国内投资建设的诸多国产存储芯片片生产厂,他们的设备,都是国产的吗?

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紫光投2千亿元南京建芯片厂:国产内存、SSD完美爆发
11:17:26&&出处:&&作者:李宗泽
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用合作网站帐户直接登录存储器芯片国产化布局加速 数千亿投资欲打破进口依赖|同方国芯|存储器芯片|国产_新浪财经_新浪网
  新华社福州7月17日专电题:存储器芯片国产化布局加速 数千亿投资欲打破“进口依赖”
  新华社记者高少华、乔本孝
  “未来30年,如果我们不解决芯片自己制造的问题,所谓的信息化时代会失去一个非常重要的依托和基础。”中国科学院微电子研究所所长叶甜春16日在福建晋江举行的国际集成电路产业发展高峰论坛上如是说。
  据介绍,存储器芯片是智能手机、平板电脑、可穿戴设备等各种智能终端产品不可或缺的关键器件。然而,我国一直是全球集成电路领域最大贸易逆差国,每年进口额超过两千亿美元,其中,存储器芯片是国内集成电路产业链的主要短板,长期以来市场一直被海外巨头牢牢把握。以动态随机存取存储器(DRAM)和闪存(NAND Flash)两种主要存储芯片为例,今年第一季度,DRAM市场93%份额由韩国、海力士和美国美光科技三家占据,而闪存市场几乎全部被三星、海力士、、闪迪、美光和等六家瓜分。
  大力发展存储器不仅是市场需求,同时也是信息安全和产业安全的战略需要。国家集成电路产业投资基金总裁丁文武在论坛上表示,应该把发展存储器芯片作为国家战略来实施。
  据悉,为打破“缺芯之痛”,国内多地开始斥巨资布局存储器芯片研发生产领域。目前,北京、武汉、晋江等地发展存储器产业的积极性高涨,各种资金也加速向这一领域汇集。
  当日,一期投资370亿元的福建晋华存储器集成电路生产线项目在福建晋江开工。该项目着力打造具有自主知识产权的世界级存储器集成电路产业链,预计于2018年9月形成月产6万片12寸晶圆的生产规模,项目建成后将填补我国主流存储器集成电路产业空白。
  在此之前,北京紫光集团旗下同方国芯宣布计划定增800亿元,投入存储芯片工厂和上下游产业链布局;另外在武汉,今年3月下旬,总投资约1600亿元人民币的存储器基地项目在区正式启动,计划到2020年实现月产能30万片晶圆的生产规模。以此测算,这三家企业在存储器芯片方面的投资总额将超过2700亿人民币。
  出席论坛的台湾集邦科技研究协理郭祚荣在接受记者采访时表示,目前海外企业在存储器领域资本输出放缓,产出也会相应减少,这为大陆企业带来良好契机。未来五到十年内,大陆企业有机会与世界行业巨头平起平坐。
  充沛的资金支持和巨大的内需市场,以及业已形成的本土化集成电路产业生态,为国内企业进军存储器芯片领域提供了发展基础。但不容忽视的是,存储器芯片面临高技术壁垒和激烈的全球化竞争,之前就有许多涉足存储器芯片领域的厂商最后被迫退出市场的先例。
  为此,叶甜春表示,国内企业在当前新形势下发展存储器产业,不应只是简单追赶,而要更加注重技术原创和市场创新;应做好长期准备,在资金上确保持续投入;另外,更为关键的是,要在立足自身市场特点的基础上追求世界领先水平。
责任编辑:马天元 SF180
中国足够大,中国人的心胸足够宽广,我们的地域差距又很大,我们应该既学德国又学美国。我们可以做像BAT一样具有颠覆性的创新。对于我们绝大多数企业来说,恐怕我们还要向德国学习,做一些连续性的东西,就是“从1到N”的改进,牢牢地占领中间技术。
中国是全球贸易保护主义的受害者,也是欧美乃至新兴市场实施贸易战的主要目标。尤其是美欧市场,以滥用和消费WTO的方式,几乎是对中国所有出口商品都启动“双反”调查。更糟糕的是,美欧正在协同立场,将贸易保护主义和中国市场经济地位挂钩。
在供给侧调结构过程中,改善这个地方的教育结构,改善这个地方的资本投入结构等都属于供给侧,所以地方政府可以发挥作用的空间非常大。但是地方政府官员需要有长远的观念,不考虑长远就是不作为,这对他们的责任心提出了更高要求。
目前金融业占据绝大部分利润的现状若得不到有效改观,中央政府出台再多的财税优惠政策都只能无济于事,这些优惠政策的果实最终都会沦落为金融业的“下饭菜”。同理,受利润低微瓶颈制约,非金融企业尤其制造业的未来经营前景将是暗淡的,甚至是死路一条。政府力推的存储芯片是什么格局?DRAM、NAND FLASH、NOR都是啥?
存储与数据相伴而生,哪里有数据,哪里就会需要存储芯片。而且随着大数据、物联网等新兴产业的发展,存储产业与信息安全等息息相关。全球存储芯片总产值约800亿美元,其中DRAM市场457亿美元,NAND FLASH市场产值306亿美元,NOR FLASH市场产值33亿美元,存储芯片市场空间巨大。
存储关乎安全,基于自主可控的需求才是政策强推的根本原因。近年来,信息存储安全事件频发,信息存储安全一旦受到威胁,将危害到党政军、石油、化工、核能、金融等所有行业的发展,是国家安全整体战略的重要环节。而目前我国储芯片空白,几乎100%依赖进口,信息安全形势严峻。因此,我国必须强力推动存储芯片国产化的发展。
存储芯片具有技术差距大、行业集中度高、周期性强、资金投入大四大特性,国产化任务艰巨,国内单一企业力量难以攻克,国家意志正强力推进存储芯片国产化。目前,紫光600亿元投入存储芯片工厂,未来将投资300亿美元主攻存储器芯片制造;武汉新芯240亿美元打造存储器基地;福建晋华集成电路与联电合作开发32纳米制程的利基型DRAM,投资370亿元发展存储芯片;合肥投资460亿元建设DRAM工厂。我们看到,在国家意志下,国内多方力量已经着手推进存储芯片国产化。我们也建议中国政府从技术合作、人才支持、系统整合、产业链配套等多角度全方位持续地加大对存储芯片的支持力度。
NAND FLASH前景广阔,3D NAND FLASH有望实现中国弯道超车。SSD替代HHD是长久趋势,可引爆NAND FLASH市场需求。目前,NAND FLASH正从2D到3D全面转型,而从2D走到3D,需要新的技术领域加入,给中国厂商留下了突破的时间与空间。中国厂商若能整合跨领域人才和技术,3D NAND FLASH将成为中国存储芯片弯道超车切入点。
DRAM市场需求稳中有升,中国厂商参与有望打破格局。移动端和企业端应用进一步提升DRAM需求量,DRAM市场整体需求呈现稳中有升的态势。目前,DRAM市场以Samsung、SK Hynix、Micron为主,未来几年中国厂商持续推进DRAM项目有望打破市场格局。
投资建议:存储芯片作为半导体的基础芯片,战略意义重大,看好中国着力发展存储产业,有望创建新阵营。相关标的:1)存储芯片产业领导者:紫光国芯。2)封装配套企业:深科技、华天科技、长电科技、通富微电。3)材料与设备企业:七星电子、上海新阳。此外,我们关注兆易创新(IPO获通过)。
其中,我们首推深科技,深科技旗下的沛顿科技已给金士顿和美光配套存储封测多年,技术国际一流,深度受益存储芯片国产化。
首推深科技:中国厂商做存储芯片,暂时没有核心技术,制造端不用说了,需于国外合作,封测端国内已有企业最有可能深度参与。深科技下的沛顿科技长期配套金士顿和美光的封测,技术世界一流,且久经时间验证,在国家大力投资存储芯片,封测端将首选沛顿科技作为供应商。国内目前已规划的存储芯片工厂对封测费用需求超百亿元,而沛顿科技2015年收入4.5亿元元(净利润1.37亿元,是赚钱的生意),潜力巨大。深科技的传统代工业务逐步切入华为、VIVO等大客户,业绩增长稳定,有支撑。深科技率先在开发成都启动员工持股制度,长城开发(即深科技)持股70%,成员公司管理层及员工持股30%。深科技作为CEC集团下的上市平台,积极探索国企改革。
一、哪里有数据,哪里就需要存储!
(一)DRAM、NAND FLASH、NOR FLASH是三大主流存储器
存储器(Memory)与中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑阵列器件(FPGA)并称四大高端通用芯片,是计算机系统的两大核心部件之一,是电子信息领域的重大战略性支柱产品。存储器作为四大通用芯片之一,发展存储芯片产业的意义不言而喻。对电子产品来说,它就像粮食一样不可或缺。
它与数据相伴而生,哪里有数据,哪里就会需要存储芯片。而且随着大数据、物联网等新兴产业的发展,存储产业与信息安全等息息相关。
按照存储介质的不同,存储芯片可以分为三大类:RAM(random access memory,随机存储器)、ROM(read only memory,只读存储器)、固态硬盘等;采用磁能存储的软盘、硬盘、磁带等;以及采用光学存储的CD、DVD等。按存储器在计算机系统中所起的作用,可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。
2014年,存储芯片总产值约800亿美元,其中DRAM市场457亿美元,NAND FLASH市场产值306亿美元,NOR FLASH市场产值33亿美元。
(二)存储产业链:IDM模式占据主导,生产制造能力很重要
存储芯片的产业链与普通半导体产业链相同,分为上游芯片设计、中游芯片制造、下游的芯片封测,再到终端产品的芯片应用。与众多半导体产品的Fabless+Foundry+OSAT的垂直分工模式不同,存储芯片更多采用IDM模式,采用IDM模式的产值占比存储芯片总产值90%以上。在国际存储器市场中,从三星、美光、东芝和海力士等产业巨头由“剩者”变“胜者”、台湾存储器业者从“产业”变“惨业”的经验教训来看,存储器通常是IDM模式,或者是制造和设计紧密合作的模拟IDM等产业模式,纯粹的存储代工或者游离的存储设计都难以成为最后的胜者。
IDM模式主导着存储芯片产业,究其原因,存储芯片技术标准化程度高,各家厂商生产的产品容量、封装形式都遵循标准的接口,性能也无太大差别,在同质化竞争情况下,存储厂商通过提升制造工艺,提供制造产能,利用规模优势降低成本,从而赢得市场,因此生产制造是存储厂商的核心能力。随着存储芯片生产制造工艺的复杂度不断提升,其制造工厂的投资额度也将大幅提升,对存储厂商的资金实力、管理能力要求更加苛刻,而Fabless+Foundry+OSAT的垂直分工模式可以降低存储厂商的投资风险,这种垂直分工模式的比重有望提高。目前,一些存储厂商与封装厂商成立合资公司,或者通过战略合作形成类似IDM模式来发展存储芯片,实际就像垂直分工模式迈进了一步。
二、基于自主可控的需求才是政策强推的根本原因
(一)存储关乎安全,自主可控势在必行
1、存储是信息安全的根基,自主可控方能保障安全
社会信息化程度越高,产生的信息数据越多,信息安全的问题就越突出。多年以来,信息安全行业主要的着眼点在信息传输保护和攻击防御方面,产生了防火墙、VPN、IPS、UTM等众多网络安全设备,但忽视了信息安全的重要领域——信息存储安全。信息存储安全在信息储存的过程和信息生命周期内,保障信息的真实性、机密性、完整性、可用性、可靠性、不可抵赖性等特性,是信息安全的主要基础之一。相比信息传输安全,信息存储安全一旦受到威胁,会导致当前和过往的信息均被泄漏,造成的危害更大,关系到党政军、石油、化工、核能、金融、交通、制造、物流、电商、水利等所有行业的发展,是我国国家安全整体战略的重要环节。仅在2015年第一季度,就发生了多起信息存储安全事件,形势严峻。
表1:仅2015年第一季度发生多起信息存储安全事件
信息安全重大事件
美国政府可能获取了约20亿部手机的SIM卡密码。
苹果手机和云存储的“后门”,威胁了我国上亿手机用户安全。
黑客组织Equation Group,通过硬盘固件后门,窃取硬盘数据,涉及三星、西数、希捷、迈拓、东芝、日立等多家硬盘公司产品,我国是世界第三大硬盘进口国,影响面巨大。
某电商用户数据泄漏导致用户被骗,对我国电子商务行业信誉造成重创
要解决我国信息存储安全问题,必须实现存储设备的自主可控。所有存储设备都可以简化为两个部分:存储控制芯片和存储介质。存储介质是最基础的环节,它是信息的载体,其重要性不言而喻。存储控制芯片控制信息的存入和读出,是信息存储安全的“咽喉”。保证存储控制芯片的安全性,就给整个存储设备装上了“防盗门”。目前所发现的存储安全事件,绝大部分都和存储控制芯片的后门相关,存储控制芯片做到自主可控,是信息存储安全产品的关键技术。
2、存储芯片依赖于进口,国产替代需求空间大
我国笔记本、智能手机出货量均居全球首位,华为、联想等厂商崛起,以及阿里巴巴、腾讯、百度互联网厂商带动数据中心爆发,国产厂商对存储需求量巨大。2015年大陆DRAM采购规模估计为120亿美元、NAND Flash采购规模为66.7亿美元,各占全球DRAM和NAND供货量的21.6%和29.1%。这些存储芯片国内仍旧空白,几乎100%依赖进口。存储芯片作为国家存储信息安全关键抓手之一,一旦国产厂商能够生产制造性能优越的存储芯片,政府将引导众多厂商将会纷纷采购国产存储存储芯片,其国产替代空间巨大。
(二)存储芯片四大特性导致国产化任务艰巨,国内单一企业力量难以攻克
1、技术差距大
存储芯片的制造工艺非常复杂,其中3D NAND闪存的制造更为困难。目前,全球各家存储厂商对3D NAND的制造工艺都十分保密。一般来讲,3D NAND产品都是采用一体成形制造法,在第一层NAND薄膜生长后,使用光罩及刻蚀,随后连续成长8层薄膜及刻蚀之后,最后便只需一道光罩,总计需要27张光罩,该方法在2007年由东芝提出。目前,三星的TACT、VSAT,东芝的P-BiCS和3D VG,都属于一体成形3D内存技术。
国内的NAND FLASH、DRAM制造技术基本缺失。紫光集团此前从未涉及存储芯片领域,单纯通过资本投资,在没有强有力的Memory厂商收购或者合作的情况下,很难将存储芯片项目顺利地开展。武汉新芯的主要技术来自与Spansion的合作,其3D NAND堆栈可能只有8层,而国际主流堆栈是32-48层,三星的技术可达64层,与之相差甚远。福建晋华集成电路的DRAM技术源于与联电的合作,合肥的DRAM技术源于与兆基科技的合作,想获取先进的核心工艺也非常困难。
此外,知识产权(IP)是芯片行业竞争的利器。目前,存储芯片专利几乎都被国际巨头垄断,无论是武汉新芯,还是福建晋华,其技术均是依托技术授权合作。如果中国存储厂商在未来几年的大力投入下取得相应的成就,随之而来不可避免的就是IP战。
2、行业集中度高
存储行业市场集中度高。以DRAM市场为例,1970年代起步时候大约40-50家,1990年代末还有14家,到2004年只剩下5家实力较为突出,而如今全球仅3家就占据市场90%的份额,已经成了Samsung、SK Hynix、Micron寡头垄断的竞争格局。
在这种垄断竞争下,国内很难有厂商能够从小崛起,特别是在以规模取胜的存储产业中,要想从全球它们口中分一杯羹,难度极大。
3、周期性强
存储产品的技术标准化程度高,生产制造能力成为存储厂商的核心竞争力。现阶段全球存储器产业维持4-5家寡占的平衡竞局,它们很难协调运作,各厂台面下投资动作暗潮汹涌,只要有一家扩产或者减产都对全球存储芯片的供需局面造成影响。当行业处于景气高涨的时候,它们手里有充裕资金进行下一轮产能扩充或者工艺升级,其中任何一家存储大厂进行扩产的时候,其它家存储厂商如果不扩产其市场份额将被挤压,产品也将会被对手新一代产品所替换,因此不扩产只能等死,扩产或许能够挣得一线生机,从而形成恶性扩产的现象,导致产能过剩,行业萧条将来临。当行业处于景气萧条的时候,各大厂商开始压缩产能,行业供需关系反转,价格上升,景气度开始上扬。
当前,Samsung、SK Hynix、Micron、Toshiba、Sandisk等大厂正在进行新的一轮产能扩充,建厂计划如火如荼,我们认为PC、智能手机之后短期内尚未有大规模消耗存储芯片的终端产品出现,根据存储产业周期特性,存储产业平衡状态有可能在未来3-4年内被打破。
4、资金投入大
我们参考国际存储芯片大厂的资本支出,根据调研机构Semiconductor Intelligence数据,在2015 年各半导体公司的资本支出预算中,Samsung资本支出预算151亿美元(这里不考虑Samsung在其它领域的投资),同比增长13%;SK Hynix资本支出51亿美元,同比增长12%;Micron资产支出38亿美元,同比增长186%;其它存储厂商资本支出20亿美元,同比增长43%。2015年,存储行业是整体半导体资本支出最高的领域,占比达到38%。
面对上述四大存储特性,国内厂商在没有任何技术优势的情况下,很难凭借单一企业的力量实现存储芯片的突破。
(三)存储芯片突围,国家重点支持,直面主战场
存储器和CPU一样,是芯片领域的战略制高点,是芯片产业皇冠上的明珠,所以一定是正面主战场,靠游击战是不行的。
主流存储器,不管是DRAM还是NAND,拼的都是先进工艺和规模,美、韩、日之前都是走的这条路。20世纪初期,我国台湾地区借8英寸过渡到12英寸晶圆厂的世代交替的历史时期,通过加速投资存储芯片(5年内投资300亿美元以上,拥有20条12英寸晶圆生产线,大大超出同期三星的投资),期待以拥有全球最多的12英寸晶圆厂来取胜,然而最终以失败告终。台湾在存储器领域的失败自然有其多方面原因,其中重要原因就在于台湾存储芯片Foundry的模式,其核心技术来源于欧美的授权,所以只能做落后产品和利基型市场,这种核心技术受制于人,光靠规模取胜是行不通的。因此,我国要做存储器产业,一要抓住核心技术,既要引进尖端人才,又要外延快速获取;二要做好长期大规模投入、大规模亏损的心理准备,冷板凳需要做十年,才有机会迎来上场进球的机会。这两者都不能落下。
半导体存储科技发展日益蓬勃,除了相关技术外,存储器专利也成为了它们竞争的利器。根据iRunway的统计,多年来半导体存储器行业一直在传统的存储技术(SRAM、ROM、DRAM、NAND FLASH)上有大量的专利布局,近15年来,存储厂商开始侧重对FRAM、MRAM、PRAM、RRAM等替代存储技术进行商业性布局。从专利申请厂商来看,Micron、Samsung、Toshiba、Sandisk等大厂掌握了众多核心专利。从美国的半导体存储基础专利申请情况来看,Sandisk、Micron、Intel拥有最多的基础专利,其中Micron、Samsung、Toshiba、IBM和Intel这5家公司拥有的基础专利占总量的25%左右。基于对存储技术的垄断,存储厂商之间经常发生专利诉讼,自1993年以来,半导体存储器技术涉诉专利激增,Sandisk、Conversant IP、TI、兰巴斯和高智公司涉及的诉讼专利数量最多。而今,存储器行业已经形成了寡头垄断的竞争局面,既有的专利将对新进入者构成重大门槛。
面对存储芯片技术的市场现状,中国厂商要想掌握存储核心技术,外延合作和自主研发两条腿都必不可少。在外延合作上面,传统存储技术(SRAM、ROM、DRAM、NAND FLASH)已经非常成熟,关键技术掌握在Micron、Samsung、Toshiba、Sandisk等厂商手里,中国厂商必须瞄准这些企业,与它们合作。例如紫光集团收购西部数据15%股份(西部数据又190亿美金收购闪迪),江波龙与Marvell战略合作,武岳峰资本参与并购美国DRAM大厂ISSI。在自主研发上面,FRAM、MRAM、PRAM、RRAM等新兴存储技术仍处于起步阶段,各家仍在同一起跑线上。值得一提的是,根据国家知识产权局专利局统计,截至2014年10月30日,在RRAM(阻变存储器)领域,全球申请人共提交了4168件专利申请,其中,美国、日本、韩国的申请人提交的专利申请量位居前三位,分别为1519件、1091件、720件,中国申请人提交的专利申请量为410件,位居第四位。我们认为,新技术开发关键在于人,中国厂商需要引进经验丰富的人才,例如紫光集团拟引进台湾DRAM教父高启全。
存储芯片设计技术相对简单,产品形态标准化程度高,且易于扩大市场份额,存储芯片厂商都是在掌握核心技术基础上凭借规模取胜。韩国就是在6英寸晶圆厂过渡到8英寸晶圆厂的世代交替时,以9座8英寸晶圆厂的产能优势,一举取代日本厂商跃居全球DRAM产业的第一。Samsung、Micron、Sandisk等存储大厂每年花几十亿美元甚至上百亿美元的资本支出就是希望通过加大规模提高市场占有率。中国厂商要想在存储产业取得突破,必须做好长期大规模投入、大规模亏损的心理准备,冷板凳需要做十年,当年京东方发展液晶面板也是如此。如今,紫光集团旗下的同方国芯投资800亿元建设存储工厂,表示在未来5年投入3000亿元人民币打造全球第三大芯片制造商。
无论是抓技术,还是规模,都是一件耗时耗力的工程,必须要国家战略的支持才能完成!
(四)攻克存储芯片进行时,建议中国政府持续加大政策支持
1、国家意志下,国内多方力量已着手攻克存储芯片
紫光集团:600亿元建设存储芯片工厂,未来5年300亿美元主攻存储器芯片制造
2015年同方国芯定增募集800亿元,600亿元投入存储芯片工厂,37.9亿元收购台湾力成25%股权,162亿元投入对芯片产业链上下游公司的收购。对于投资新建的存储类芯片工厂,工厂实施完成并完全达产后,预计可新增120000片/月的存储芯片生产产能。此外,紫光集团董事长表示,紫光未来将投资300亿美元主攻存储器芯片制造。
武汉新芯:240亿美元打造存储器基地
武汉新芯成立于2006年,先前曾与中芯国际一起运营中芯旗下的一座12寸晶圆厂,2013年中芯国际退出合作,武汉新芯独立为单一公司,由武汉市政府负责。武汉新芯一直专注于存储器产品的研发生产,此前主要生产NOR Flash产品,2013年之后开始着手3D-NAND的开发。
2016年3月,武汉新芯正式启动存储器基地项目,该项目将在5年内投资240亿美元(约1600亿人民币),所用资金主要用于技术研发、项目基建、设备采购和产业链构建四个方面。在整个资金投入和产品研发进度顺利推进的情况下,存储器基地预计2018年量产,2020年实现月产能30万片(其中3D-NAND 20万片,DRAM 10万片),2030年达到月产能100万片。
该项目是武汉市极为重要的战略项目,湖北省、武汉市将举全省、全市之力,聚全球资源,将这一存储器基地项目打造成湖北省调结构、实现转型跨越发展的千亿高科技产业项目。
福建与合肥:福建晋华投资370亿元,合肥联手兆基科技投资460亿元,建DRAM工厂
福建:2016年5月,联电宣布与大陆福建晋华集成电路合作开发32纳米制程的利基型DRAM,技术将授权给晋华,同时联电也可以保有研发成果。福建泉州晋江规划1.7万亩土地建设集成电路产业园,并成功引进福建晋华集成电路存储器生产线项目,项目总投资370亿元,已经被纳入“十三五”集成电路重大项目清单,成为国家重点支持的DRAM存储器生产项目。
合肥:合肥市政府联手尔必达前社长坂本幸雄重启炉灶创立的兆基科技,引进日本的技术,投资460亿元建设DRAM工厂,该工厂预计量产时间为2018年下半年,届时12英寸晶圆月产能高达10万片。
近期,市场传紫光集团携手武汉新芯,共同逐力存储芯片,更加凸显国家建设存储芯片的意志。
2、建议中国政府从人才到产业链配套全面持续加大对存储芯片产业的支持
存储芯片国产化是一项艰巨的工程,要敢于啃硬骨头,存储芯片的四大特性决定了国产化工程离不开中国政府的强力支持。我们认为,除了资金支持外,中国政府应当从人才到产业链配套等领域全面持续加大对存储芯片产业的支持。具体建议如下:
1)技术合作。Micron、Samsung、Toshiba、Sandisk等大厂掌握了存储芯片的核心技术,它们申请了大量的存储芯片专利。中国政府应当积极寻求与掌握存储芯片核心技术的厂商合作,引进并消化吸收。
2)人才支持。存储芯片技术的开发关键在于人,中国厂商需要引进经验丰富的人才,例如紫光集团拟引进台湾DRAM教父高启全。此外,中国厂商应担注重内部人才培养,将高校科研资源积极引导至产业化。
3)系统性整合,避免资源浪费。建议中国政府统筹存储芯片的发展全局,充分利用国内相关企业在存储芯片的优势,调动各部资源,统一协调攻克存储芯片。
4)加强产业链配套。建议中国政府加强产业链配套,从设计、制造、设备、封测等各个产业链环节逐步培育国产力量。
三、NAND FLASH:前景广阔,3D NAND FLASH有望实现中国弯道超车
(一)移动应用和SSD是NAND FLASH需求最大两大领域
FLASH存储器是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程,主要包括NAND和NOR两种非易失闪存技术。两者在性能上各有差异,应用领域也不尽相同。NAND FLASH主要优势在于存储容量大,主要用于大容量存储领域,例如智能手机和平板的eMMC/eMCP、企业级的SSD、移动存储、U盘等。NOR FLASH容量小但速度快,支持XiP,主要应用在手机代码存储、PC的BIOS、DVD、USB key、机顶盒、网络设备及物联网设备等各个领域。由于NAND FLASH占据FLASH 90%左右的产值,我们将着重介绍NAND FLASH的发展情况。
NAND FLASH主流两大应用领域为移动应用(智能手机、平板电脑)和SSD。在移动应用领域,为了简化储器的使用,将NAND Flash芯片和控制芯片设计成1颗MCP芯片,下游客户只需要采购eMMC芯片,不需要处理其它繁琐的NAND Flash兼容性和管理问题。2014年,NAND FLASH在智能手机应用占比为38%,在平板电脑应用占比10%。SSD应用的NAND FLASH占比为29%。
(二)SSD替代HHD是长久趋势,可引爆NAND FLASH市场需求
1、SSD性能优越,替代HHD是长久趋势
硬盘有机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)之分,HHD是传统普通硬盘,主要由盘片、磁头、盘片转轴及控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部分组成;SSD用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(主流采取FLASH芯片)组成。
相比于HHD,SSD具有数据读取速度快、运行无噪音、抗冲击震动强、功耗低、发热低、工作温度范围大等优点,使得SSD应用场景非常广泛,从普通消费级到企业级、工业级。涵盖的领域包括:普通消费电子、企业管控系统、工业领域、通讯、航天航空航海、军事、太空探索、视频监控、互联网监控、嵌入式设备、能源等诸多领域。可以说,但凡涉及到大数据、大流量、大业务交互方面都能广泛地用到SSD。
SSD替代HHD短期受价格因素阻挠,但长期趋势不改
尽管SSD性能优越,但是市场对SSD取代HHD成为主流存储介质的问题仍有分歧,其焦点就在价格问题上。一块普通1TB机械硬盘的价格约50美元,也就是0.048美元/GB,而定位差不多的64GB固态硬盘的价格约23美元,也就是0.36美元/GB。可见,SSD和HHD每GB的成本比是15:1。
如果拿到数据中心级别的比,差异更加巨大。我们认为,HHD从上世纪70年代发展至今,由于机械架构的存在,硬盘不能像半导体那样通过改进制造工艺提高性能,经过半个多世纪的发展,硬盘的主轴转速基本没有太大的提高空间了,其价格的下降的空间很小。而SSD的价格主要是由NAND FLASH的价格决定,NAND FLASH作为半导体产品,生产工艺的不断改进,以及用户对SSD接受度提升带来NAND FLASH需求规模的提高,将给NAND FLASH产品带来技术效应和规模效应,将带来价格快速下降。从过去3年SSD的价格走势来看,价格已经下降了一半。在SSD价格不断下降的过程中,SSD的应用范围也将不断拓宽,替换HHD的长久趋势不可逆转。
HHD响应时效遭遇虚拟化难题和随机存取挑战,促使SSD方案前行
近年来,数据存储量呈指数级增长,“数据洪流”正从根本上改变存储的方式。这个变化与所需存储量相关甚少,但与存储用途息息相关。HDD便宜、易得且容量巨大,适合许多存储情形,但是也有一些内在限制。在数据“读/写”过程中,HHD需要借助“读/写”传动臂在硬盘删去进行物理性移动来实现数据读写操作,因此,HHD擅长读取按顺序存储在扇区内和扇区间的数据,这样“读/写”传动臂的移动最少。但是,现在运算特性及虚拟化正在推动数据存储随机性的发展,加上图片、视频等数据膨胀,结果是,数据以愈加随机的方式进行存放,迫使传统HDD的读/写臂不停地移动,每次移动都会给系统增加延时,随着虚拟机的增加和被搜索的数据量的增加,积少成多,导致了HHD的存储瓶颈。这种瓶颈不在于存储容量的欠缺,而是数据读写速度欠缺导致系统的严重延时。对于商业用户来说,延时不是无关痛痒的小事,可能造成内容提供商流失众多客户,可能导致证券交易商丧失上亿级的交易机会。
由于SSD没有移动部件,它们消除了HDD的这一大缺点。SSD存取数据的物理特性意味着它们更适合随机存取数据的需求。前面的讨论我们主要关注存储本身的每千兆字节成本($/GB)。但是对于商业用户,只关注每千兆字节成本是片面的,而应关注取得业务成果的综合成本。例如,使用更少的SSD来达到相同的成果,其资本支出降低;SSD的系统不仅需要更少的硬盘,其规格还更小,通常能容纳一个HDD的空间能容纳两个SSD,其运营支出降低;SSD的业界平均MTBF约200万小时,而HDD只是150万小时,其可靠性增强。因此,尽管现在SSD每千兆字节成本较高,但在某些特定业务需求,SSD的综合成本反而更优。
2、HHD仍是主流存储介质,SSD替代将引爆NAND FLASH市场需求
尽管现在HHD出货量迅速下降、SSD市场占比上升,但是HHD仍具有容量优势,仍将在冷存储中得到广泛应用。SSD是硬盘存储发展趋势,就目前而言,SSD全球出货量约万个,HHD全球出货量约6亿个,SSD所在比重约15%左右,考虑到目前单个HHD的平均容量远超SSD,实际SSD存储的容量远低于15%。因此,当前存储市场仍属于HHD主导的市场。
HHD主导存储市场多年已久,1976年到2014年,HHD硬盘出货几乎一直都在增长,2010年后出现拐点,HHD出货量开始下滑。WDC和Seagate作为HHD厂商的代表,从它们的财务数据看,剔除2008年经济危机影响外,2010年之后,WDC和Seagate的收入均开始下滑。也正是从这时候开始,SSD开始崭露头角,逐渐取代传统的HHD,成为存储领域的新生力量。
NAND Flash是SSD核心组件,占SSD总成本的70-80%
SSD主要由存储芯片(NAND Flash)、控制芯片(Controller)构成。存储芯片NAND Flash是数据存储的载体,占用SSD PCB板大部分空间,是SSD的核心组件,大约占SSD总成本的70-80%。SSD容量由NAND Flash决定,读写速度快、低功耗、抗震等特点也是基于NAND Flash特性。
SSD替代HHD,将打开NAND FLASH市场需求
2015年NAND FLASH出货容量约为80EB,其中1/3用于SSD,即SSD的总容量为26EB,而今年HHD出货容量约500EB,再考虑SSD的每千兆字节成本($/GB)大于HHD,SSD的市场规模(金额)仍有很大空间。而这些尚未考虑物联网、云计算等大数据应用爆发增长的需求,前面论述已经说明HHD响应时效遭遇虚拟化难题和随机存取挑战,以物联网、云计算为代表的随机存取数据需求更需要SSD作为存储介质。根据MTR预测,SSD市场预计将以40.7%的复合增长率狂飙8年,在2022年的时候增加15倍达到2295亿美元的规模。而NAND FLASH又是SSD成本的大头,意味着SSD快速打开NAND FLASH市场需求。
(三)移动存储配置多样,“容量提升+价格下降”推动NAND FLASH需求量继续增加
1、移动终端的存储配置多式多样,NAND FLASH决定了终端存储容量
智能手机的Memory配置五花八门,结构形式多样,主要由两大块组成,俗称RAM与ROM。RAM主要LPDDR DRAM,相当于电脑中的内存,对智能手机的性能影响最大,价格贵,目前已经发展到LPDDR3代。ROM则是FLASH,用来存储智能手机中的各种数据,相当于电脑的硬盘,对智能手机的数据存储容量直接相关。RAM与ROM如何结合是手机厂商选择平台重要思考的地方。目前主流形式有MCP、eMCP、POP(Package on Package)、以及eMMC+LPDDR2分离的方式,采取哪种方式一般是由主芯片平台决定,容量是由市场需求决定。MCP是一种NAND FLASH与LPDDR1封装在一起的方式,适用于低端手机。目前主流手机主要采用eMCP或者eMMC+LPDDR2分离的方式,eMCP是指将eMMC+LPDDR2 DRAM封装在一起,而eMMC则集成NAND FLASH及控制器。我们认为,无论采用哪种RAM与ROM结合方式,NAND FLASH始终是智能手机重要ROM载体,决定了移动终端的存储容量。智能手机如此,平板电脑亦是如此。
2、容量提升+价格下降,移动终端NAND FLASH需求量继续增加
移动终端单机ROM容量不断提升
最初,智能手机存储方案采取用NAND MCP,最小为512M(NAND FLASH)+265M(DRAM),高的可达4G(NAND FLASH)+4G(DRAM),甚至更大的还有8G(NAND FLASH)+8G(DRAM)的。现在,智能手机主流存储方案为32G、64G(NAND FLASH)+2G、3G(DRAM)。以苹果和三星旗舰手机为例,苹果最大ROM从iPhone4的32G提升到iPhone6的128G,三星最大ROM从Galaxy S2的16G提升到Galaxy S7的128G,智能手机单机ROM容量均在不断提升。
eMMC价格不断下降,将会导入更多新的终端应用产品
eMMC兼顾高效传输和高容量存储,是移动终端(智能手机、平板电脑、智能盒子、可穿戴智能硬件等)的主流存储方案。eMMC一直由于内部NAND FLASH芯片价格高企,在中低端产品无法大范围应用,近年来随着eMMC价格不断下降,eMMC应用将从智能手机向智能盒子、GPS终端、移动阅读终端等产品导入,将进一步拓宽NAND FLASH的应用范围。
(四)NAND FLASH开展新一轮的扩产,3D NAND FLASH有望实现中国弯道超车
1、从2D到3D NAND FLASH全面转型,3D NAND FLASH成为趋势
近年来,为了适应小体积、大容量的要求,NAND FLASH被迫向高集成度发展。在技术方面,目前16到19纳米工艺已经是NAND FLASH产品的极限,任何进一步压缩尺寸的尝试都会带来极高的成本且导致存储位不再稳定可靠。而3D NAND在平面上可以采取更高制程,让颗粒保持在35纳米甚至40纳米的制程上,通过多层结构增加容量,提高单个晶圆产出率、降低成本(每单位容量成本将会比现有技术更低),同时最大限度的保持闪存的寿命和可靠性。
早在2013年,Samsung就开始量产3D NAND FLASH,2014年Samsung发布首款采用2xnm制程、48层堆叠的3D NAND FLASH,大幅提升了制造成本效益,已经成为3D NAND FLASH的领导者。紧接着,Toshiba、SanDisk、SK Hynix、Intel和Micron等大厂也相继跟进,并都规划在2015年投入量产。
2、3D NAND FLASH时代,中国厂商弯道超车机会来临
Flash 在进入2x 纳米后,制程微缩带来的成本优势越来越不明显,推迟国际Flash 大厂技术进程,因此3D-NAND Flash 成为成本继续降低的重要方法。而从2D走到3D,需要新的技术领域加入,传统存储芯片大厂需要花更多的精力花在3D封装上,给中国厂商进入多留出一些时间。中国厂商若能整合跨领域人才和技术,将成为中国存储芯片弯道超车好时机。
从武汉新芯的布局上,我们也可以看到中国在3D NAND FLASH的布局。2015年5月,武汉新芯与飞索半导体(Spansion)签订合作协议与交叉授权发展3D NAND Flash技术,攻坚3D NAND Flash技术。
四、DRAM:市场需求稳中有升,中国厂商参与有望打破格局
(一)移动端和企业端应用需求将进一步提升,总体需求稳中有升
1、移动端和企业端应用需求量将进一步提升
DRAM发明于1966年,商用于1970年,成熟于1990年,如今DRAM已经成为为PC、智能手机、平板电脑以及服务器等产品不可或缺的零组件。DRAM通常以插槽用模块形式供应市场,最为常见的就是PC用的内存条。据统计,2014年,PC(用于PC的DDR内存)占比31%,移动手机(用于低功耗LPDDR)占比32%,服务器占比12%,消费电子产品应用占比4%,其它应用占比21%。由于PC近年来出货量一直在萎缩,智能手机的出货量增速虽然减缓,但是单机DRAM使用量却在不断提升,加上全球数据中心的大力建设将消耗更多企业级DRAM,Micron公司CEO Mark Durcan预计未来几年DRAM下游市场应用结构将发生变化,移动和企业市场的应用比较将进一步提升。
2、新市场尚未打开,短期DRAM需求稳中有升
从历年产业发展来看,过去,DRAM产业由于竞先轮番扩产导致收入波动巨大,近年来,受惠于全球智能手机的持续热销,以及各家厂商对DRAM扩产相对谨慎,近三年DRAM产业进入稳定增长的发展阶段。
从近期单季度产业发展来看,根据DRAMeXchange观察,2015年第3季度全球DRAM总产值为112.98亿美元,环比小幅衰退1.2%,然而移动存储器占总营收比重从第二季的33.7%,大幅提升至第三季的40%。第四季由于智能手机出货量持续成长,移动存储器在整体DRAM比重将随之攀升。然而,受到市况供过于求影响,DRAM平均销售单价持续下降,后续淡季再度来临,加上位元产出因20/21nm提升,供过于求加剧无可避免,未来DRAM价格将持续走跌。目前,各家厂商策略性地将跌幅最大的标准型存储器产能转往毛利较高、价格较稳定的服务器存储器及移动存储器领域,配合位元颗粒仍持续成长,整体DRAM营收规模尚未出现大幅的缩减。
智能手机的快速增长造就了过去几年DRAM产业景气回升,虽然单机DRAM容量还会继续提升,但是,在智能手机增速放缓、PC出货萎缩、DRAM价格继续下行的情况下,加上物联网、智能电视、可穿戴电子设备等新兴市场尚未打开,我们认为DRAM短期市场需求稳中有升。
(二)中国厂商参与有望打破DRAM格局
DRAM起步于1970年代,在规模效应取胜的驱动下,产业整合不断,而今市场已经趋于成熟。一方面,行业起步之初有40-50家,1990年代末还有14家,到2004年只剩下5家实力较为突出,而如今全球仅3家就占据市场90%的份额,已经成了Samsung、SK Hynix、Micron三足鼎立的寡头垄断的竞争局面。另一方面,DRAM的投资趋于疲软,2004~2008年间世界DRAM的投资占其销售额的比重平均为42.1%,而2009~2013年5年间的比重降为21.5%,而预期到2017年间的比重更将进一步减少到15~20%。为建立新生产线和提高工艺水平的投资减少以及垄断增强、竞争趋缓,反使DRAM的平均售价跃增40%,导致整个DRAM市场提升了28%。现今建设一条新的晶圆生产线约需50亿美元,除3大巨鳄之外,新厂商进入门槛难于跨越。
在中国国家意志下,紫光集团引进台湾“DRAM教父”高启全来发展DRAM;武汉新芯投资240亿美元(约1600亿人民币)发展存储芯片,其中计划到2020年实现DRAM 月产能10万片;福建晋华集成电路联合联电投资370亿元发展DRAM存储器生产项目;合肥联手兆基科技投资460亿元建设DRAM工厂。随着DRAM工厂的建设,中国厂商有望打破DRAM格局。
五、投资策略:首推深科技
我们知道全球知名Memory厂商均是采用IDM模式,IDM模式也是经过历史考验,被证明是Memory厂商生存最佳经营模式。但是,我们认为,从中国国情出发,中国Memory产业将走“虚拟IDM”模式。什么是“虚拟IDM”模式?就是在国家统筹下,制造与封测由不同厂商参与,它们之间或是存在参股关系,相互协作不是完全市场机制,而是由政府干预的生产经营模式。
在这种虚拟IDM模式下,我们认为,制造环节需要凝聚国家力量,通过产业合作或者收购才能有较快成效;封装测试环节相对较易,国内现有厂商受益最为明显;材料与设备环节国产化是长期趋势,但短期困难重重。
深科技:收购沛顿科技,占据存储封测制高点
2015年,公司以1.1亿美元收购获得沛顿科技(深圳)有限公司100%股权,延伸存储芯片封装测试领域。沛顿科技主要从事DRAM和FLASH芯片封装和测试业务,是内存制造商美国Kingston在国内投资的企业,其存储封测在Kingston集团发展已经十几年。目前,沛顿科技的DRAM封测能力已经成为中国大陆地区最大的生产商,模组生产能力也是全球最大的内存模组生产基地之一,同时也是金士顿亚洲区的最大分销商。
沛顿科技具有FBGA DDR3、SiP/uSiP、MCP、eMCP、LED蓝光/绿光、内存条、优盘等存储类产品的封装、测试和PCBA组装能力。拥有内存/闪存储存设备的一站式服务,从从晶圆到模组组装的用时不到10天。在产能方面,DRAM封测产能中国大陆第一,FLASH封装产能也达几千万颗每年。我们认为,沛顿科技被深科技收购后,将进一步增加沛顿的产能。在收入方面,2015年,年沛顿科技实现收入4.5 亿元,净利润1.37 亿元。
展望国内存储芯片竞争格局,沛顿科技是国内为数不多的掌握存储芯片封装测试核心能力,且能够实现技术自主可控的大陆企业。在国家决意发展存储芯片大势下,沛顿科技有望成为攻克国内存储芯片封装测试的桥头堡。
紫光国芯:国家存储意志的先头兵
紫光集团无疑是大陆存储芯片产业的核心力量。2015年,同方国芯定增募集600亿元投入存储芯片工厂(制造环节),37.9亿元收购台湾力成25%股权(封装测试环节)。未来5年更是投入300亿美元投资存储芯片产业。
兆易创新:NOR Flash领导者
北京兆易创新是中国大陆地区最大的代码型闪存芯片本土设计企业,也是最大的串行NOR Flash设计企业。在2012年NOR Flash中国市场竞争格局中,兆易创新销售8.3亿元,中国市场占比11.1%,仅次于美光科技、飞索半导体和旺宏,排名第四。根据芯谋咨询的数据,2014年兆易创新在全球NOR Flash的市场占有率为6%,全球排名第五位。
兆易创新近年来发展迅速。2008年,公司成功研发中国大陆第一颗8M位SPI NOR Flash芯片,填补国内空白。2009年,公司率先突破SPI NOR Flash芯片大规模量产。2010年,公司512K~32M容量芯片全部量产。2011年,公司64M~128M容量芯片全部量产,工艺水平提升至90nm。2012年,工艺水平提升至65nm。截至2014年底,公司存储类产品累计出货超过28亿颗。
来源:银河证券
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