(只读存储器)，其中FLASH分为NAND FLASH和NOR FLASH两种。

存储是半导体风向标：与半导体行业变化基本一致，波动性更强

半导体存储器市场变化与半导体行业变化基本一致，但具有更强波动性。存储器作为半导体的子行业，其周期变化基本和半导体行业周期变化一致，但存储器的波动性更强。因此，当半导体行业处于景气周期时，存储器市场表现更佳，以 2017年为例，半导体行业规模同比增长21.62%，存储规模同比增长高达61.49%。而当半导体行业处于不景气状态时，存储市场亦会表现更不理想，以2019年为例，半导体行业规模同比下降12.05%，但存储市场下降高达32.62%。

DRAM和NAND FLASH是半导体存储器市场规模中最大的存储器，2022年DRAM和NAND Flash占比分别达55%和 42%。根据CFM闪存市场数据，2022年，DRAM占半导体存储器市场的55%，NAND FLASH占42%。此外，NOR FLASH随着新兴市场的崛起，市场空间将逐步恢复。

六、中国存储企业整装待发

国内存储芯片设计公司

兆易创新：Nor Flash领先企业。公司2022年营业收入为81.30亿元，同比下降4%，归母净利润为20.53亿元，同比下降12%。 2022年存储业务占比59.36%，其中NOR Flash产品占绝大比例，MCU占比已达34.80%。并购思立微后拓展的传感器业务占比5.35%。

聚辰股份：SPD+车规级EEPROM动能强劲。公司目前拥有EEPROM等非易失性存储芯片、音圈马达驱动芯片和智能卡芯片三条主要产品线，2022年营收占比分别为87.12%、5.83%和7.04%。据web-feet统计，2019年聚辰EEPROM市占率国内第一、全球第三。 2022年公司营收9.8亿元，同比增长80%；归母净利润 3.54亿元，同比增长227%。

国内存储涉及设备类公司

中微公司：国产ICP&CCP刻蚀龙头。2022年公司实现营收47.40亿元，同比+53%，归母净利润11.70亿元，同比+16%。 2022年公司的ICP刻蚀设备在超过20个客户的逻辑、 DRAM和3D NAND等器件的生产线上进行超过100多个ICP刻蚀工艺的量产，并持续扩展到更多刻蚀应用的验证。

北方华创：半导体设备平台型龙头。2022年公司实现营收146.88亿元，同比+52%，归母净利润23.53亿元，同比+118%。 2022年公司在刻蚀装备方面，面向12吋逻辑、存储、功率、先进封装等客户，已完成数百道工艺的量产验证，ICP刻蚀产品出货累计超过2000腔。

国内存储涉及封测端公司

长电科技：国内先进封测龙头。2022年，公司实现营收337.6亿元，同比+11%，归母净利润32.3亿元，同比+9%。在半导体存储领域，公司封测服务覆盖DRAM，Flash 等各种存储芯片产品，拥有20多年memory封装量产经验，16层NAND flash堆叠，35um超薄芯片制程能力，Hybrid异型堆叠等，都处于国内行业领先的地位。

通富微电：背靠AMD大客户，先进封装领先。2022年公司实现营收214.29亿元，同比+36%；归母净利润5.02亿元，同比-48%。 2022年，公司存储器业务同比增长55.9%。公司处于存储器封测领域国内第一方队，在DRAM和NAND方面持续布局，产品覆盖PC端、移动端及服务器，在高堆叠，嵌入式，2.5D/3D等高规格产品持续发力。

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