浅谈存储芯片分类及主要市场格局

近期，中国网信网发文称，为保障关键信息基础设施供应链安全，防范产品问题隐患造成网络安全风险，维护国家安全，依据《中华人民共和国国家安全法》《中华人民共和国网络安全法》，网络安全审查办公室按照《网络安全审查办法》，对美光公司（Micron）在华销售的产品实施网络安全审查。 目前，美光在全球DRAM/NANDFlash市场分别占据25%和12%的份额，在车用存储市场占比超40%份额。 值得注意的是，此前国内存储龙头厂商长江存储和长鑫存储都已经被列入美国的 " 实体清单 "，去年美国的出口管制中还特别提及了存储芯片，对相关 DRAM 存储芯片、NAND 闪存芯片进行管控。 此次美光被安全审查，有望极大利好国产存储芯片公司。

存储芯片行业概览

  存储芯片为半导体核心元器件，按性质可划分为RAM（随机存储器，包括DRAM、SRAM、新型RAM等）、ROM（只读存储器）、Flash（闪存，包括NAND Flash、NOR Flash等）。 存储芯片分类及主要市场格局：

储芯片按照断电后数据是否丢失，可分为易失性存储芯片和非易失性存储芯片。 易失性存储芯片常见的是DRAM，非易失性存储芯片常见的是NAND闪存芯片和NOR闪存芯片。 DRAM和NAND Flash为存储器行业的主流产品。 根据IC Insights的数据，2021年DRAM在整个存储市场的占比约为56%，闪存NAND的占比约为43%，其中NAND闪存为41%，NOR闪存为2%，其他存储芯片（EEPROM、EPROM、ROM、SRAM）将会缓慢成长，但大幅抢占市场的可能性较小。

资料来源：方正证券   DRAM厂商扩产和新建计划延后：

资料来源：集邦咨询   NAND Flash各供应商技术路线：

资料来源：TrendForce   存储芯片企业竞争格局：

存储芯片行业专题报告：从算力到存力

（报告出品方/作者：浙商证券，陈杭、安子超）

存力概况

我国数据量爆发驱动存储需求增长

得益于人工智能、物联网、云计算、边缘计算等 新兴技术在中国的快速发展，中国数据正在迎来 爆发式增长。据此前IDC预测，预计到2025年， 中国数据圈将增长至48.6ZB，占全球数据圈的 27.8%，成为全球最大的数据圈。

随着数据量的大规模增长，存储设备在数据中心采购的BOM中占比进一步提升，美光曾提及，目前存储芯片在数据中 心采购中比例约为40%，未来预计将提升至50%。数据中心将成为引领存储市场增长的重要引擎。

全球存储市场：国外厂商垄断，行业高度集中

全球存储市场绝大部分份额由国外厂商占有，呈现寡头垄断格局，行业集中度较高。根据statista数据，截至2022Q3，全球DRAM市场几乎由三星、SK海力士和美光所垄断，CR3 超过 95%，三星、海力士和美光分别占比 41%、 29%和 26%。全球NAND flash市场由前三大厂商分别为三星、铠侠和海力士，2022Q3 市场份额分别为 31.4%、20.6%和 13.0%，目前 CR3 市场份额达 65%， CR6 市场份额接近 95%。

存算一体

芯片的发展速度和人工智能的算力需求之间的矛盾加剧

芯片的发展速度和人工智能的算力需求之间的矛盾加剧：21世纪以来，信息爆炸式增长，算力需求大规模上升，提升算力成为 芯片行业的共同目标。随着半导体发展放缓，摩尔定理逼近物理极限，依靠器件尺寸微缩来提高芯片性能的技术路径在功耗和 可靠性方面都面临巨大挑战，芯片的发展速度无法满足人工智能需求。

传统计算架构面临发展挑战

冯·诺依曼架构：该架构以计算为中心，计算与内存是两个分离单元。计算单元根据指令从内存中读取数据，在计算单元中完 成计算和处理，完成后再将数据存回内存。先进制程的优势有限：随着摩尔定理发展放缓，基于传统架构的芯片计算性能发展速度明显放缓。基于传统架构的先进制程工 艺虽一定程度能够提升芯片的性能表现，但从投入产出比、芯片性能可靠性及应用场景的适配度角度考虑都面临较大挑战。

存算一体是先进算力的代表技术

存算一体是先进算力的代表技术：传统构架下性能提升达到极限，冯·诺依曼架构已成为发展芯片算力的桎梏，存算一体是 一种新型计算架构，它是在存储器中嵌入计算能力，将存储单元和计算单元合为一体，省去了计算过程中数据搬运环节， 消除了由于数据搬运带来的功耗和延迟，提升计算能效。

HBM/DRAM

HBM是什么：属于DRAM的一种新技术

HBM（High Bandwidth Memory，高带宽内存）是一款新型的CPU/GPU 内 存芯片，其实就是将很多个DDR芯片堆叠在一起后和GPU封装在一起，实现 大容量，高位宽的DDR组合阵列。

高速、高带宽HBM堆栈没有以外部互连线的方式与信号处理器芯片连接，而 是通过中间介质层紧凑而快速地连接，同时HBM内部的不同DRAM采用TSV 实现信号纵向连接，HBM具备的特性几乎与片内集成的RAM存储器一样。

HBM与DDR、GDDR、LPDDR等DRAM分支的参数对比

GDDR5内存每通道位宽32bit，16通道总共512bit; 目前主流的第二代HBM2每个堆栈可以堆至多8层DRAM die，在容量和速度 方面有了提升。HBM2的每个堆栈支持最多1024个数据pin，每pin的传输速率可以达到2000Mbit/s，那么总带宽是256Gbyte/s; 在2400Mbit/s的每pin传输速率之下，一个HBM2堆栈封装的带宽为307Gbyte/s。

全球HBM厂商：传统DRAM巨头升级竞赛

全球HBM芯片市场目前以SK海力士与三星为主。SK海力士HBM技术起步早，2014年在业界首次成功研发HBM1，确立领先地位，2022年HBM3芯片供货英伟达，持续巩固其市场领先地位。三 星紧随其后，2022年HBM3技术已经量产。从HBM1到HBM3，SK海力士和三星一直是HBM行业的领军企业。目前，HBM4的相关预测数据已经出炉，预计新一代产品将能够更广泛地应 用于高性能数据中心、超级计算机和人工智能等领域。

NAND

NAND：主流闪存芯片

闪存芯片是最主要的存储芯片，主要为 NOR Flash 和 NAND Flash 两种。NOR Flash 主要用来存储代码及部分数据，是手机、PC、DVD、TV、 USB Key、 机顶盒、物联网设备等代码闪存应用领域的首选。NAND Flash 可以实现大容量存储、高写入和擦除速度、相当擦写次数，多应用于大 容量数据存储，例如智能手机、平板电脑、U 盘、固态硬盘等领域。

3D NAND：高楼大厦平地起

3D NAND, 即立体堆叠技术，如果把2D NAND看成平房，那么3D NAND就是高楼大厦，建筑面积成倍扩增，理论上可以无限堆叠，可以摆脱对先 进制程工艺的束缚，同时也不依赖于极紫外光刻（EUV）技术，而闪存的容量/性能/可靠性也有了保障。

日前三星宣布，已开始批量生产采用第8代V-NAND技术的产品，为1Tb （128GB）TLC 3D NAND闪存芯片，达到了236层，相比第7代V-NAND 技术的176层有了大幅度的提高。三星称，新的闪存芯片提供了迄今为止业 界内最高的位密度，可在下一代企业服务器系统中实现更大的存储空间。

3D NAND是低成本/大容量非易失存储的主流技术方案

NAND Flash 为大容量数据存储的实现提供了廉价有效的解决方案，是目前全球市 场大容量非易失存储的主流技术方案。NAND Flash 是使用电可擦技术的高密度非 易失性存储，NAND Flash 每位只使用一个晶体管，存储密度， Flash 所存的电荷 （数据）可长期保存；同时， NAND Flash 能够实现快速读写和擦除。

3D NAND持续追求高堆栈层数，多种工艺架构并存

与2D NAND缩小Cell提高存储密度不同的是，3D NAND只需要提高堆栈层数，目前多种工艺架构并存。从2013年三星推出了第 一款24层SLC/MLC 3D V-NAND，到现在层数已经迈进200+层，并即将进入300+层阶段。目前，三星/西部数据/海力士/美光/铠 侠等几乎垄断了所有市场份额，并且都具有自己的特殊工艺架构，韩系三星/海力士的CTF，美系镁光/英特尔的FG，国内长江存 储的X-tacking。

高堆栈层数的3D NAND面临的工艺难度越来越高

随着堆栈层数的增加，工艺也面临越来越多的挑战，对制造设备和材料也提出了更多的要求。主要包括以下几个方面：（1）ONON薄膜应力：随着器件层数增加，薄膜应力问题越发凸显，会影响后续光刻对准精度；（2）高深宽比通孔刻蚀：随着深宽比增加，刻蚀难度会显著增加，容易出现刻蚀不完全、通孔结构扭曲等问题；（3）WL台阶的设计与刻蚀：垂直管状环栅结构的器件需要刻蚀出精确的台阶结构，保障CT能打到对应位置，而随着层数增加， 工艺难度加大，需要重新设计WL台阶结构。

报告节选：

编辑：黄飞