半导体存储器：产业转移塑新格局，技术&应用变革创新机遇

格隆汇 12-22 14:08

中金公司(601995.SH)

本文来自格隆汇专栏：中金研究，作者：彭虎石晓彬唐宗其

存储器2020年全球市场规模为1175亿美元，是半导体的核心器件之一，需求侧除了传统PC及移动端产品外，随着AIOT产业规模增长、服务器单台存储容量需求的提升、汽车智能化的演进，我们认为其有望贡献持续的增长动能。供给端存储行业具有高技术高资产投入壁垒，在各个细分领域全球的厂商都相对比较集中。同时我们也看到国内存储厂商在部分细分领域无论产品端还是客户端都已经取得了较大的突破，有望逐步成为国际一线供应商。

摘要

存储器是半导体核心器件，技术及资金投入壁垒较高，其两次产业转移伴随着厂商竞争格局重塑与行业集中度提升。存储器是半导体重要分支之一，2020年在全球半导体市场中占比约27%，其中DRAM和NAND Flash占据较大份额。历史上看，存储行业产能已历经由美国向日本、日本向韩国的两次转移，伴随着主流厂商更迭，存储巨头通过收购重塑了竞争格局，市场集中度也逐步提高。

下游应用以智能手机、服务器等为主，未来云数据中心、车用市场及AIOT等新应用有望贡献主要增长动能。存储行业中以内存DRAM与NAND闪存占据90%以上市场，其中DRAM下游以移动端、服务器与PC为主，NAND下游以智能手机与企业级SSD为主。从增速来看，DRAM下游以车用领域、服务器的单位容量增长最为明显，智能手机、PC、服务器出货量方面未来三年呈微幅增长趋势；NAND下游的增长主要源于企业级SSD的成本下探逐步替代HDD，SSD出货量持续上升，另一方面5G手机搭载的NAND容量也有所提升，随5G手机的渗透率进一步提升，我们认为智能手机的NAND市场规模有望进一步扩大。

新技术需求赋予国内厂商追赶机遇。制程节点进入20nm以后，存储器制造难度大幅提升，现有解决方案包括向三维空间拓展（NAND）、投入EUV设备（DRAM）以及相关新型存储的研发，技术的突破具有不确定性。在新技术的领域研发上，国有厂商与三大巨头均处于探索阶段，我们认为国内厂商有望抓住产业革新机会迎来快速发展机遇。

风险

下游需求不及预期；国内厂商设计/工艺进展不及预期；中美贸易摩擦加剧。

正文

存储器：核心半导体器件，高壁垒高集中度

全球半导体占比约27%，市场规模高速成长

从市场角度看，存储器是半导体行业中集成电路的子行业，2020年存储器的全球市场规模为1175亿美元，同比增长6.4%，在全球半导体市场中占比27%。

图表1：2020年存储芯片占全球半导体市场的27%

资料来源：WSTS，IC Insights，中金公司研究部

图表2：全球半导体存储器芯片规模及预测

资料来源：WSTS，中金公司研究部

存储行业产能由美国转移至日韩，行业竞争格局不断重塑

全球半导体产业已历经两次大规模转移，伴随着存储芯片的主流厂商更迭。1950年代，半导体诞生于美国硅谷，在半导体发展初期，美国把控着整个半导体产值，在全球的领先地位显著，以英特尔为首的半导体厂商最初的核心业务为SRAM、DRAM等存储芯片。在1950-1970年间，日本不断学习美国的半导体技术，同时经济实力与科技实力不断崛起，1970年代举国攻克半导体重点产业，投入大额资金设立超大规模集成电路技术研究所，攻克DRAM技术，并在DRAM领域实现了对美国相关厂商的超越，以存储器为主的半导体产业逐渐向日本转移，东芝、NEC、日立等厂商在半导体产业中立稳脚跟。此后的第二次半导体转移发生在1990年代初期，日本的经济泡沫使得其难以维继DRAM技术升级与晶圆厂建设的资金需求，在此背景下，韩国三星、海力士等厂商在政府的资金支持下，加大对DRAM的研发技术及产量规模，在DRAM行业实现了逆袭。此外，面临人力成本高昂，美国、欧洲等半导体厂商将IDM模式的部分代工、封测业务向劳动力更为密集的韩国与中国台湾转移。目前我国正承接第三次转移，在过去的二十多年里，我国获取了部分国外半导体的封装、制造业务，并通过长期引进外部技术，培养新型技术人才，完成了半导体产业链的原始积累。回顾半导体的发展进程，存储芯片在整个半导体中占有非常重要的地位，在前期的发展阶段属于规模最大的单一品类，占据全球半导体市场规模的20%~35%。从产能供应端总结而言，存储器的产能变迁主要经历了三个阶段：1）1950年代起存储芯片产能由美国厂商主导，主要厂商包括英特尔、德州仪器与美光等；2）1980年代产能逐步转移至日本，在1990年代初期日本产能份额达到最高，主流厂商为NEC、日立和富士通等；3）此后存储逐步转移至韩国市场，2000年后整体存储市场由韩国厂商主导，以韩国三星、SK海力士两大厂商为主。

图表3：全球半导体的发展与转移

资料来源：立鼎产业研究院，《芯路》冯锦锋郭启航（2020），中金公司研究部

图表4：全球半导体销售额各地区占比变化

资料来源：WSTS，中金公司研究部

图表5：美国、日本、韩国存储业务变迁

资料来源：JB press，中金公司研究部

存储巨头通过收购快速扩大市场份额，行业竞争格局不断重塑。半导体产业具有高技术门槛、更新迭代速度快、研发周期长且研发投入大的特点，对于大企业而言，进行并购可以快速集成最新技术，降低研发失败的风险，并且是能实现快速占领市场，消灭竞争对手的途径。根据存储在线信息，我们梳理了最近20年来存储行业超过十亿级（美元）的并购案，存储行业的并购涉及金额数量大，也体现了存储行业的重资产特征。行业领先厂商通过不断的并购提高市场份额，重塑行业竞争格局。

►DRAM市场经历了一系列并购与重组后形成三足鼎立的格局。2000年前后，DRAM市场格局发生巨变，1998年德州仪器将存储业务卖给美光，退出DRAM市场；1999年IBM将合资工厂出售给东芝，退出DRAM市场；1999年，日立与NEC合并了他们的DRAM业务，成立尔必达存储器，且在2003年吸收三菱电机的DRAM业务；1999年韩国现代半导体与LG半导体合并，并于2001年从现代集团完成拆分，将公司名改为海力士；2001年东芝将DRAM卖给美国美光，至此日本DRAM厂商仅剩下尔必达一家，全球DRAM市场逐渐由海力士、三星和美国美光主导，CR3超过60%。2010年前后，DRAM市场集中度进一步提升，金融危机时海力士陷入破产边缘，得益于韩国财团、中国无锡、SK集团的支持，海力士度过难关，并于2012年更名为SK海力士；2011年DRAM 市场供大于求，价格暴跌，尔必达申请破产后被美国美光收入麾下。目前，DRAM市场主要由韩国三星、SK海力士与美国美光垄断，三大公司市占率超过90%。

►通过整合并购，NAND Flash市场集中度逐步提高。2011年NAND Flash市场迎来收购年，LSI收购SandForce，SanDisk 收购 IMFT、苹果收购 Anobit、Fusion-io 收购 IO Turbine。此后几年中收购案例仍不间断，2016年西部数据以190亿美元的价格收购SanDisk，开始形成三星、海力士、英特尔、铠侠（东芝）、西部数据六家公司主导市场的格局，2020年CR6超过98%。

►NOR Flash市场相对分散，中国台湾与大陆厂商占据主要市场份额。1988年，Intel公司推出了世界上第一款256Kbit NOR Flash芯片，开创了NOR Flash行业；2009年，龙头厂商飞索宣布进入破产保护；2010年，三星开始不再推出新的NOR Flash，剩下的行业巨头恒忆的NOR Flash业务被美光收购，中国台湾厂商旺宏、华邦电在接收倒闭厂商订单后迅速崛起；2015年Cypress和飞索合并，三星逐渐淡出NOR Flash市场；2017年Cypress和美光均宣布退出低端NOR Flash市场。2017年以后，全球NOR Flash市场逐渐被中国台湾与大陆厂商主导，2020年排名前三的厂商分别是华邦电、旺宏、兆易创新，CR3为63.50%。

图表6：全球存储行业十亿级（美元）以上收购案汇总（1998-2020年）

资料来源：存储在线，中金公司研究部

图表7：全球DRAM市场竞争格局变化

资料来源：iSuppli, McKinsey analysis, 中金公司研究部

图表8：全球NAND Flash市场竞争格局变化

资料来源：iSuppli, McKinsey analysis, 中金公司研究部

图表9：全球NOR Flash市场竞争格局变化

资料来源：iSuppli, Trendforce, 中金公司研究部

DRAM：移动端+服务器+PC为主要需求，服务器/车用市场具备较高成长性

DRAM市场以移动端、服务器及PC三大下游为主。2020年DRAM市场规模663亿美元，根据Trendforce统计，2020年DRAM下游应用领域中移动端占比近39.6%，服务器占比33.9%，PC占比13.1%，三大市场占据全部市场的比例超过85%，剩下的市场主要为用于液晶电视、互联网电视等利基端（7.9%）与用于GPU显卡、电视型游戏机等图形技术市场（5.5%）。DRAM市场主要经历了PC、笔电、智能手机与服务器的推动周期，目前受益于AIOT、云计算、数据中心的需求增长。更长期看，随着自动驾驶的等级提升，单车配备的DRAM容量将大幅提升，我们预计未来车用市场将是DRAM的主要驱动力之一。

图表10：DRAM下游领域的应用及未来变化趋势

资料来源：Trendforce，IDC，美光公告，中金公司研究部

图表11：2005-2020年DRAM市场规模及变化趋势

资料来源：Bloomberg，中金公司研究部

图表12：2020-2026年DRAM下游市场单位容量的变化预测

资料来源：Yole，中金公司研究部

移动端：智能手机内存容量提升为主要驱动力

移动端DRAM中以智能手机及平板为主要应用市场，主要增长动能来源于智能手机搭载的DRAM容量提升。目前移动端市场为DRAM最大下游，占比近40%，智能手机在移动端中占有主要份额。2020年，全球智能手机与平板出货量分别为12.9亿、1.6亿台，据Canalys预测，2022年全球手机出货量预计将达到14.8亿，对应2020-2022E复合增速为7.2%。而在平板端方面，据IDC预测，2021年平板出货量增速约为3.4%，在2022年下降约6%，总体而言2020-2022E出货量略有下降。从每台智能手机搭载的DRAM看，目前应用于手机端的内存通常为LPDDR，以满足低功耗的需求。随着手机软件的不断丰富以及消费者对于运行速度的要求提升，搭载手机的DRAM容量提升为移动端DRAM的主要驱动因素。对于其中细分而言，高端机型的内存搭载容量为8-16G，中低端手机的内存主要为4-6G。据Trendforce预测，2022年智能手机DRAM的位元成长率约15%。

图表13：2012-2022E全球智能手机出货量及预测

资料来源：IDC，Canalys，中金公司研究部

图表14：2012-2022E全球平板电脑出货量及预测

资料来源：IDC，中金公司研究部

服务器：云服务+5G商用+AI产业化三轮驱动

服务器DRAM增长确定性强，预计2020-2024E服务器出货量CAGR约5%，单机搭载内存CAGR超过20%。据IDC数据显示，2020年全球服务器出货量1218万台，预计2024年全球服务器出货量近1500万台，对应2020-2024E增速5.2%。短期内，出货量的增长动能主要来自于云端服务供应商的扩建：近年来，云计算的发展带动了互联网企业对数据中心的大规模建设。中长期看，5G商用化的逐步落地将有望再度拉升服务器需求。相比4G而言，5G具备更高的传输速率、更低的时延、以及高密度连接的特征，将助力物联网、VR/AR、无人驾驶等产业的加速实现。伴随着物联网终端设备的连接数激增，将有不少数据需要在网络边缘分析、处理与储存，边缘计算业务需求的增长成为服务器行业发展的重要动力。长期而言，AI产业化的落地对于服务器算力的要求大幅提升，仅以CPU提供算力的传统通用服务器难以满足AI的高算力要求，CPU+GPU（CPU+FPGA、CPU+ASIC等）架构将提供更强算力，更能满足人工智能计算中对大场景、大计算的需求。随着人工智能时代的来临，我们预计高算力服务器占比有望提升。与此同时，三大驱动力对于服务器处理数据的要求提升，意味着服务器需要搭载更大的内存以提升数据的处理速度。据Trendforce数据，2020年每台服务器平均搭载DRAM容量为382GB，同比增长26.1%。Yole预测2026E每台服务器DRAM平均搭载容量超过1000GB，对应2020-2026E CAGR超20%。

图表15：2017-2024E全球服务器DRAM内存占比提升

资料来源：IDC，Yole，Trendforce，产业信息网，立鼎产业研究院，中金公司研究部

PC端：疫情推动远程办公、在线学习设备需求量提升

疫情带来的线上办公与学习需求提升，PC端出货量迎来复苏，内存容量预计保持10%CAGR平稳提升。2002-2010年全球PC出货量处于快速增长期，2011年达到出货量峰值，此后出货量持续下滑，主要系2009年智能手机的推出引发移动互联网热潮，移动端逐步取代PC端成为人们的主要上网方式，2016年全球PC进入存量替换阶段，出货量保持相对稳定。2020年疫情的爆发催生了远程办公与在线学习场景，为PC端注入了新的增长动力，2020年出货量同比增长13%，据Canalys预测，2021年全球PC出货量将有7%的增长，2020-2025E保持小幅提升趋势，对应CAGR为3%。另一方面，据Yole预测，2020-2026E单台PC搭载DRAM内存容量CAGR约10%。总结而言，PC端需求仍呈上行趋势，增速低于移动端与服务器端。

图表16：2000-2025E全球PC出货量及预测

资料来源：IDC，Canalys，中金公司研究部

车用端：单车DRAM容量有望大幅提升，汽车智能化打开增量空间

目前车用DRAM市场占比约为2%，未来三年车载DRAM市场CAGR预计超过30%。车用DRAM主要应用于车载信息娱乐系统、自动驾驶辅助系统、车载信息系统与数位仪表板四大领域。据TrendForce数据，2019年车用端DRAM仅占整个市场的1.8%，主要系平均一台车的DRAM使用量约4GB，与智能手机单机搭载量相当，但汽车的总量远小于智能手机（2019年全球汽车销量约9000万台vs 2019年全球智能手机出货量13.71亿台），因此从DRAM总消耗量看，目前车用端占据整个市场份额较为有限。但从增长潜力看，Yole与Trendforce的预测数据显示，随着自动驾驶等级的提升，单位车用DRAM位元的增速将超过30%，是下游应用中最具增长潜力的市场。具体来看，自动驾驶汽车对DRAM的需求主要来源车载信息娱乐系统（IVI）和高级驾驶辅助系统(ADAS)：对于车载信息娱乐系统而言，由于功能较为简易，主流DRAM用量仅在1~2GB，随着画质升级、画面传递延时的缩短、影像传输速度的提升，解决方案有向4GB、8GB转进的趋势；对于ADAS而言，智能汽车需要处理和决策来自多个传感器和数据源的数据，需要更大内存容量，目前市面流通的车辆仍以L1~L2为主，因此DRAM用量仍较低，往后随自驾等级往L3以上发展，车辆须具备整合传感器捕获的大量信息并即时作出判断的能力，将带动DRAM的内存容量大幅提升，并且规格从DDR3往LPDDR4/4X与LPDDR5演进。

图表17：自动驾驶汽车对DRAM容量的需求

资料来源：China Flash Market，中金公司研究部

图表18：2020-2030E自动驾驶汽车各等级渗透率预测

资料来源：China Flash Market，中金公司研究部

图表19：2019-2023E汽车平均DRAM用量及预测

资料来源：Trendforce，中金公司研究部

NAND Flash：智能手机+企业级SSD为主要市场，云服务&5G助推下游需求提升

从下游市场看，NAND Flash主要应用于手机与固态硬盘（SSD）领域。据产业信息网数据显示，2019年NAND Flash下游应用终端中手机占比48%，SSD占比43%，两者合计占据90%以上份额，其余市场由游戏机（3%）、平板（2%）与USB（2%）组成。过去15年间，NAND Flash作为搭载高容量的存储器，伴随着智能手机单机容量提升及数据存储量的高速增长，已从100亿美元的市场扩展至500亿美元以上。展望未来，我们预计5G与云服务将为智能手机与SSD市场注入新的发展动力，NAND Flash容量仍将呈现将高速扩容态势，市场规模也将保持较高速增长趋势。据前瞻产业研究院预测，2026年全球NAND FLASH将超过1000亿美元，对应2020-2026E复合增速约10%。

图表20：2019年NAND Flash下游产品占比

资料来源：产业信息网，中金公司研究部

图表21：2005-2020年全球NAND Flash市场规模（亿美元）

资料来源：Bloomberg，中金公司研究部

SSD市场：疫情加速云服务兴起，企业级SSD市场进一步扩容

线上云服务需求提升带动数据存储需求增长，SSD市场有望迎来快速增长期。据艾瑞咨询统计，2020年全球SSD（固态硬盘）出货容量184EB，同比增速超50%，主要受益于NAND Flash技术的进步推动单位固态硬盘的平均容量与SSD出货量的双重提升。2020年受疫情催化，云服务的需求加速提升，线上视频、人工智能、智能医疗、智能监控、智能交通等领域蓬勃发展，企业、政府端对于数据中心的建设投资需求大幅提升，存储数据的容量需求迎来进一步扩容。目前外存设备以HDD机械硬盘与SSD固态硬盘两大类为主，相比而言，HDD因具有更低的价格与更高的存储容量在过去一直占据主要份额，SSD价格更为高昂，而随着SSD成本的不断下探，SSD出货量正实现对HDD的逐步替代。据TrendFocus数据，2020年SSD总出货量为3.3亿块，同比增加20.8%，同期HDD出货2.59亿块，同比减少18%，SSD出货量首次超过HDD。价格方面，据艾瑞咨询数据，2020年SSD每TB单价下降至128美元，平均每年降价幅度超过30%，目前约为机械硬盘单价的6倍，艾瑞预计2026年SSD单位存储成本有望与HDD持平，此后有望低于HDD。我们预计伴随着SSD成本逐渐逼近HDD，SSD有望在数据存储数据需求提升的背景下迎来高速成长。

图表22：2016-2023E全球SSD出货容量及预测

资料来源：BCG，艾瑞咨询，中金公司研究部

图表23：2016-2023年全球SSD和HDD出货量

资料来源：IDC，Techno Systems Research，TrendFocus，艾瑞咨询，中金公司研究部

图表24：2015-2023E全球SSD平均容量及预测

资料来源：Techno Systems Research，TrendFocus，艾瑞咨询，中金公司研究部

图表25：企业级SSD价格趋势及与HDD价格比例变化

资料来源：IDC，TrendFocus，中金公司研究部

智能手机市场：5G带动智能手机更换需求，出货量&容量同步提升

5G通信带来的换机潮助推手机出货量与单机搭载NAND Flash容量提升。5G通信增加了存储的复杂程度，每台移动设备生成和消耗的数据量都是当前设备的数倍，总结而言，5G移动设备的主要存储趋势包括：1）提高顺序读取/写入速度和带宽功能；2）大部分5G手机NAND容量为128G起，较64G手机提升一倍，且提供256GB、512GB甚至更大存储选择。2020年底，华为、苹果、OPPO、荣耀、VIVO等智能手机平均容量超过100GB，同时智能手机整体平均容量也在2020年首次突破100GB；3）采用存储容量更高且成本更低的TLC、QLC产品。另一方面，5G通信也加速了消费者对智能手机的更换需求，5G手机出货整体保持上升趋势：2021年1-9月，5G手机出货量1.83亿部，同比增长70.4%，占同期手机出货量的73.8%。并且据中国通信院数据，2020年国内市场5G手机上市新机型累计218款，占所有新机型47.2%。我们预计伴随着5G手机的渗透率稳步提升，NAND Flash整体市场有望受益于手机出货量与单机搭载NAND容量双重提升迎来快速发展。据Counterpoint预测，2025年移动设备的NAND闪存消耗量将是2021年的三倍，中国闪存市场数据预测2020-2022E NAND Flash总存储容量复合增速将达30%。

图表26：3Q19-3Q21中国5G手机出货量及占比

资料来源：中国信通院，中金公司研究部

图表27：2013-2022E全球单个3D NAND闪存颗粒容量及预测

资料来源：China Flash Market，中金公司研究部

图表28：2016-2022E全球NAND Flash总储存容量及预测

资料来源：智研咨询，China Flash Market，中金公司研究部

NOR Flash：新兴下游应用打开NOR Flash市场空间

随着功能手机数量下降，2006-2016年NOR Flash 市场规模处于下降周期。智能手机不断替代功能手机，而智能手机需要更大容量的存储芯片，NAND Flash在高容量下比NOR Flash更有成本优势，NOR Flash市场份额逐渐被NAND Flash替代。除了功能手机外，应用于PC的BIOS的存储空间较小，通常在1-32MB左右，单芯片价值较低，其他NOR Flash电子产品数量不足以补充其ASP低的缺点，因此NOR Flash市场空间不断下降。根据CINNO Research统计，NOR Flash市场规模从2006年的73.3亿美元下降至2016年的18.6亿美元。

众多新兴下游应用出现，NOR Flash市场迎来复苏。近年来，随着物联网、可穿戴设备、智能手机的TDDI和AMOLED、5G、汽车电子等为主的新兴应用领域发展迅速，NOR Flash市场规模也随下游应用的拓展打开增量空间。根据CINNO Research预测，NOR Flash市场规模有望从2020年的25亿美元增长至2026年的42亿美元，其年复合增长率为9%。根据Maia Research统计，2018年通讯、消费电子和车载电子是主要的NOR Flash下游应用，分别占30%，26%和18%。

图表29：2006-2026年全球NOR Flash市场规模

资料来源：CINNO Research，中金公司研究部

图表30：2018年全球NOR Flash应用占比

资料来源：Maia Research，中金公司研究部

物联网与可穿戴设备提升中小容量NOR Flash需求

在物联网领域，处理器芯片搭配NOR Flash成为主流方案。针对物联网设备而言，其主要需求为网络连接功能与计算能力，对存储容量的需求不高，若采用传统内存处理方案“处理器芯片+ DRAM+ NAND Flash”，需要用到两颗存储芯片，且DRAM的价格较高，因此整体方案的成本高昂。目前主流的物联网模块是采用处理芯片加一颗几兆到几百兆容量NOR Flash，该方案的成本相比传统方案更低。除了容量和成本因素，物联网应用也受到设计尺寸的限制，减小或去除DRAM是一种常用方法，而搭载NOR Flash方案仅需一颗存储芯片，同样能实现设计尺寸的减小。我们预计“处理器芯片+NOR Flash”方案将会在物联网领域得到广泛应用，NOR Flash市场规模有望提升。

图表31：物联网模块内存方案

资料来源：智研咨询，中金公司研究部

TWS耳机需求量持续增长，NOR Flash数量和容量需求均有所提升。数量方面：根据Countepoint数据，2020年全球TWS耳机销量超预期增长，达到2.3亿部，同比增长78%；2021年TWS耳机销售预计高达3.1亿部，同比增长33%。2021苹果Airpods占比预计从31%降到27%，安卓TWS耳机将迎来更多增长。安卓TWS耳机接力苹果Airpods，总需求量将持续快速增长，而NOR Flash作为TWS耳机内搭载的存储芯片，需求量也将迎来持续增长。容量方面：随着TWS耳机功能升级和性能提升，智研咨询认为NOR Flash 的容量需求有望进一步增大，由最早的 8Mb-16Mb，提高至32Mb-128Mb甚至到256Mb。目前苹果Airpods用的是128-256Mb的NOR Flash，安卓TWS耳机主要用的是4-64Mb的NOR Flash。此外，目前安卓TWS耳机低端的需求增长趋势已放缓，而高端型号的需求在逐步上升，我们预计未来单个TWS平均搭载的NOR Flash容量将保持上升。

图表32：2020和2021年全球TWS耳机市场份额及预测

资料来源：Counterpoint，中金公司研究部

智能手机AMOLED和TDDI带动小容量NOR Flash需求增加

AMOLED与TDDI有望增加小容量NOR Flash需求。1）AMOLED为主动矩阵有机发光二极体，是新一代显示技术，主要应用于智能手机与电视的显示屏。智能手机AMOLED屏幕为了解决亮度均匀性和残像问题（Mura现象），需要外挂一颗8Mb或16Mb的NOR Flash芯片存储外部光学补偿（Demura）所需代码。随着屏幕分辨率的增加，补偿数据量会增大，我们预计NOR Flash容量需求将会因此提升。2）TDDI是触控与显示驱动器集成，此前智能手机的触控和显示功能由两块芯片独立控制，而TDDI最大的特点是把这两个芯片整合进单一芯片中。TDDI芯片具备结构简单和节省成本的优势，但其中触控功能需要较大的编码容量，需要外挂一颗4-16Mb的NOR Flash进行存储。我们预计AMOLED和TDDI在智能手机领域的兴起将促进小容量NOR Flash的需求增长。

图表33：AMOLED示意图

资料来源：TECH Design，中金公司研究部

图表34：TDDI示意图

资料来源：G2G公司官网，中金公司研究部

5G基站与汽车电子提升大容量和高质量NOR Flash需求

5G基站需要配置多个大容量和高质量的NOR Flash。NOR Flash拥有高可靠性，读取数据快、低功耗、数据时间保持长的优势，广泛应用于5G基站中，与FPGA和SoC搭配，实现设备的快速启动。同时，NOR Flash的低功耗有利于缓解基站设施户外恶劣高温环境的散热问题，且部分NOR Flash已添加安全功能，可保证网络持续安全可用以及IP的安全性。每个5G基站大约需配置4-6颗512Mb的NOR Flash，且其质量需达到工业级温度要求（-40-105摄氏度）。

随ADAS车载系统渗透率提升和高端化演进，NOR Flash有望在汽车领域实现量价齐升。高级驾驶辅助系统（ADAS）是汽车电子安全系统和自动驾驶汽车的基础，可以监测物体并提醒驾驶员出现的危险情况，实现自动减慢车速的场景。NOR Flash拥有即时启动特性，可以解决ADAS系统上电缓慢的弊端，主要用于ADAS摄像头和仪表盘中储存BIOS/程序码。容量方面：单个ADAS系统需要一颗或多颗32-128Mb容量的NOR Flash，更高端ADAS系统则需要1Gb的容量。质量方面：车规级NOR Flash需要通过严苛的AEC-Q100认证，而汽车领域要求相对最低的部件对温度要求也需要达到为-40-85摄氏度，最严苛的要求则需满足-40~150摄氏度。

图表35：5G基站示意图

资料来源：Electronic Design，中金公司研究部

图表36：汽车ADAS系统示意图

资料来源：Cypress官网，中金公司研究部

行业特征&公司分析：高技术及资金投入壁垒，制造工艺&产能或为核心竞争力

行业集中度高，高资本及研发投入构筑行业壁垒

重资产、高投入构筑核心壁垒，竞争格局高度集中。对于占据存储器最大规模的DRAM而言，其供应主要由三星、SK海力士与美光三家公司垄断，2020年三大巨头市占率合计接近95%，而发展初期生产厂商由20世纪80年代内存生产厂家有四五十家到目前全球生产厂商不到十家，行业集中度不断提升。在此过程中，三星确立了龙头地位，其利用存储器行业的强周期特征，依靠政府资助，在价格下跌、产能过剩时逆周期扩张，以规模效应降低成本，使得众多厂商退出市场。在NAND Flash市场，2020年韩国三星、铠侠、西部数据、美光、海力士与英特尔六家厂商占据98%的份额。相对而言，Nor Flash市场相对分散，2020年主要由华邦、旺宏、兆易创新、赛普拉斯四大厂商占据3/4的份额，美光与三星已在逐步退出Nor Flash市场，以普冉、武汉新芯等为代表的国内新兴厂商开始占据一定市场份额。我们认为以DRAM、NAND Flash为代表的存储行业形成高度垄断的原因，主要系该行业所需的资本支出较大，需要投入到工艺的研发与制造上，已形成一定规模的企业可通过强大的规模效应降低成本，压低售价，促使其他小企业/新进入者难以盈利。因此对于存储行业而言，新进入者想要占据一定的市场规模，除了具备相应的设计、工艺、研发水平以及精益的制造水平，还需要具备强大的资金支持与相应的现金流保障，这一核心壁垒使得行业集中度高度集中，强者恒强的效应显著。

图表37：DRAM、NAND Flash和NOR Flash的市场规模与主要厂商市场份额

资料来源：China Flash Market，CINNO Research，TrendForce，前瞻产业研究院，中金公司研究部

设计与制造工艺紧密结合，IDM模式有助于产业链协同

存储芯片公司在生产模式上分为三类，IDM、虚拟IDM与Fabless-Foundry。IDM模式指企业业务包含芯片设计、制造与封测全流程，内部资源整合，从IC设计到IC制造所需的时间较短，但需要自建产线，资金投入要求较高。虚拟IDM模式是指设计厂商拥有自己的工艺平台，晶圆制造厂能配合设计厂商导入特有的制造工艺和专用设备，但产线本身并非由设计厂商投入与生产。Fabless-Foundry是指芯片设计公司专注于IC设计，不具备制造能力，晶圆生产、芯片封装测试均通过委外方式实现，属于轻资产模式，但生产工艺受晶圆厂的技术限制。

存储龙头均为IDM模式，设计与工艺紧密结合助力产品开发

目前全球存储器行业龙头厂商均采用IDM模式，主要系技术竞争激烈且规模效应强，依靠大产能可有效降低成本，提高盈利能力。我们分析IDM模式可从收入与成本端两个维度有效提高存储行业厂商的盈利水平：

►收入端：IDM模式有利于结合制造工艺/封测技术，提高高端产品的研发效率。对于存储芯片而言，设计与制造工艺的结合非常紧密，制造工艺的研发、封装技术的更新和设计是同步的，IDM厂商能更好的进行设计与制造的沟通与协同，可使设计的产品在制造工艺/封装技术处于领先，并且在效率上优于Fabless+ Foundry分工，尤其在技术演进的过渡时期优势更为明显。因此IDM厂商在推出高端性能/高容量产品的时效上更高，可通过提高高端产品竞争力与营收占比，进而提升平均产品的售价与盈利水平。

►成本端：IDM模式可根据需求与公司策略进行更为灵活的扩产计划，规模化生产有效降低制造成本。存储芯片产品的标准化属性强，且下游需求对于产品的价格敏感，当新一代存储产品开发完成后，IDM厂商可以结合下游需求灵活调整产能，以及实施相应的扩产计划。相对而言，Fabless厂商会受限于Foundry厂能供给的产能情况，当下游需求向好时，晶圆制造/封测的整体产能紧俏，Fabless厂商面临自身产品产能不足的风险。此外，IDM厂商覆盖较长的产业链环节，能有效提高利润留存率。IDM模式的公司体量大，规模化批量生产可进一步降低单位成本，提高毛利率。

三星、SK海力士、美光三大存储行业龙头均采用IDM模式生产，整体毛利率随行业的周期性变化。在存储器上行周期时，IDM厂商可达到50-65%毛利率，周期下行时，产品需求少，产能利用率较低，折旧压力高，毛利率下跌。

图表38：各经营模式公司存储产品的毛利率对比

资料来源：公司官网，公司年报，中金公司研究部（注：SK海力士、美光与普冉90%以上的业务均为存储产品，此处毛利率采用的是总体毛利率；兆易创新与北京君正中存在一定比例的其他业务，此处毛利率为存储产品的毛利率）

图表39：各经营模式公司营收及增速对比

资料来源：公司官网，公司年报，中金公司研究部

Fabless厂商无需重资产投入产线，为中小规模厂商的起步方式

国内现有存储厂商大多仍采用Fabless模式，这是由资金规模与发展阶段所决定的。芯片制造环节为重资产模式，对前期资本积累要求较高，大多体量不足的公司在起步阶段均采用Fabless模式，与晶圆代工厂商保持密切合作以尽量保持良好产能供给。存储芯片中NOR Flash多采用45nm及以上的成熟制程，相较DRAM、NAND而言对于工艺与封装技术要求更为普适，IDM模式的优势相对弱化，我国兆易创新、普冉股份采用Fabless的模式仍能在该细分市场取得一定份额。我们认为通过国内厂商通过NOR Flash细分领域的不断深耕有助于实现初期的体量扩大，有望为此后拓展产品线、投入更高的资产做准备。

虚拟IDM模式兼顾设计&工艺的结合与资本投入，或为良好的过渡模式

IDM模式需要高昂的资本投入，从Fabless进入IDM模式跨度较大，虚拟IDM是良好的过渡模式。虚拟IDM可以通过股权及战略合作的方式实现设计、制造与封测的产业链整合，其可在产线中安装自有设备、并提供相关人员支持，拥有特定的工艺或封测厂资源。在资金投入方面虚拟IDM模式远小于IDM模式，同时也降低Fabless公司转入时的风险。目前兆易创新公司与合肥长鑫的合作即是虚拟IDM的探索，可助力公司设计与工艺制造的紧密结合，同时兼顾现有的资本投入。

总结而言，我们认为存储芯片（以DRAM、Nand为主）需要工艺与设计的紧密结合提高产品研发效率，IDM是最佳经营模式；短期内，Fabless模式可帮助规模较小的公司灵活切入高成长赛道，并且针对Nor Flash市场，由于制程相对成熟、工艺更为普适，Fabless厂商可通过该细分市场实现体量扩大；虚拟IDM模式则是兼顾了资本投入与设计&工艺的结合，是Fabless转为IDM的良好过渡模式。

先进工艺技术/新型存储为行业带来新变局

随制程不断演进，先进EUV设备或为最终解决方案

主流DRAM厂商采用EUV技术实现进一步制程突破。目前主流厂商三星、海力士主要采用投入高昂的EUV（Extreme ultra-violet，极紫光）光刻机攻克下一代DRAM产品，三星目前已宣布开始量产EUV制程技术的DRAM，三星表示与上一代产品相比，每片晶圆的产能提高20%，每个芯片的功耗也能改善约20%。但对于DRAM另一巨头美光而言，其目前暂未引入EUV来提高制程，而是通过开创纳米制造工艺，将计算光刻和多重图案化相结合，以规避固有的光刻限制并提供了世界上第一个1αDRAM节点，[1]根据韩媒《Korea Business》报道，美光的1α制程DRAM与韩国三星的1z制程均相当于14纳米制程，而美光宣布推出量产时间较三星更早，但由于核心制程技术的不同，目前难以直接将两者的技术相比较。长期而言，随着制程进一步微缩，步入10nm以内的节点，EUV设备或为最终解决方案。

图表40：美光的1α DRAM产品较前一代产品节省了15%功耗

资料来源：Micron，中金公司研究部

图表41：EUV是美光DRAM的未来潜在选择

资料来源：Micron，中金公司研究部

3D NAND技术已成主流，对先进制程工艺的要求趋缓

为适应小体积、大容量等市场需求，NAND FLASH制造技术向3D技术发展。为确保能持续提供高容量、低成本的NAND Flash芯片的制程缩小，目前主要的解决方向为3D NAND存储单元技术与硅穿孔（TSV）技术。据2018年Tech Insights整理，除了三星、海力士、美光、东芝具备量产3D NAND外，我国长江存储是第五家有能力量产3D NAND的厂商。

图表42：3D NAND的结构示意图