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3D NAND Flash驱动存储芯片行业重大变局

责任编辑:editor005 |来源:企业网D1Net  2016-09-01 15:39:46 本文摘自:OFweek电子工程网

存储器是半导体三大支柱产业之一。据IC Insights数据,2015年半导体存储器市场总额达835亿美元。各类存储器中,NAND Flash是一个亮点。其广泛应用于PC、手机、服务器等各类电子产品,2015年营收达到267亿美元,占半导体存储器市场总额的32%。

3D NAND Flash驱动存储芯片行业重大变局

目前的闪存多属于Planar NAND平面闪存,也叫有2D NAND或者直接不提2D,而3D闪存,顾名思义,就是它是立体堆叠的,Intel之前用盖楼为例介绍了3D NAND,普通NAND是平房,那么3D NAND就是高楼大厦,建筑面积一下子就多起来了,理论上可以无线堆叠。

3D NAND技术与现有的2D NAND(纳米制程技术)截然不同,2D NAND是平面结构而3D NAND是立体结构,3D结构是以垂直半导体通道的方式排列,多层环绕式栅极(GAA)结构形成多电栅级存储器单元晶体管,可以有效的降低堆栈间的干扰。3D NAND闪存也不再是简单的平面内存堆栈,这只是其中的一种,还有VC垂直通道、VG垂直栅极等两种结构。

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  优势明显:适应小体积、大容量的市场需求

2D NAND工艺逼近物理极限,单位面积存储容量难以继续提高,且可靠性降低,2D NAND向3D NAND转型是业界趋势。目前NAND FLASH的制造技术达到16~19纳米工艺,已接近极限,进一步压缩尺寸会带来极高的成本且导致存储位不再稳定可靠。

表格1.FLASH 原厂纳米制程技术时程图

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近年来,为了适应小体积、大容量等市场需求,NAND FLASH制造技术向3D技术发展。3D NAND FLASH通过增加立体硅层的办法,既提高单位面积存储密度,又改善存储单元性能。3D NAND FLASH不仅能够增加容量,也可以将成本控制在较低水平。3D NAND比20纳米级产品的容量密度高,读写速度快,耗电量节省,采用3D NAND Flash存储器的固态硬盘(SSD)其电路板面积也较小。根据中国闪存市场网估计,3D技术不仅使产品性能至少提升20%,而且功耗可以降低40%以上。根据三星在SSD峰会所述,TLC V-NAND闪存相比传统的平面闪存的密度提升了1倍。

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目前3D NAND的堆栈层数不过32-48层,厂商们还在研发64层甚至更高层数的堆栈技术。2016年开始3D NAND FLASH将逐步对NAND FLASH进行替代。

表格2.目前主流3D NAND芯片堆栈层数

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全球晶圆厂最大成长动力来自3D NAND

据SEMI数据,全球晶圆厂就支出成长率来看,最大成长动力来自3D NAND(包括3DXPoint)。2014年支出为18亿美元,到2015年倍增至36亿美元,成长幅度高达101%。2016年支出将再增加50%,上扬56亿美元以上。

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  三星领跑,差距有限,存在弯道超越机会

规模量产难度大,目前仅三星能规模量产

NAND Flash领域霸主三星市占率稳定在31~35%左右,并拥有独家3DNANDFlash堆叠技术。

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三星在2013年8月宣布进入3D NAND量产,2014年第1季正式于西安工厂投产。就目前3D NAND Flash原厂投产情况来看,2016年只有三星能够实现48层3DNAND规模化量产。三星3DNAND每月产能约在2万~4万片之间,约占三星总体NAND产能的9~18%。

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  表格3.2015年Flash原厂厂能投产情况:仅三星能够规模量产3D NAND

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  48层:2D技术向3D技术最佳的成本效益切换点

3D技术若采用32层堆叠NANDFlashDie容量达128Gb,与主流2D1y/1znm128Gb相比缺乏成本竞争力。随着3D技术的发展,采用48层堆叠则可将NANDFlashDie容量提升至256Gb,突破2DNAND128Gb容量,且较32层3DNAND更有成本和性能优势,这也是Flash原厂在2016年扩大48层量产或加快导入步伐的主要原因,使得2D技术向3D技术切换点恰好拥有最佳的成本效益。目前后进入3D领域的企业均积极在48层3D领域追赶三星。

东芝48层3DNAND今年才刚进入规模量产阶段,美光、海力士预计要等到2016下半年才能够投入生产。英特尔将位于大连的逻辑芯片12寸厂改造为3DNANDFlash工厂,砸55亿美元升级产能,致力发展相关技术,计划今年下半年生产3DNAND和Xpoint。国内的武汉新芯专注于NAND生产,与美企Spanion签订3D NAND授权协议,目前成为240亿美元国家存储器基地投资计划的受益者,预计2017年底就能取得48层3DNAND的验证,2018年进行量产。紫光国芯2015年11月发布800亿定增公告,其中存储器芯片制造项目采用定增资金600亿(总投资932亿)。

表格4.3D NAND FLASH 厂商情况

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各厂商与三星技术差距仅1~3年,三星霸主地位受挑战

三星3DNAND技术领先对手1~3年,各方增产之下,差距大幅缩小,明年3DNAND扩产大战将更加白热化,三星可能不会增建产线,以提高生产力为主,应对战局。

其中与三星技术差距最小的是东芝公司。据EETimes的报导,三星与东芝(Toshiba)之间尚有1年的技术差距,由于东芝3DNANDFlash目前仍处于样品水准,而三星已进入量产阶段。样品与量产之间的技术差距大约为1年。

东芝存储器事业的副社长成毛康雄表示,将冲刺NAND Flash产量,目标在2018年度将NAND Flash产量扩增至2015年度的3倍水平(以容量换算)。成毛康雄还指出,将强化3D NAND Flash的生产,目标在2017年度将3D产品占整体生产比重提高至5成,2018年度进一步提高至9成左右水平。东芝打算与Western Digital在未来三年携手,对3D NAND Flash投资1.5兆日元,相当于146亿美元。

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国内的武汉新芯在中科院微电子所等合作帮助下己经做成9层3DNAND的样品,非常有信心在2018年实现48层的量产,这样与三星之间也就差距在3年左右。2015年5月,武汉新芯的3D NAND项目有了重要进展:第一片测试芯片通过存储器电学验证。此后,武汉新芯在更高叠层的产品工艺研发上取得了沟道电流大幅提升、存储单元性能和可靠性持续优化等更多突破性进步。

据报导,240亿美金(约1600亿元人民币)的“光谷”存储器基地2018年将实现3D NAND存储器的首次量产,2020年形成月产能30万片的生产规模,其中20万片3D NAND Flash和10万片DRAM,2030年预计达到每月产能100万片。

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由于资金壁垒和技术壁垒较大,潜在入侵者较少。未来3D NAND FLASH竞争将集中在业内已有企业中。由于霸主三星技术领先优势不大,仅1~3年,而大部分业内企业均投入大量资金建设工厂和研发技术,因而未来三星霸主地位会受到挑战。

表格5.国际大厂2016年预计3D NAND产能及比重

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  预计2017年3D NAND FLASH供给约650GB规模

基于上游Flash原厂更先进的1znm/3D NAND技术生产,中国闪存市场网ChinaFlashMarket预计2016年NAND Flash市场供应量将达到1200亿GB当量,较2015年成长40%,2017年将超过1600亿GB。

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其中,3D NAND FLASH市场发展非常迅速。以三星西安厂为例,根据Digital Times的报导,3D需求的增加超过了预期,例如三星西安厂的3D NAND FLASH从2014年月产1~2万片,到2015年第3季已经上升到5万片的水平,伴随良率上升,目前远超过当初每月预估值6万~7万片,2016年达到每月10万片。

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随着未来多家厂商逐渐量产,3D NAND FLASH将逐渐成为NAND Flash主流。市调机构IHS指出,全球NAND Flash市场上,2015年3D NAND比重约为4.5%,2016年则将快速提升到21%,到2017年则将达到40%,2018年3D NAND比重将达到50%,逐渐成为NAND Flash主流产品。 根据中国闪存市场网和IHS数据,我们预计2017年3D NAND FLASH约640亿GB规模。‘

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  电脑SSD和智能移动终端驱动行业需求

3D NAND FLASH行业需求旺盛,智能手机和电脑SSD需求是最主要的两大需求,目前3D NAND FLASH在SSD市场已占据半壁江山,在智能手机市场中刚起步,未来几年市场空间广阔。同时我们预计2017年3D NAND FLASH市场不存在产能过剩问题,存储芯片厂商能稳定获利。

电脑SSD和智能移动终端需求是3D NAND占比最大的需求

NAND FLASH用途广泛,可用于SSD、SD卡、智能机、平板等。其中电脑SSD和智能移动终端需求最大,两者占产能分布的比例接近80%。3D NAND FLASH最大的需求也是智能移动终端和电脑SSD需求。

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  智能移动终端需求:苹果256GB容量率先使用3D NAND FLASH

在市场需求方面,在苹果、三星引领旗舰智能型手机向128GB大容量发展的趋势下,2016上半年Galaxy S7、华为Mate 8、小米5、vivo Xplay 5、OPPO R9 Plus等纷纷增加128GB容量选择,从而推动32GB、64GB、128GB成为中高端智能型手机标配容量,下半年苹果新iPhone将增加256GB大容量,且最低搭配容量从32GB起跳,中国闪存市场网预计新iPhone容量分配为256GB(10%)、128GB(50%)、64GB(30%)、32GB(10%),将在7月份首批备货1500万台。

基于3D NAND性能和容量优势,三星3D NAND产能将主要用于需求快速增长且利润较高的SSD,以及生产256GB大容量UFS 2.0和闪存卡产品,而且三星48层V-NAND已经通过了苹果认证,新iPhone搭载的256GB容量由三星独家供应,预计Q3开始供货。

未来随着智能机的容量逐渐提升和3D NAND FLASH的逐渐量产,3D NAND FLASH将以其性能和容量优势获得更高的智能机移动终端的市场占有率。

中国闪存市场网ChinaFlashMarket预计2016年手机市场内置存储容量平均为26GB,2017年将增加至34.5GB,再加上平板、OTT盒子、电视等应用,预估2016年智能机移动终端大约消耗41%的产能,依然是NAND Flash应用最大的产品。

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  SSD需求:3D NAND FLASH已拥有较高市场占有率

SSD市场快速增长,3D NAND占据用户端SSD半壁江山

大数据时代,SSD需求量快速增长,3DNAND大容量和高性能特性可为SSD带来更高的性能表现。Gartner资料指出,2014年全球SSD市场规模为305亿美元,2015年328亿美元、2016年347亿美元、2017年409亿美元等,逐年增长。Forward Insights创始人兼首席分析师Gregory Wong先生表示,今年3D NAND已几乎占据用户端SSD市场半壁江山。

据市场研究公司IHS预测,到2017年,SSD将占整个计算机存储市场份额的三分之一以上,出货量几乎是2012年出货量的七倍。2012年固态硬盘出货量3100万块,仅占全球计算机存储解决方案市场份额的6%。2017年全球固态硬盘出货量将从2012年的3100万块增长到2.27亿块,在五年时间里迫使传统硬盘的市场份额从2012年的94%下降到只有64%。固态硬盘在这段时间的爆炸式增长相当于大约每年48%的增长率并且将使固态硬盘成为传统硬盘有前途的替代品。

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根据TrendForce数据,SSD在2016年第一季度全球出货量达到3077.7万块,同比飚升32.7%。据韩国信息通讯技术振兴中心(IITP)统计,SSD今年出货量将成长16.9%,2020年出货量有望从2015年的1.1亿颗翻升至2.4亿颗。

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高容量,高性能,高可靠性:3D SSD卓越的特性契合高性能数据存储需求

SSD需求集中在消费类和数据中心市场需求,说到底是对高性能数据存储的需求。而就数据存储而言,3D SSD优势非常明显。

以三星为例,三星电子面向OEM厂商而设计的新型SSD,包括PM1633、PM1725和PM953,均采用三星3 bit MLC V-NAND闪存芯片,具有高性能、高可靠性和高容量等特性。

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  3D NAND 渗透进了企业SSD和消费SSD

以三星为例。三星2013年领先全球率先推出3D V-NAND后,目前仍然是唯一量产3D V-NAND业者。据IHS iSuppli统计资料,如果以数量而言,2015年企业用SSD市场中的3D V-NAND占比达10%(约124万颗),在消费者用SSD市场中,3D V-NAND占比为3%(约233万颗),比之前的2%预估值高。

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IHS iSuppli估计3D V-NAND在企业用SSD中的占比,将从2015年的10%,大幅上升至2016年的40%、2017年的71%,3D V-NAND将渐渐成为SSD中的主流。在消费者用SSD的占比将从2016年的18%、2017年的36%,上升到2018年的60%,预计3D V-NAND将在3年后成为消费者用SSD中的潮流领导者。

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  3D NAND SSD 助力SSD渗透率逐步超越 HDD

硬盘厂商西部数据、希捷发布的2016年Q1财报显示两家公司HDD硬盘出货量均锐减20%,只有4310万块和3920万块,创历史新低。除了PC市场需求衰退因素,更重要的是2016年SSD价格累积下滑20%,需求持续爆发性增长正在吞噬硬盘的市场份额。

笔记本配置SSD已从2015年15%的比例提高到了现在的25%,零售市场240GB SSD与500GB HDD已同价,用户将HDD更换成SSD数量也在大增,同时小容量64GB SSD用户正在向120GB和240GB容量升级。

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值得注意的是,2016年只有三星量产3D NAND TLC SSD产品,并且不对外销售3D NAND颗粒和Wafer晶圆,市场SSD品牌厂商只能选择2D TLC Flash和部分3D MLC生产SSD。但未来几年内,伴随着3D NAND FLASH的量产,SSD厂商将选择更多的3D产品,届时SSD渗透率会有较大的提高。

就目前的情况看,除三星外,美光、SK海力士等也均宣布将在2016年推出基于3DNAND的SSD,英特尔更是研发先进的3DXpoint技术,在2016年推出搭载3DXpointNAND的Optane系列SSD新品。

此外,国际控制芯片厂Marvell的88NV1120、88NV1140、88SS1074等SSD控制芯片均支持3DTLCNAND,台厂慧荣也推出了一款支持3DMLCNAND的SSD控制芯片SM2246EN,为非Flash原厂的SSD厂商提供SSD控制芯片支持,未来将有更多的3D SSD上市。

DRAMeXchange预期,随着3D NAND Flash出货比重开始攀升,SSD渗透率会有较大的提高。以笔记本电脑为例,DRAMeXchange预估2015年的笔记本电脑SSD渗透率将突破30%大关,更可望在2017年超越50%。

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  预计2017年需求量达到2.81亿个,产能能得到消化

今年苹果首先推出使用3D NAND FLASH的256GB手机,3D智能手机市场占比约1.2%(苹果智能机市场占比11.8%*256GB预计占比10%=1.18%)。随着人们对高容量手机的需求增长和量产后3D nand flash成本的降低,3D NAND FLASH需求将上升。根据IDC预计,2017年智能手机出货量将达16.81亿部。假设未来三年3D NAND FLASH的手机出货量占总出货量的5%,10%,20%,按每部3D闪存手机配置一个3D NAND FLASH计算,则预计2017年3D NAND FLASH的需求量约为1.68亿个(16.81*10%=1.681)。

Forward Insights创始人兼首席分析师Gregory Wong先生表示,今年3D NAND已几乎占据用户端SSD市场半壁江山。考虑到东芝、武汉新芯等公司加入3D NAND的生产,我们预计未来三年3D SSD的市占率分别为55%,60%,65%。IHS预测到2017年,SSD出货量预计将达到1.89亿颗。以一个SSD配置一个3D NAND FLASH计算,我们预计2017年3D NAND FLASH在SSD方面的需求量为1.13亿个(1.89*60%=1.134)。

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总的来看,预计2017年3D NAND FLASH需求约为2.81亿颗(1.681+1.134=2.815),和目前略多于1.1亿颗的市场相比,需求空间广阔。

另外前文我们根据中国闪存市场网和IHS数据,预计2017年3D NAND FLASH 640亿GB规模。由于3D NAND主要用于256GB或更高容量的智能机和SSD,所以2017年3D NAND FLASH的供给大约是2.5亿颗(640÷256=2.5)。市场需求2.81亿个高于市场供给2.5亿个,因而不存在3D NAND FLASH产能过剩问题,厂商能有稳定的获利。

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  存储芯片行业供需状况稳定,过剩概率不大

传统上存储芯片市场周期性较为明显

2015年因Flash原厂扩大1ynmTLC量产,以及受全球智能手机出货量增长放缓,平板出货下滑,PC需求持续不振等影响,中国闪存市场网ChinaFlashMarket数据,NANDFlash综合价格指数累积跌幅高达35%,再加上DRAM价格持续下跌,存储产业链厂商营收成长均受到了一定的冲击。

而2016年第一季度市场需求复苏迟缓,NANDFlash价格依然持续跌势,累积2个多月NANDFlash综合价格指数跌幅达3.3%。

二季度以来,随着上游Flash原厂3D技术量产不顺以及产线转换等影响,3D NAND产出相对有限,2D NAND产能供应减少。在苹果iPhone SE备货、SSD强劲的需求带动下,NAND Flash市场迎来首波涨价潮,NAND Flash综合价格指数短时间内上涨4%,打破了常规的传统淡季。

随着旺季即将到来,为了满足SSD需求的增长以及中高端手机对内嵌高容量的需求,Flash原厂对市场供应的Wafer数量减少且提高15%的价格,5月下旬市场NAND Flash价格再次上涨。其中,闪存卡价格最先拉涨,eMMC/eMCP价格也已明显止跌,市场更传出4GB-16GB eMMC、4+4/8+4/8+8 eMCP等低容量喊涨等消息,似乎预警NAND Flash市场已提前进入紧张的供应状态。

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  资金+技术两大壁垒

3D NAND FLASH行业两大壁垒:资金壁垒、技术壁垒。这使得业内领先企业优势明显。

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3D NAND FLASH需要投入大量资金。主要厂商建设厂房和设计生产均投入了大量资金。资金雄厚的公司才能立于有利地位。这使得资金不足的厂商进入比较困难。

表格6.部分厂商3D NAND FLASH投资金额

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生产3D NAND FLASH需较高的技术。相对于2D NAND对微缩技术的要求,3D NAND的关键技术是极度复杂的刻蚀和薄膜工艺。另外,克服良率与成本也需要较好技术,如美光(Micron)与英特尔(Intel)阵营开发Cellon Peripheral Circuit技术试图解决良率与成本问题。

表格7.部分厂商3D NAND芯片技术特征

技术变革改变行业周期属性

尽管存储芯片市场呈现周期性波动,但我们认为,随着3DNANDFLASH技术的发展,存储芯片行业的周期性将让位于成长性,在较长时间内进入相对供需稳定状态,没有产能大幅过剩的担忧,相关企业将能够保持相对稳定的盈利能力。主要原因如下:

1)供给端看:

行业壁垒高,资金+技术构成了极高的壁垒。行业内企业大量减少,少数企业占据了主导地位。

其一,存储芯片行业不断出现的破产、并购使得行业产能收缩,产业集中度也进一步提高。2013年存储芯片行业前五大厂商合计市场份额约为95%,中小型厂商基本被消灭。各大厂商经历过过去因行业产能过剩而造成的巨额亏损,从而扩产更为谨慎,不像过去中小型厂商为了抢占市场份额而往往率先扩产。这样存储芯片产业就在较长一段时间内保持了较为稳定的状态。

其二,存储芯片行业扩产难度相比过去已经大大提高。DRAM目前主流的制程为20nm~30nm,NAND也进入20nm以下制程的时代,进一步缩小制程所需的研发与建厂投资大大增加,新建厂房往往需要花费数十亿美元。所以,从整体上来看,存储芯片厂商的扩产意愿和扩产能力都不强。

2)需求端看,下游应用范围大大扩展,智能移动终端和3D SSD需求旺盛。智能移动终端兴起一方面使得对存储芯片的需求大大提高,抵消了近些年来PC销量不振造成的影响,另一方面也平抑了原来因PC出货周期而导致的存储芯片需求周期。3D固态硬盘需求逐渐增大,未来将逐渐取代HDD。

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  国家助力、资本协助:由进口依赖到自产自销

国内存储芯片情况:完全依赖于进口

缺“芯”是我国半导体行业的现状。根据海关总署统计,2013年,我国集成电路出口额为877亿美元,进口额为2,313.40亿美元,已超过原油成为我国第一大进口商品。2014年中国集成电路进口2,176亿美元,与石油一起位列最大宗进口商品。巨大的供需缺口使我国集成电路企业面临通过替代进口实现快速增长的良好机遇。

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一直以来,中国的存储芯片产业基本空白,几乎100%依赖进口。三星、美光、东芝、海力士等企业垄断的存储器市场高达800亿美元,占据全球95%以上的市场份额。而中国每年进口的存储芯片就占55%的全球市场份额。因此,政府为了达成半导体自产自销的目标,扶植存储器产业的意志很强烈。另一方面,存储器行业的成功依赖于决心,需要持续的投资以及忍受可能长时间的亏损,所以它不太适合于民营资本去博弈。国家的支持对民营资本很重要。

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存储芯片市场未来几年迅速扩大,若能达到自产自销的目标,伴随着中国芯片市场的规模扩大,国内存储器厂商将获利较大。

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  预计2017年中国3D NAND FLASH需求量约8000万个

我们通过两种方法估计中国2017年3D NAND FLASH需求量:

1)根据紫光国芯的公司公告,目前全世界记忆体市场需求的55%来自中国。我们假设需求份额维持不变,则2017年国内记忆体市场规模大约是1.55亿个(2.81*0.55=1.5455)。假设3D NAND FLASH占比50%,则市场规模大约是7750万个。

2)根据IDC预计,2017年中国智能手机出货量将达4.6亿部,占全球市场的27.36%。根据我们之前的估计,2017年智能手机移动终端3D NAND FLASH需求量约为1.68亿个,则可以预计2017年智能手机市场上中国3D NAND FLASH的需求量约为4600万个(1.68*27.36%=0.46亿)。

市场研究公司eMarketer预计2017年全球电脑用户将达13.24亿,其中4.057亿用户来自中国市场,占比30.64%。我们预估中国3D SSD需求量占全球比重大致等于中国电脑用户占全球比重,约为31%。根据我们之前的估计,2017年3D SSD需求量约为1.13亿个,则可以预计2017年SSD市场上,中国3D NAND FLASH的需求量约为3500万个(1.13*31%=0.35亿)。

由此估计,中国市场2017年3D NAND FLASH需求量大约是8100万(0.46+0.35=0.81)

根据以上两种方法,我们预估2017年中国3D NAND FLASH需求量约8000万个。

国家引导,资本协助,紫光国芯和武汉新芯加快存储器建设

在国家的引导下,资本对存储器领域投资较大。紫光国芯和武汉新芯作为存储芯片领域重要企业,其中武汉新芯专注于存储器领域,尤其注重3D NAND FLASH技术的追赶。

2015年11月,紫光国芯发布800亿定增预案,定增资金主要用于存储器建设。预计可新增120,000片/月的存储芯片生产产能。2016年5月,紫光集团董事长赵伟国在中国大数据产业峰会暨中国电子商务创新发展峰会表示,从今年开始,紫光集团要投资300亿美元,主攻记忆体晶片制造,这将会是中国大陆最大的储存项目。

2016年国家集成电路产业投资基金股份有限公司、湖北省集成电路产业投资基金股份有限公司、国开发展基金有限公司、湖北省科技投资集团有限公司共同出资240亿美元,在武汉新芯集成电路制造有限公司的基础上组建一家存储器公司,整个存储器基地的规划和建设则由武汉新芯主导。240亿美元的资金将在5年内投资完成,前期主要生产3D NAND产品,预计到2020年形成月产能30万片的生产规模(包括20万片3D NAND以及10万片DRAM),到2030年形成每月100万片的产能。

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  表格8.紫光国芯800亿定增资金使用计划

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3D NAND FLASH 产业链:关注封测和材料相关企业

3D NAND 将全面替代 2D NAND

2D nand由于已到物理极限,主流工艺最多只能满足128GB的容量需求。未来伴随着智能机和SSD对更大容量的需求,具有更好性能且能满足256GB及更高容量的3D NAND FLASH将逐渐替代2D NAND FLASH。

但由于3D NAND FLASH技术要求高,量产难度大,成本比较大。32层堆叠NANDFlashDie容量达128Gb,与主流2D1y/1znm128Gb相比缺乏成本竞争力。未来若干年,在3D NAND FLASH未大规模量产之前,2D nand和3D nand处于共存状态——2D由于成本优势,满足容量128GB及更低容量的需求,3D由于性能和容量优势,满足256GB甚至更高容量的需求。

由于2D工艺最多只能满足128GB的容量需求,3D更好性能且能满足256GB及更高容量,未来伴随着智能机和SSD对更大容量的需求,3D终将全面替代2D。但最近的若干年内,两者将维持短暂的共存状态,这主要是因为在128GB及以下容量的市场中,2D成本优势明显。

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  材料:关注选择性蚀刻及薄膜沉积产品

根据应用材料集团的预计,3D NAND成长趋势确立,预期2018年产能将跨过百万片,2015年占比仅15%,预计2018年占比大幅提升至85%。届时,晶圆加工行业迎来发展契机。我们重点推荐关注生产选择性蚀刻及薄膜沉积产品的企业。因为相对于2D NAND对微缩技术的要求,3D NAND的关键技术是极度复杂的刻蚀和薄膜工艺。由2D进入3D时代后,材料及结构的变化表现在市场上就是为市场带来更多选择性蚀刻及薄膜沉积产品的商机。

封测:TSV(硅通孔)封装技术将成为实现3D结构的关键

TSV技术是透过以垂直导通来整合晶圆堆栈的方式,让3D封装遵循摩尔定律演进,采多层化的设计概念,让堆栈芯片的电力互相连接,从而使2D平面芯片配置技术演进至3D堆栈技术,在逻辑领域和内存领域等均有应用。

以TSV技术制造晶片,可将耗电量减少至传统技术的一半以上,晶片体积也能缩小约35%。TSV可使封装尺寸微缩到10立方毫米(mm3)以下。在相同晶片面积且不增加功耗的前提下,TSV技术能制作出更多输入/输出(I/O)接脚,进而提供更高的频宽。因此当3D NAND Flash遇到微缩瓶颈后,NAND Flash TSV技术将成解方,持续带领NAND Flash朝向TB等级超微型封装(Tera-bytes Flash TSV Ultra-thin Package)的目标演进。

3D NAND Flash驱动存储芯片行业重大变局

三星、海力士、东芝等存储芯片重要厂商在大力研发TSV技术。预计在由进口依赖到自产自销的进程中,国内的武汉新芯和紫光国芯的3D NAND FLASH可能更倾向于国内的TSV公司,建议积极关注。

表格9.重要厂商TSV技术研发进程

3D NAND Flash驱动存储芯片行业重大变局

  3D NAND FLASH浪潮下受益投资标的推荐

我们认为主要有两类企业最具投资机会。一类是资金雄厚、技术落后不大且有产业基金支持的投资于3D NAND FLASH的企业,包括紫光国芯(800亿定增项目)和武汉新芯(240亿美元国家存储器项目核心企业,国内唯一一家专注于存储器芯片行业的企业);另一类受益于3D NAND FLASH企业发展的企业,特别是封测和材料相关的企业,比如紫光国芯(收购封测企业台湾力成25%股权,力成是东芝/Sandisk、美光/英特尔两阵营的四家业者主要后段代工厂),长电科技(国内封测龙头)、深科技(收购沛顿科技,切入存储芯片封装测试业务)七星电子(收购的北方微电子的主营产品包括刻蚀机)、上海新阳(TSV先进封装镀铜液)等。

表格10.推荐标的及标的相关亮点

关键字:NAND闪存Flash存储器

本文摘自:OFweek电子工程网

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3D NAND Flash驱动存储芯片行业重大变局

责任编辑:editor005 |来源:企业网D1Net  2016-09-01 15:39:46 本文摘自:OFweek电子工程网

存储器是半导体三大支柱产业之一。据IC Insights数据,2015年半导体存储器市场总额达835亿美元。各类存储器中,NAND Flash是一个亮点。其广泛应用于PC、手机、服务器等各类电子产品,2015年营收达到267亿美元,占半导体存储器市场总额的32%。

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目前的闪存多属于Planar NAND平面闪存,也叫有2D NAND或者直接不提2D,而3D闪存,顾名思义,就是它是立体堆叠的,Intel之前用盖楼为例介绍了3D NAND,普通NAND是平房,那么3D NAND就是高楼大厦,建筑面积一下子就多起来了,理论上可以无线堆叠。

3D NAND技术与现有的2D NAND(纳米制程技术)截然不同,2D NAND是平面结构而3D NAND是立体结构,3D结构是以垂直半导体通道的方式排列,多层环绕式栅极(GAA)结构形成多电栅级存储器单元晶体管,可以有效的降低堆栈间的干扰。3D NAND闪存也不再是简单的平面内存堆栈,这只是其中的一种,还有VC垂直通道、VG垂直栅极等两种结构。

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  优势明显:适应小体积、大容量的市场需求

2D NAND工艺逼近物理极限,单位面积存储容量难以继续提高,且可靠性降低,2D NAND向3D NAND转型是业界趋势。目前NAND FLASH的制造技术达到16~19纳米工艺,已接近极限,进一步压缩尺寸会带来极高的成本且导致存储位不再稳定可靠。

表格1.FLASH 原厂纳米制程技术时程图

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近年来,为了适应小体积、大容量等市场需求,NAND FLASH制造技术向3D技术发展。3D NAND FLASH通过增加立体硅层的办法,既提高单位面积存储密度,又改善存储单元性能。3D NAND FLASH不仅能够增加容量,也可以将成本控制在较低水平。3D NAND比20纳米级产品的容量密度高,读写速度快,耗电量节省,采用3D NAND Flash存储器的固态硬盘(SSD)其电路板面积也较小。根据中国闪存市场网估计,3D技术不仅使产品性能至少提升20%,而且功耗可以降低40%以上。根据三星在SSD峰会所述,TLC V-NAND闪存相比传统的平面闪存的密度提升了1倍。

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目前3D NAND的堆栈层数不过32-48层,厂商们还在研发64层甚至更高层数的堆栈技术。2016年开始3D NAND FLASH将逐步对NAND FLASH进行替代。

表格2.目前主流3D NAND芯片堆栈层数

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全球晶圆厂最大成长动力来自3D NAND

据SEMI数据,全球晶圆厂就支出成长率来看,最大成长动力来自3D NAND(包括3DXPoint)。2014年支出为18亿美元,到2015年倍增至36亿美元,成长幅度高达101%。2016年支出将再增加50%,上扬56亿美元以上。

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  三星领跑,差距有限,存在弯道超越机会

规模量产难度大,目前仅三星能规模量产

NAND Flash领域霸主三星市占率稳定在31~35%左右,并拥有独家3DNANDFlash堆叠技术。

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三星在2013年8月宣布进入3D NAND量产,2014年第1季正式于西安工厂投产。就目前3D NAND Flash原厂投产情况来看,2016年只有三星能够实现48层3DNAND规模化量产。三星3DNAND每月产能约在2万~4万片之间,约占三星总体NAND产能的9~18%。

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  表格3.2015年Flash原厂厂能投产情况:仅三星能够规模量产3D NAND

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  48层:2D技术向3D技术最佳的成本效益切换点

3D技术若采用32层堆叠NANDFlashDie容量达128Gb,与主流2D1y/1znm128Gb相比缺乏成本竞争力。随着3D技术的发展,采用48层堆叠则可将NANDFlashDie容量提升至256Gb,突破2DNAND128Gb容量,且较32层3DNAND更有成本和性能优势,这也是Flash原厂在2016年扩大48层量产或加快导入步伐的主要原因,使得2D技术向3D技术切换点恰好拥有最佳的成本效益。目前后进入3D领域的企业均积极在48层3D领域追赶三星。

东芝48层3DNAND今年才刚进入规模量产阶段,美光、海力士预计要等到2016下半年才能够投入生产。英特尔将位于大连的逻辑芯片12寸厂改造为3DNANDFlash工厂,砸55亿美元升级产能,致力发展相关技术,计划今年下半年生产3DNAND和Xpoint。国内的武汉新芯专注于NAND生产,与美企Spanion签订3D NAND授权协议,目前成为240亿美元国家存储器基地投资计划的受益者,预计2017年底就能取得48层3DNAND的验证,2018年进行量产。紫光国芯2015年11月发布800亿定增公告,其中存储器芯片制造项目采用定增资金600亿(总投资932亿)。

表格4.3D NAND FLASH 厂商情况

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各厂商与三星技术差距仅1~3年,三星霸主地位受挑战

三星3DNAND技术领先对手1~3年,各方增产之下,差距大幅缩小,明年3DNAND扩产大战将更加白热化,三星可能不会增建产线,以提高生产力为主,应对战局。

其中与三星技术差距最小的是东芝公司。据EETimes的报导,三星与东芝(Toshiba)之间尚有1年的技术差距,由于东芝3DNANDFlash目前仍处于样品水准,而三星已进入量产阶段。样品与量产之间的技术差距大约为1年。

东芝存储器事业的副社长成毛康雄表示,将冲刺NAND Flash产量,目标在2018年度将NAND Flash产量扩增至2015年度的3倍水平(以容量换算)。成毛康雄还指出,将强化3D NAND Flash的生产,目标在2017年度将3D产品占整体生产比重提高至5成,2018年度进一步提高至9成左右水平。东芝打算与Western Digital在未来三年携手,对3D NAND Flash投资1.5兆日元,相当于146亿美元。

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国内的武汉新芯在中科院微电子所等合作帮助下己经做成9层3DNAND的样品,非常有信心在2018年实现48层的量产,这样与三星之间也就差距在3年左右。2015年5月,武汉新芯的3D NAND项目有了重要进展:第一片测试芯片通过存储器电学验证。此后,武汉新芯在更高叠层的产品工艺研发上取得了沟道电流大幅提升、存储单元性能和可靠性持续优化等更多突破性进步。

据报导,240亿美金(约1600亿元人民币)的“光谷”存储器基地2018年将实现3D NAND存储器的首次量产,2020年形成月产能30万片的生产规模,其中20万片3D NAND Flash和10万片DRAM,2030年预计达到每月产能100万片。

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由于资金壁垒和技术壁垒较大,潜在入侵者较少。未来3D NAND FLASH竞争将集中在业内已有企业中。由于霸主三星技术领先优势不大,仅1~3年,而大部分业内企业均投入大量资金建设工厂和研发技术,因而未来三星霸主地位会受到挑战。

表格5.国际大厂2016年预计3D NAND产能及比重

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  预计2017年3D NAND FLASH供给约650GB规模

基于上游Flash原厂更先进的1znm/3D NAND技术生产,中国闪存市场网ChinaFlashMarket预计2016年NAND Flash市场供应量将达到1200亿GB当量,较2015年成长40%,2017年将超过1600亿GB。

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其中,3D NAND FLASH市场发展非常迅速。以三星西安厂为例,根据Digital Times的报导,3D需求的增加超过了预期,例如三星西安厂的3D NAND FLASH从2014年月产1~2万片,到2015年第3季已经上升到5万片的水平,伴随良率上升,目前远超过当初每月预估值6万~7万片,2016年达到每月10万片。

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随着未来多家厂商逐渐量产,3D NAND FLASH将逐渐成为NAND Flash主流。市调机构IHS指出,全球NAND Flash市场上,2015年3D NAND比重约为4.5%,2016年则将快速提升到21%,到2017年则将达到40%,2018年3D NAND比重将达到50%,逐渐成为NAND Flash主流产品。 根据中国闪存市场网和IHS数据,我们预计2017年3D NAND FLASH约640亿GB规模。‘

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  电脑SSD和智能移动终端驱动行业需求

3D NAND FLASH行业需求旺盛,智能手机和电脑SSD需求是最主要的两大需求,目前3D NAND FLASH在SSD市场已占据半壁江山,在智能手机市场中刚起步,未来几年市场空间广阔。同时我们预计2017年3D NAND FLASH市场不存在产能过剩问题,存储芯片厂商能稳定获利。

电脑SSD和智能移动终端需求是3D NAND占比最大的需求

NAND FLASH用途广泛,可用于SSD、SD卡、智能机、平板等。其中电脑SSD和智能移动终端需求最大,两者占产能分布的比例接近80%。3D NAND FLASH最大的需求也是智能移动终端和电脑SSD需求。

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  智能移动终端需求:苹果256GB容量率先使用3D NAND FLASH

在市场需求方面,在苹果、三星引领旗舰智能型手机向128GB大容量发展的趋势下,2016上半年Galaxy S7、华为Mate 8、小米5、vivo Xplay 5、OPPO R9 Plus等纷纷增加128GB容量选择,从而推动32GB、64GB、128GB成为中高端智能型手机标配容量,下半年苹果新iPhone将增加256GB大容量,且最低搭配容量从32GB起跳,中国闪存市场网预计新iPhone容量分配为256GB(10%)、128GB(50%)、64GB(30%)、32GB(10%),将在7月份首批备货1500万台。

基于3D NAND性能和容量优势,三星3D NAND产能将主要用于需求快速增长且利润较高的SSD,以及生产256GB大容量UFS 2.0和闪存卡产品,而且三星48层V-NAND已经通过了苹果认证,新iPhone搭载的256GB容量由三星独家供应,预计Q3开始供货。

未来随着智能机的容量逐渐提升和3D NAND FLASH的逐渐量产,3D NAND FLASH将以其性能和容量优势获得更高的智能机移动终端的市场占有率。

中国闪存市场网ChinaFlashMarket预计2016年手机市场内置存储容量平均为26GB,2017年将增加至34.5GB,再加上平板、OTT盒子、电视等应用,预估2016年智能机移动终端大约消耗41%的产能,依然是NAND Flash应用最大的产品。

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  SSD需求:3D NAND FLASH已拥有较高市场占有率

SSD市场快速增长,3D NAND占据用户端SSD半壁江山

大数据时代,SSD需求量快速增长,3DNAND大容量和高性能特性可为SSD带来更高的性能表现。Gartner资料指出,2014年全球SSD市场规模为305亿美元,2015年328亿美元、2016年347亿美元、2017年409亿美元等,逐年增长。Forward Insights创始人兼首席分析师Gregory Wong先生表示,今年3D NAND已几乎占据用户端SSD市场半壁江山。

据市场研究公司IHS预测,到2017年,SSD将占整个计算机存储市场份额的三分之一以上,出货量几乎是2012年出货量的七倍。2012年固态硬盘出货量3100万块,仅占全球计算机存储解决方案市场份额的6%。2017年全球固态硬盘出货量将从2012年的3100万块增长到2.27亿块,在五年时间里迫使传统硬盘的市场份额从2012年的94%下降到只有64%。固态硬盘在这段时间的爆炸式增长相当于大约每年48%的增长率并且将使固态硬盘成为传统硬盘有前途的替代品。

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根据TrendForce数据,SSD在2016年第一季度全球出货量达到3077.7万块,同比飚升32.7%。据韩国信息通讯技术振兴中心(IITP)统计,SSD今年出货量将成长16.9%,2020年出货量有望从2015年的1.1亿颗翻升至2.4亿颗。

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高容量,高性能,高可靠性:3D SSD卓越的特性契合高性能数据存储需求

SSD需求集中在消费类和数据中心市场需求,说到底是对高性能数据存储的需求。而就数据存储而言,3D SSD优势非常明显。

以三星为例,三星电子面向OEM厂商而设计的新型SSD,包括PM1633、PM1725和PM953,均采用三星3 bit MLC V-NAND闪存芯片,具有高性能、高可靠性和高容量等特性。

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  3D NAND 渗透进了企业SSD和消费SSD

以三星为例。三星2013年领先全球率先推出3D V-NAND后,目前仍然是唯一量产3D V-NAND业者。据IHS iSuppli统计资料,如果以数量而言,2015年企业用SSD市场中的3D V-NAND占比达10%(约124万颗),在消费者用SSD市场中,3D V-NAND占比为3%(约233万颗),比之前的2%预估值高。

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IHS iSuppli估计3D V-NAND在企业用SSD中的占比,将从2015年的10%,大幅上升至2016年的40%、2017年的71%,3D V-NAND将渐渐成为SSD中的主流。在消费者用SSD的占比将从2016年的18%、2017年的36%,上升到2018年的60%,预计3D V-NAND将在3年后成为消费者用SSD中的潮流领导者。

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  3D NAND SSD 助力SSD渗透率逐步超越 HDD

硬盘厂商西部数据、希捷发布的2016年Q1财报显示两家公司HDD硬盘出货量均锐减20%,只有4310万块和3920万块,创历史新低。除了PC市场需求衰退因素,更重要的是2016年SSD价格累积下滑20%,需求持续爆发性增长正在吞噬硬盘的市场份额。

笔记本配置SSD已从2015年15%的比例提高到了现在的25%,零售市场240GB SSD与500GB HDD已同价,用户将HDD更换成SSD数量也在大增,同时小容量64GB SSD用户正在向120GB和240GB容量升级。

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值得注意的是,2016年只有三星量产3D NAND TLC SSD产品,并且不对外销售3D NAND颗粒和Wafer晶圆,市场SSD品牌厂商只能选择2D TLC Flash和部分3D MLC生产SSD。但未来几年内,伴随着3D NAND FLASH的量产,SSD厂商将选择更多的3D产品,届时SSD渗透率会有较大的提高。

就目前的情况看,除三星外,美光、SK海力士等也均宣布将在2016年推出基于3DNAND的SSD,英特尔更是研发先进的3DXpoint技术,在2016年推出搭载3DXpointNAND的Optane系列SSD新品。

此外,国际控制芯片厂Marvell的88NV1120、88NV1140、88SS1074等SSD控制芯片均支持3DTLCNAND,台厂慧荣也推出了一款支持3DMLCNAND的SSD控制芯片SM2246EN,为非Flash原厂的SSD厂商提供SSD控制芯片支持,未来将有更多的3D SSD上市。

DRAMeXchange预期,随着3D NAND Flash出货比重开始攀升,SSD渗透率会有较大的提高。以笔记本电脑为例,DRAMeXchange预估2015年的笔记本电脑SSD渗透率将突破30%大关,更可望在2017年超越50%。

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  预计2017年需求量达到2.81亿个,产能能得到消化

今年苹果首先推出使用3D NAND FLASH的256GB手机,3D智能手机市场占比约1.2%(苹果智能机市场占比11.8%*256GB预计占比10%=1.18%)。随着人们对高容量手机的需求增长和量产后3D nand flash成本的降低,3D NAND FLASH需求将上升。根据IDC预计,2017年智能手机出货量将达16.81亿部。假设未来三年3D NAND FLASH的手机出货量占总出货量的5%,10%,20%,按每部3D闪存手机配置一个3D NAND FLASH计算,则预计2017年3D NAND FLASH的需求量约为1.68亿个(16.81*10%=1.681)。

Forward Insights创始人兼首席分析师Gregory Wong先生表示,今年3D NAND已几乎占据用户端SSD市场半壁江山。考虑到东芝、武汉新芯等公司加入3D NAND的生产,我们预计未来三年3D SSD的市占率分别为55%,60%,65%。IHS预测到2017年,SSD出货量预计将达到1.89亿颗。以一个SSD配置一个3D NAND FLASH计算,我们预计2017年3D NAND FLASH在SSD方面的需求量为1.13亿个(1.89*60%=1.134)。

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总的来看,预计2017年3D NAND FLASH需求约为2.81亿颗(1.681+1.134=2.815),和目前略多于1.1亿颗的市场相比,需求空间广阔。

另外前文我们根据中国闪存市场网和IHS数据,预计2017年3D NAND FLASH 640亿GB规模。由于3D NAND主要用于256GB或更高容量的智能机和SSD,所以2017年3D NAND FLASH的供给大约是2.5亿颗(640÷256=2.5)。市场需求2.81亿个高于市场供给2.5亿个,因而不存在3D NAND FLASH产能过剩问题,厂商能有稳定的获利。

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  存储芯片行业供需状况稳定,过剩概率不大

传统上存储芯片市场周期性较为明显

2015年因Flash原厂扩大1ynmTLC量产,以及受全球智能手机出货量增长放缓,平板出货下滑,PC需求持续不振等影响,中国闪存市场网ChinaFlashMarket数据,NANDFlash综合价格指数累积跌幅高达35%,再加上DRAM价格持续下跌,存储产业链厂商营收成长均受到了一定的冲击。

而2016年第一季度市场需求复苏迟缓,NANDFlash价格依然持续跌势,累积2个多月NANDFlash综合价格指数跌幅达3.3%。

二季度以来,随着上游Flash原厂3D技术量产不顺以及产线转换等影响,3D NAND产出相对有限,2D NAND产能供应减少。在苹果iPhone SE备货、SSD强劲的需求带动下,NAND Flash市场迎来首波涨价潮,NAND Flash综合价格指数短时间内上涨4%,打破了常规的传统淡季。

随着旺季即将到来,为了满足SSD需求的增长以及中高端手机对内嵌高容量的需求,Flash原厂对市场供应的Wafer数量减少且提高15%的价格,5月下旬市场NAND Flash价格再次上涨。其中,闪存卡价格最先拉涨,eMMC/eMCP价格也已明显止跌,市场更传出4GB-16GB eMMC、4+4/8+4/8+8 eMCP等低容量喊涨等消息,似乎预警NAND Flash市场已提前进入紧张的供应状态。

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  资金+技术两大壁垒

3D NAND FLASH行业两大壁垒:资金壁垒、技术壁垒。这使得业内领先企业优势明显。

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3D NAND FLASH需要投入大量资金。主要厂商建设厂房和设计生产均投入了大量资金。资金雄厚的公司才能立于有利地位。这使得资金不足的厂商进入比较困难。

表格6.部分厂商3D NAND FLASH投资金额

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生产3D NAND FLASH需较高的技术。相对于2D NAND对微缩技术的要求,3D NAND的关键技术是极度复杂的刻蚀和薄膜工艺。另外,克服良率与成本也需要较好技术,如美光(Micron)与英特尔(Intel)阵营开发Cellon Peripheral Circuit技术试图解决良率与成本问题。

表格7.部分厂商3D NAND芯片技术特征

技术变革改变行业周期属性

尽管存储芯片市场呈现周期性波动,但我们认为,随着3DNANDFLASH技术的发展,存储芯片行业的周期性将让位于成长性,在较长时间内进入相对供需稳定状态,没有产能大幅过剩的担忧,相关企业将能够保持相对稳定的盈利能力。主要原因如下:

1)供给端看:

行业壁垒高,资金+技术构成了极高的壁垒。行业内企业大量减少,少数企业占据了主导地位。

其一,存储芯片行业不断出现的破产、并购使得行业产能收缩,产业集中度也进一步提高。2013年存储芯片行业前五大厂商合计市场份额约为95%,中小型厂商基本被消灭。各大厂商经历过过去因行业产能过剩而造成的巨额亏损,从而扩产更为谨慎,不像过去中小型厂商为了抢占市场份额而往往率先扩产。这样存储芯片产业就在较长一段时间内保持了较为稳定的状态。

其二,存储芯片行业扩产难度相比过去已经大大提高。DRAM目前主流的制程为20nm~30nm,NAND也进入20nm以下制程的时代,进一步缩小制程所需的研发与建厂投资大大增加,新建厂房往往需要花费数十亿美元。所以,从整体上来看,存储芯片厂商的扩产意愿和扩产能力都不强。

2)需求端看,下游应用范围大大扩展,智能移动终端和3D SSD需求旺盛。智能移动终端兴起一方面使得对存储芯片的需求大大提高,抵消了近些年来PC销量不振造成的影响,另一方面也平抑了原来因PC出货周期而导致的存储芯片需求周期。3D固态硬盘需求逐渐增大,未来将逐渐取代HDD。

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  国家助力、资本协助:由进口依赖到自产自销

国内存储芯片情况:完全依赖于进口

缺“芯”是我国半导体行业的现状。根据海关总署统计,2013年,我国集成电路出口额为877亿美元,进口额为2,313.40亿美元,已超过原油成为我国第一大进口商品。2014年中国集成电路进口2,176亿美元,与石油一起位列最大宗进口商品。巨大的供需缺口使我国集成电路企业面临通过替代进口实现快速增长的良好机遇。

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一直以来,中国的存储芯片产业基本空白,几乎100%依赖进口。三星、美光、东芝、海力士等企业垄断的存储器市场高达800亿美元,占据全球95%以上的市场份额。而中国每年进口的存储芯片就占55%的全球市场份额。因此,政府为了达成半导体自产自销的目标,扶植存储器产业的意志很强烈。另一方面,存储器行业的成功依赖于决心,需要持续的投资以及忍受可能长时间的亏损,所以它不太适合于民营资本去博弈。国家的支持对民营资本很重要。

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存储芯片市场未来几年迅速扩大,若能达到自产自销的目标,伴随着中国芯片市场的规模扩大,国内存储器厂商将获利较大。

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  预计2017年中国3D NAND FLASH需求量约8000万个

我们通过两种方法估计中国2017年3D NAND FLASH需求量:

1)根据紫光国芯的公司公告,目前全世界记忆体市场需求的55%来自中国。我们假设需求份额维持不变,则2017年国内记忆体市场规模大约是1.55亿个(2.81*0.55=1.5455)。假设3D NAND FLASH占比50%,则市场规模大约是7750万个。

2)根据IDC预计,2017年中国智能手机出货量将达4.6亿部,占全球市场的27.36%。根据我们之前的估计,2017年智能手机移动终端3D NAND FLASH需求量约为1.68亿个,则可以预计2017年智能手机市场上中国3D NAND FLASH的需求量约为4600万个(1.68*27.36%=0.46亿)。

市场研究公司eMarketer预计2017年全球电脑用户将达13.24亿,其中4.057亿用户来自中国市场,占比30.64%。我们预估中国3D SSD需求量占全球比重大致等于中国电脑用户占全球比重,约为31%。根据我们之前的估计,2017年3D SSD需求量约为1.13亿个,则可以预计2017年SSD市场上,中国3D NAND FLASH的需求量约为3500万个(1.13*31%=0.35亿)。

由此估计,中国市场2017年3D NAND FLASH需求量大约是8100万(0.46+0.35=0.81)

根据以上两种方法,我们预估2017年中国3D NAND FLASH需求量约8000万个。

国家引导,资本协助,紫光国芯和武汉新芯加快存储器建设

在国家的引导下,资本对存储器领域投资较大。紫光国芯和武汉新芯作为存储芯片领域重要企业,其中武汉新芯专注于存储器领域,尤其注重3D NAND FLASH技术的追赶。

2015年11月,紫光国芯发布800亿定增预案,定增资金主要用于存储器建设。预计可新增120,000片/月的存储芯片生产产能。2016年5月,紫光集团董事长赵伟国在中国大数据产业峰会暨中国电子商务创新发展峰会表示,从今年开始,紫光集团要投资300亿美元,主攻记忆体晶片制造,这将会是中国大陆最大的储存项目。

2016年国家集成电路产业投资基金股份有限公司、湖北省集成电路产业投资基金股份有限公司、国开发展基金有限公司、湖北省科技投资集团有限公司共同出资240亿美元,在武汉新芯集成电路制造有限公司的基础上组建一家存储器公司,整个存储器基地的规划和建设则由武汉新芯主导。240亿美元的资金将在5年内投资完成,前期主要生产3D NAND产品,预计到2020年形成月产能30万片的生产规模(包括20万片3D NAND以及10万片DRAM),到2030年形成每月100万片的产能。

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  表格8.紫光国芯800亿定增资金使用计划

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3D NAND FLASH 产业链:关注封测和材料相关企业

3D NAND 将全面替代 2D NAND

2D nand由于已到物理极限,主流工艺最多只能满足128GB的容量需求。未来伴随着智能机和SSD对更大容量的需求,具有更好性能且能满足256GB及更高容量的3D NAND FLASH将逐渐替代2D NAND FLASH。

但由于3D NAND FLASH技术要求高,量产难度大,成本比较大。32层堆叠NANDFlashDie容量达128Gb,与主流2D1y/1znm128Gb相比缺乏成本竞争力。未来若干年,在3D NAND FLASH未大规模量产之前,2D nand和3D nand处于共存状态——2D由于成本优势,满足容量128GB及更低容量的需求,3D由于性能和容量优势,满足256GB甚至更高容量的需求。

由于2D工艺最多只能满足128GB的容量需求,3D更好性能且能满足256GB及更高容量,未来伴随着智能机和SSD对更大容量的需求,3D终将全面替代2D。但最近的若干年内,两者将维持短暂的共存状态,这主要是因为在128GB及以下容量的市场中,2D成本优势明显。

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  材料:关注选择性蚀刻及薄膜沉积产品

根据应用材料集团的预计,3D NAND成长趋势确立,预期2018年产能将跨过百万片,2015年占比仅15%,预计2018年占比大幅提升至85%。届时,晶圆加工行业迎来发展契机。我们重点推荐关注生产选择性蚀刻及薄膜沉积产品的企业。因为相对于2D NAND对微缩技术的要求,3D NAND的关键技术是极度复杂的刻蚀和薄膜工艺。由2D进入3D时代后,材料及结构的变化表现在市场上就是为市场带来更多选择性蚀刻及薄膜沉积产品的商机。

封测:TSV(硅通孔)封装技术将成为实现3D结构的关键

TSV技术是透过以垂直导通来整合晶圆堆栈的方式,让3D封装遵循摩尔定律演进,采多层化的设计概念,让堆栈芯片的电力互相连接,从而使2D平面芯片配置技术演进至3D堆栈技术,在逻辑领域和内存领域等均有应用。

以TSV技术制造晶片,可将耗电量减少至传统技术的一半以上,晶片体积也能缩小约35%。TSV可使封装尺寸微缩到10立方毫米(mm3)以下。在相同晶片面积且不增加功耗的前提下,TSV技术能制作出更多输入/输出(I/O)接脚,进而提供更高的频宽。因此当3D NAND Flash遇到微缩瓶颈后,NAND Flash TSV技术将成解方,持续带领NAND Flash朝向TB等级超微型封装(Tera-bytes Flash TSV Ultra-thin Package)的目标演进。

3D NAND Flash驱动存储芯片行业重大变局

三星、海力士、东芝等存储芯片重要厂商在大力研发TSV技术。预计在由进口依赖到自产自销的进程中,国内的武汉新芯和紫光国芯的3D NAND FLASH可能更倾向于国内的TSV公司,建议积极关注。

表格9.重要厂商TSV技术研发进程

3D NAND Flash驱动存储芯片行业重大变局

  3D NAND FLASH浪潮下受益投资标的推荐

我们认为主要有两类企业最具投资机会。一类是资金雄厚、技术落后不大且有产业基金支持的投资于3D NAND FLASH的企业,包括紫光国芯(800亿定增项目)和武汉新芯(240亿美元国家存储器项目核心企业,国内唯一一家专注于存储器芯片行业的企业);另一类受益于3D NAND FLASH企业发展的企业,特别是封测和材料相关的企业,比如紫光国芯(收购封测企业台湾力成25%股权,力成是东芝/Sandisk、美光/英特尔两阵营的四家业者主要后段代工厂),长电科技(国内封测龙头)、深科技(收购沛顿科技,切入存储芯片封装测试业务)七星电子(收购的北方微电子的主营产品包括刻蚀机)、上海新阳(TSV先进封装镀铜液)等。

表格10.推荐标的及标的相关亮点

关键字:NAND闪存Flash存储器

本文摘自:OFweek电子工程网

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