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行业介绍
1、存储器行业
按照存储介质的不同，现代数字存储主要分为光学存储器、磁性存储器和半导体存储器三类。光学存储器包括 CD、DVD 等。磁性存储器包含磁带、软盘、HDD 硬盘等。半导体存储器是目前存储领域市场规模最大的存储器件。自上世纪 40 年代电子计算机问世以来，计算机存储设备随着其他硬件设备的发展和软件、数据量的不断增长处于持续的迭代更新中。整体来看，存储介质经历了磁-光-半导体的变化历程，带来了单位存储器容量的大幅上升、数据读写速度的跃升以及存储器单位物理体积的显著缩小。
2、半导体存储器行业
半导体存储器是指通过对半导体电路加以电气控制，使其具备数据存储功能的半导体电路装置。因其具有存取速度快、存储容量大、体积小等优点，被广泛应用于数据中心、网络通信、消费电子、汽车电子、工业电子等行业，是电子信息时代的关键记忆设备。根据世界半导体贸易统计协会(WSTS)统计，2021 年全球半导体市场规模为 5,558.93 亿美元。其中，半导体存储器市场规模为 1,538.38 亿美元，占全球半导体市场规模的比例为 27.67%。随着未来存储在企业、数据中心、工业及车规等应用场景的快速发展，半导体存储器市场将保持持续增长趋势。根据 Yole 的预测，全球半导体存储器市场规模在 2022-2027 年将保持 8%的增速，并预计在2027 年达到 2,600 亿美元。
半导体存储器市场中，DRAM 和 NAND FLASH 占据主导地位。依据 Yole的数据，2021 年 DRAM 市场份额约占半导体存储器市场的 56%，NAND FLASH市场份额约占半导体存储器市场的 40%。
3、NAND FLASH 存储器行业
NAND FLASH 存储器产品通常由一颗存储控制芯片和多颗串行的 NAND FLASH 存储颗粒组成。随着物联网、大数据、人工智能的快速发展，海量数据对存储设备的存储密度和数据可靠性提出了更高要求，NAND FLASH 在未来将得到极大发展。根据 Report Linker 数据，NAND FLASH 市场规模预计在2022-2027 年保持每年 5.33%的增长，并在 2027 年达到 942.4 亿美元。NAND FLASH 的产品应用领域主要包括固态硬盘、嵌入式和扩充式存储器。其中，固态硬盘多用于大容量存储场景如个人电脑、服务器、数据中心等;嵌入式存储多用于低功耗存储场景如智能手机、平板电脑、智能家居、物联网、工业互联网、智能汽车等;扩充式存储多用于便携式存储场景如 U 盘、SD 卡、移动硬盘等。依据闪存市场数据，固态硬盘与嵌入式存储是目前 NAND FLASH 存储器占比较大的产品线，市场规模占 NAND FLASH 市场 85%以上。
存储控制芯片
(1)存储控制芯片简介
1)半导体存储器介绍
现代社会被称为“信息社会”，信息技术渗透到政治、经济、产业、服务领域的所有部门，信息化产业在国民经济中占有的比重越来越大。数据作为数字经济和信息社会的核心资源和关键生产要素，其安全存储、可靠传输与管理、高效分析与利用变得至关重要。半导体存储器作为目前最主流的数据存储和数据交换设备，以半导体电路为存储介质，具有体积小、存储速度快、存储密度高等优点，被广泛应用于各类电子信息产品中。半导体存储器按照介质分类可主要分为 DRAM 和 NAND FLASH。其中，DRAM 属于挥发性介质，断电后数据无法保存，通常用于计算机或电子设备的内存，可直接与 CPU 进行连接，无需搭载存储控制芯片;NAND FLASH 属于非挥发性介质，断电后数据能够保存，通常用于计算机或电子设备的固态硬盘、嵌入式及扩充式存储器，需搭载存储控制芯片。
2)存储控制芯片介绍
NAND FLASH 存储器产品(以下简称“存储器产品”)主要由存储控制芯片和 NAND FLASH 存储颗粒(以下简称“存储颗粒”)等部件组成。其中，存储颗粒主要负责数据存储，存储控制芯片主要用于管理存储颗粒中数据的写入、读取与擦除，并与终端应用客户选用的各类外部计算机或电子设备(以下简称“主机”)CPU 进行通信和数据交换。
3)存储控制芯片的重要性
存储控制芯片是存储器产品核心部件之一，起到中枢控制和管理调度的作用，是存储器产品的“中央处理器”，也是存储颗粒快速商业化落地的关键因素。存储单元(bit cell)是存储颗粒中的最小单位，其器件特性往往会导致存放在存储颗粒中的数据因挥发而产生数据错误或数据丢失。存储控制芯片能够通过数据存储管理和数据纠错，有效降低上述数据错误或数据丢失的概率，增强存储颗粒使用时的可靠性。
同时，存储控制芯片能够对数据在存储单元间进行有效分配并优化其利用效率，控制存储颗粒的擦除和读写管理，并通过灵活分配和调度以实现存储颗粒的均衡使用，有效延长存储颗粒的使用寿命，提高存储颗粒的数据存储性能。
此外，终端应用客户在设计各类主机时，产品功能及应用场景各不相同，所采用的不同类型存储协议组合及其协议版本也有较大差异。存储协议约定了主机与存储器产品的通信交互和数据传输规则，而存储控制芯片可通过处理各类不同存储协议并根据不同存储颗粒的特点确定合适的数据管理方式，进而提高主机通信稳定性和数据传输效率，降低存储颗粒开发的复杂度，使得存储颗粒厂无需在设计存储颗粒时考虑不同应用场景下存储协议的适配。
由于存储控制芯片具有对存储颗粒的多通道并行管理能力，单颗存储控制芯片可控制、管理和调度多颗存储颗粒，并以增加同时管理的通道数量或存储颗粒数量的方式扩展存储器产品的整体容量。目前，存储器产品的结构通常由单颗存储控制芯片和一到多颗存储颗粒组成。
当存储器产品使用多颗存储颗粒或单颗粒容量变大时，存储控制芯片成本在存储器产品总成本的占比可能相对下降;但存储器产品对存储控制芯片控制和调度能力要求也显著提高，存储控制芯片的技术难度、产品附加值及产品价格也会同步提升。
(2)存储控制芯片产品线分类具体介绍
存储控制芯片根据使用场景，可主要分为固态硬盘存储控制芯片、嵌入式存储控制芯片及扩充式存储控制芯片三大产品线。
1)固态硬盘存储控制芯片产品线
固态硬盘(SSD)存储控制芯片主要用于笔记本、台式机、工业控制系统、数据中心、基站等终端产品应用的固态硬盘产品中。固态硬盘广泛应用于大容量存储场景，通过插槽接入主机的主板上，通常可以拆卸，具有读写速度快、防震抗摔、低功耗、无噪声、工作温度范围大、轻便等特点。公司的固态硬盘存储控制芯片根据存储协议不同可分为 PCIe SSD 和 SATA SSD 两大类，具体如下：
2)嵌入式存储控制芯片产品线
嵌入式存储控制芯片主要用于智能手机、平板电脑、智能家居、物联网、工业互联网、智能汽车等设备的嵌入式存储器产品中。嵌入式存储器产品广泛用于移动终端低功耗场景，以焊接的方式集成在主机的主板上，通常不可拆卸。公司的嵌入式存储控制芯片根据存储协议的不同，可分为 eMMC 和 SPI NAND 两大类。具体如下：
3)扩充式存储控制芯片产品线
扩充式存储控制芯片主要用于 SD 卡、闪存盘(U 盘)、移动硬盘等便携式存储器产品中。扩充式存储器产品主要用于扩充主机存储容量或数据拷贝，可被灵活拔插。公司的扩充式存储控制芯片根据存储协议的不同可分为 SD 和 USB两大类。
存储器产品供应链：光罩、晶圆及封装测试服务
光罩、晶圆及封装测试服务主要适用于存储控制芯片及存储器产品。存储控制芯片主要采购内容为光罩及晶圆制造、封装/测试服务等;存储器产品则是在自有存储控制芯片的基础上，采购标准存储颗粒、存储器产品封装测试服务等。
NAND FLASH 存储器行业竞争格局
(1)NAND FLASH 存储器行业竞争格局
NAND FLASH 行业主要包括存储颗粒厂、存储控制芯片公司、存储模组厂等行业角色。存储颗粒厂核心能力为通过突破存储颗粒架构、提升制造工艺水平，最终实现存储密度持续提高和单位成本持续下降;存储控制芯片公司核心能力为针对终端应用场景的多样化需求，融合自身对各类存储颗粒和存储协议的理解，提供符合客户实际需求的高适应性存储控制芯片及服务;存储模组厂核心能力为存储器产品组成要件的资源整合。各角色基于自身不同的技术或产品优势，在不同程度上充分利用其核心能力向上下游延伸，具体如下：
1)存储颗粒厂
存储颗粒厂主要专注于存储颗粒技术，基于存储颗粒的市场推广需求，以存储颗粒和存储器产品相结合的形式进行销售。存储颗粒厂以存储颗粒的性能、容量、产能等为核心竞争力，一方面通过积极推动存储颗粒技术的创新和演进，引导更多高附加价值新型存储应用的衍生;另一方面持续扩大现有存储颗粒市场占有率。
基于上述需求，存储颗粒厂通常会在存储颗粒技术出现重大变化或开发新的存储应用市场时自行研发存储控制芯片或委托存储控制芯片公司定制化开发，缩短市场培育周期，加速存储颗粒技术研发成果转化和市场回报;在成熟的存储应用市场则会采购第三方存储控制芯片公司研发的存储控制芯片，利用存储控制芯片公司的产品定义和研发能力，将颗粒销售至更多不同类型的客户和应用场景。
存储颗粒厂主要为三星电子、美光科技、铠侠、西部数据、SK 海力士(含已收购英特尔存储业务的 Solidigm)和长江存储等，根据上述存储颗粒厂的公开披露信息，其主营业务收入中，未明确包含存储控制芯片的单独销售。
2)存储模组厂
存储模组厂主要专注于存储器产品的设计、加工和销售。存储模组厂在产品销售、存储颗粒和存储控制芯片采购方面具有其独特优势。
在产品销售方面，存储模组厂产品覆盖终端应用市场较广，能够接触到市场趋势和客户需求;在存储颗粒和存储控制芯片采购方面，与存储颗粒厂、存储控制芯片公司建立规模化的业务合作关系，获得存储颗粒厂和存储控制芯片公司稳定的供应链支持。
同时，为更好更及时地服务客户，部分存储模组厂也会自主开展固件研发、封装测试等工作，少数存储模组厂也尝试自研存储控制芯片或委托存储控制芯片公司定制芯片。
存储模组厂主要包括金士顿、创见信息、宜鼎、朗科科技、江波龙和佰维存储等，根据上述存储模组厂的公开披露信息，其主营业务收入中，未明确包含存储控制芯片的单独销售或销售规模较小。
3)存储控制芯片公司
存储控制芯片公司主要专注于存储控制技术，销售存储控制芯片。同时，基于存储控制芯片的市场推广需求，存储控制芯片公司也可提供技术服务、存储器产品、存储控制 IP 等多元化的存储解决方案，更全面地支持到存储颗粒厂、存储模组厂和终端应用客户。
在存储颗粒厂的支持上，存储控制芯片公司基于长时间、高度聚焦、高投入的技术研发，形成了存储控制领域的专业化竞争优势，针对不同存储颗粒厂的各类存储颗粒均具有丰富的模型、数据积累和研究开发经验，能够有效支持存储颗粒，帮助存储颗粒快速进行商业化落地。
同时，存储控制芯片公司基于对存储器产品的理解，持续挖掘存储颗粒的潜能，拓展存储颗粒的应用场景，利用存储控制芯片提升和优化存储颗粒，为存储颗粒带来更高附加价值。
在存储模组厂的支持上，存储控制芯片作为存储器产品的关键组成部件，在使用相同存储颗粒的前提下，存储器产品品质与存储控制芯片公司的产品性能和技术支持力度直接相关。
同时，存储控制芯片公司通过定制化的测试方案、固件开发、芯片设计等技术服务帮助存储模组厂实现差异化的产品竞争。
在终端应用客户的支持上，存储控制芯片公司能够基于自身较强的技术水平，针对应用场景需求进行个性化深度定制和开发，提供系统级的存储解决方案。以电力电网、轨道交通、银行金融等领域为例，由于对存储器产品的质量、存储安全、可靠性、恶劣环境中工作稳定性或抗干扰能力等有较为严苛的要求，技术实现难度较高，在芯片研发、制造、测试和底层固件开发等阶段均需要进行针对性的设计，因此存储控制芯片公司在这些应用领域更具优势。
此外，少数存储控制芯片公司基于存储控制核心技术的优势，可以以存储控制 IP 授权的形式，支持存储颗粒厂或其他存储控制芯片公司。存储控制芯片公司主要为群联电子、慧荣科技、得一微、点序科技、美满电子等。
(2)NAND FLASH 存储控制芯片公司竞争格局
由于存储颗粒厂通常不对外直接销售存储控制芯片，存储控制芯片市场主要由群联电子、慧荣科技、得一微、点序科技、美满电子等第三方存储控制芯片公司主导。
未来发展趋势
1、存储器产品对存储控制芯片的依赖性不断加强
存储颗粒由于受器件特点等因素影响，可靠性随着使用时间的增加而逐渐降低。存储控制芯片作为存储器产品不可或缺的组成部分，可实现存储颗粒的均衡使用、有效延长存储颗粒的使用寿命、提高存储颗粒的数据存储性能。因此，存储控制芯片公司与存储颗粒厂、存储模组厂的紧密合作可加快新型颗粒及新型存储器产品的上市时间。由于 NAND FLASH 工艺制程、堆叠层数和架构快速升级，NAND FLASH技术难度越来越高，存储密度不断提高，使得存储颗粒中的数据错误或数据丢失的概率显著增加，使用寿命也快速下降。
以架构升级为例，按照每个存储单元可存储数位量不同可分为 SLC、MLC、TLC、QLC 等，TLC 架构虽单元容量为 SLC架构存储颗粒的 3 倍，但其使用寿命(即可擦写次数)仅为 SLC 的 1/20，可靠性也同步降低，对数据纠错要求(ECC)从 1~4bit 增加到 72bit。
NAND FLASH 的技术发展特点，决定了存储颗粒在应用时对存储控制芯片的要求越来越高，依赖性也越来越强，对存储控制技术和存储控制芯片设计能力提出了更高的要求。存储颗粒厂需要与存储控制芯片公司达成深度合作，邀请存储控制芯片公司更早、更深入地参与对新型存储颗粒的协议标准制定、特性定义等环节中，探索相应存储控制技术和应用落地的可行性、反馈样品测试结果并提出分析和优化建议，尽快研发形成与之配套的存储控制芯片设计方案、固件算法、量产工具等，从而高效实现对新型存储颗粒的商业化应用。
2、新型存储器产品的衍生进一步提升了存储控制芯片的价值
随着云计算、大数据、人工智能的发展以及存储器产品的容量需求不断增加，半导体存储器也衍生了如计算型存储、分布式存储、基于新型存储颗粒和存储接口的持久内存等新型存储器产品形态，其对存储控制芯片的架构、功耗要求、对存储颗粒的多通道并行管理能力、数据安全等方面要求也相应变高，使得存储控制芯片在存储器产品的价值不断提高。
(1)计算型存储
计算型存储是指利用存储控制芯片的算力，将原本由主机 CPU 执行的部分数据处理任务交由存储控制芯片完成，减少了 CPU 的计算负担。计算型存储擅长处理数据密集型应用，在数据库管理、视频处理、人工智能层和虚拟化等场景的数据处理和数据加速中，相对 CPU 而言具有更快的响应时间和更低的时延，能够节省带宽，降低能耗，且由于数据在存储器内部进行处理，可实现较高的安全性和隐私性。计算型存储由全球网络存储工业协会(SNIA)进行标准化定义和推广，并得到三星电子、Intel、英伟达、IBM 等行业领先公司的支持和应用。
2020 年 11月，Xilinx 与三星电子宣布推出三星 SmartSSD 计算存储驱动器(CSD)，是业界首款可定制、可编程的计算存储平台，其将计算功能推进至存储器中，可为各类应用加速，增速达 10 倍以上。
(2)分布式存储
分布式存储指把数据分散存储到多个存储服务器上，并把分散的存储资源整合成虚拟存储设备，有效提高存储系统的存储读取效率。随着云计算、大数据、人工智能的发展，海量的数据使得分布式存储逐渐替代传统单个存储服务器存放所有数据的方式。以高密度 NAND FLASH 存储颗粒和高性能存储控制芯片组成的存储系统，是分布式存储的主流方案和未来演进方向。利用高性能存储控制芯片的存储控制技术和智能存储颗粒管理，可实现高性能、低延迟且完整的存储功能，并提供有效的数据去重、压缩和稳定的数据保护功能，满足大数据分析、视频监控、高性能计算、工业互联网、医疗影像、虚拟化云计算等非结构化数据量大、数据价值高、存储工作负载特点多样化等特点的新型应用场景。华为发布的全系列分布式存储可实现 91.6%的最高硬盘空间利用率，稳定时延小于 1ms，支持 4,096 节点扩展，满足多样性数据分析业务需求，灵活按需购买与部署，节省空间和能耗，可降低 30% TCO(总拥有成本)。
(3)基于新型存储颗粒和存储接口的持久内存
持久内存(Persistent Memory)由新型存储颗粒和新型存储控制芯片实现，在现有存储层次结构中新增一个介于内存和固态硬盘之间的层级，提供了相同成本下比内存更大的存储容量、比固态硬盘更低的访问延迟。持久内存适用于高性能、大容量、持久性等存储工作负载特点的应用场景，擅长处理人工智能、机器学习、高性能计算等工作任务。主机 CPU 在执行上述类型的工作任务时，可直接访问持久内存，无需在内存和固态硬盘间来回切换数据块。该结构可降低成本较高的内存使用需求，提高固态硬盘的利用率，以适应不同的数据类型、技术需求和预算限制。
为了充分利用持久内存的特性，构建于 PCIe 逻辑和物理层级之上、可对持久内存进行标准化管理、更好发挥持久内存的价值的 CXL 协议成为主流接口发展方向。基于 CXL 的新型存储控制芯片，实现了 CXL 协议中定义的多种新型存储协议，可支持内存、持久内存等，扩展存储容量，并支持资源共享(内存池)和交换，提升数据的高效处理和系统运算速度，使得持久内存得以快速应用落地。
固态硬盘持续加速对机械硬盘的替代
从机械硬盘(HDD)到固态硬盘(SSD)的演进与革新是计算机存储设备最重要的历史变革之一。由于机械硬盘系通过旋转盘片搜索数据，当读写速度超过一定量级时，就会出现噪音或功耗变大等物理临界问题。固态硬盘则是将数据存储于半导体电路内，采用数字方式驱动，取消了机械部件，功耗较低且运行过程中不会产生噪音，完全消除旋转和寻道的延迟，大幅提高数据处理速度，特别是在大吞吐率的随机读写性能上有数个数量级的提高。根据 Wikibon 和艾瑞咨询报告，在 SSD 存储器价格不断接近 HDD 存储器的趋势下，SSD 存储器出货量于2020 年首次超过 HDD 存储器，并持续加速替代进程，特别是在性能和能源使用效率要求高的应用场合已成为首选。
审核编辑：汤梓红
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