半导体行业穿越存储60年：AI时代，新周期

证券研究报告 行业深度报告 穿越存储60年：AI时代，新周期 评级：强于大市 长城证券产业金融研究院科技首席：唐泓翼 执业证书编号：S10705211200012023.07.11 存储器分类：光学+磁性+半导体 CD 光学存储 DVD 磁盘 存储器 磁性存储软盘 机械硬盘非易失性存储 半导体存储 NANDFlash(占比42%) NORFlash(占比2%) EEPROM等 (占比1%) DRAM (占比55%) 易失性存储 约占半导体市场规模的1/4 SRAM 一张图看懂存储：AI助推需求高增长，半导体存储周期拐点隐现 半导体存储关键技术进展：NAND+DRAM 性能分类 原理示意图 关键制程节点 技术路径 NAND Flash 通过电子隧穿进浮栅 238L 3DNAND DRAM 通过电容存储电荷 10nm(1β) HBM,CXL CXL 存储市场呈现海外寡头垄断格局，CR3/CR5高达90+% DRAM:CR3达95%NANDFlash:CR5达96%NORFlash:CR3达91% 791亿美元 791亿美元 行 601亿美元 其他, 37亿美元 其他, 业 概三星 其他,5% SK海力士 5% 三海星力士, $19189亿% Kioxia/WDC $19三2星, 9% 华邦旺宏 美$3光40,亿 况2(占5%43%) 海力士,28% 三星$,221亿 43%(占28%) (占33%) 美光, 12% 亿 (占323%) Kioxia/WDC,32% $10亿兆易创新 , (占35%) 23% 旺宏$,93亿3% (占33%) 华邦,35% 美光 $198亿(占25%) SK海力士 其$114亿 他(占19%) 美光其 $72亿他 (占12%) 兆易创新 $7亿 (占23%) 其他 $3亿 (占9%) 存储产业链结构 产业周期：存储周期通常为3-4年，是半导体风向标 产 业 链硅片 及PCB 上游-原材料+设备 光刻机薄膜沉积设备 CMP设备封测设备 同比YoY 同比YoY 存储芯片平均单价(3MMA) 存储价格：终端需求低迷， 当前价格仍处下跌阶段80% 60% 40% 20% 0% -20% -40% -60% -80% 供给侧：各原厂扩产计划放缓，23年资本开支降幅达双位数 存储原厂减少产出降低投资 铠侠2022年9月宣布将减少NANDFlash/ 30%产量 西部数据2023年1月宣布NANDFlash减产2023年资本开支下调15%至23亿30%美元 美光宣布减少20%的NANDFlash和2023年资本开支将同比下滑40+%DRAM晶圆产出至约70亿美元 SK海力士传统产品及低毛利率产品均将减产2023年资本开支将从2022年的19 万亿韩元下调50%以上 三星2023年4月宣布将显著减少存储器可能灵活调整2023年设备方面的产量资本支出 存储芯片市场规模(3MMA) 市场规模：存在周期性波 产电阻/电容/电感 业 周 刻蚀设备 160 140 120 100 动，当前仍处下行周期 150% 100% 50% 12.00 10.00 8.00 期 NANDFlash: 主控芯片 中游-存储器模组制造 存储芯片设计存储晶圆制造 Fabless 模组厂商 80 60 40 20 IDM0 1992/02 1994/12 1997/10 2000/08 2003/06 2006/04 2009/02 2011/12 2014/10 2017/08 2020/06 (原厂) 0% -50% -100% 6.00 4.00 2.00 1992/02 1994/10 1997/06 2000/02 2002/10 2005/06 2008/02 2010/10 2013/06 2016/02 2018/10 2021/06 0.00 供移动终端 需 器件/模组封测 下游-应用领域 &封测厂商 需求侧1：26年全球数据量将达221ZB，AI加速存储需求增长需求侧2：单机平均存储容量翻2/4倍，将带动总需求数倍增长 单机平均存储容量增长→移动终端出货量稳定→总存储容量需求数倍增长 行业规律：每投资1美金算力→对应投资0.5~0.7美金存储 IDC预计26年全球AI服务器市场将达$347亿→对应存储投资预估约$65亿 摄影/监控 481亿美元76亿美元 … 格 局 300 数据量(ZB)YoY(%) 金额(亿美金) 美国西欧中国 单机平均存储容量： 128GB→256GB\512GB 服务器内置存储 78.9725.626.61 20 10 英伟达发布DGXGH200AI超级计算机，性能突破1EFlops （存算投资比例） 2:1 算力需求 存储需求 0 存储芯片设计 存储模组 77.0941.5739.40 存储 200% 全球智能手机和PC出货量(单位：亿) 智能手机PC 电脑/服务器 汽车电子 200 据IDC预测：2026年全球数据量达221ZB 计算 312.898.24218.02 1:21:1.51:3.3 存算投资比例 100% 10.0 13.0 14.314.714.614.113.7 12.913.412.512.7 676亿美元 …51亿美元 100 0 3.13.12.82.62.62.62.73.03.52.92.8 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 0% 中国大陆 海外 光刻机 存储晶圆 海外 中国大陆 美光三星 SK海力士 长江存储长鑫存储 主控芯片 海外 中国大陆 Marvell 慧荣科技 联芸科技得一微 封装测试 海外 中国大陆 日月光 深科技华天科技长电科技通富微电 刻蚀设备薄膜沉积设备 中国大陆 海外 中国大陆 海外 中国大陆 海外 中国大陆 海外 公 Kingston江波龙佰维存储德明利朗科科技 三星兆易创新 铠侠北京君正 SK海力士东芯股份 普冉股份 TEL拓荆科技应用材料北方华创 北方华创中微公司 LamTELAMAT 华卓精科 ASML 尼康佳能 司分类 数据来源：ASML，IDC，WSTS，Omdia，Counterpoint，Statista，Yole，NVIDIA，Gartner，长城证券产业金融研究院（注：图中为2022年市场规模）2 穿越存储60年：AI时代，新周期 一、存储的需求基石，来源于与文明传承与延续 ●信息存储的需求基石，来源于文明传承与延续，随着世界数字化趋势而爆发增长。按照存储介质的不同，现代数字存储主要分为光学存储、磁性存储和半导体存储三类。从存储市场规模来看，根据日本HDD协会数据，2022年机械硬盘市场规模约为183亿美元，占据总体市场的11.35%；根据CFM闪存市场数据，2022年DRAM市场规模约为791亿美元，占49.06%；根据CFM闪存市场数据，2022年NANDFLASH市场规模约为601亿美元，占37.28%。 二、DRAM市场从“群雄逐鹿”到“三国鼎立” ●历史50多年，DRAM每约5年价格降至1/10，杀伐惨烈。DRAM产品在成本、技术、品质等为核心竞争要素，而背后需要企业在融资能力、产业链配套及人才梯队等全方位储备，考验系统性资源调动能力。全球DRAM厂商已从“群雄逐鹿”形成“三国鼎立”，未来看中国企业制造端合肥长鑫、设计端兆易创新如何突围。 三、FLASH新一代存储主力，将成兵家必争之地 ●近年来随着消费电子领域的需求增长，FLASH市场规模呈现快速增长趋势，特别是NANDFLASH已成为手机、笔记本等主力存储介质，而可穿戴设备、IOT等应用兴起驱动NORFLASH成长。NAND市场格局主要有三星、铠侠、西部数据等企业主导。NORFLASH主要有旺宏、华邦、兆易创新等主导。未来看长江存储自研3DNAND产品，有望迎来收获期。 四、半导体风向标：存储市场近况及预判 ●半导体风向标：据WSTS，半导体存储市场占半导体市场23%左右，与半导体行业变化基本一致，但具有更强的波动性。据CFM闪存市场，全球存储市场规模2022全年跌超10%，据WSTS预计23年将同比下降35%。据CFM闪存市场，2022年闪存/DRAM价格指数-41%/-35%，23年价格跌幅有望逐季放缓；2022年全球存储容量增速放缓，NAND/DRAM市场容量增速分别为6%/4%，处历史低位，23年全球NAND/DRAM存储容量有望+20%/+10%。目前三星稳居全球第一龙头，NAND/DRAM竞争格局高度集中，仍由海外龙头垄断。三星、美光等存储原厂宣布减产策略，或有望加速行业触底反转。 ●未来行业趋势：1）移动终端平均容量增长，嵌入式存储朝高速传输方向发展；2）DDR5渗透率提升，据Yole预计2022~2028年出货量CAGR+97%；3）AI等应用推动高性能存储器需求，CXL(ComputeExpressLink，计算快速链接)技术和高带宽存储器(HighBandwidthMemory,HBM)存储技术不断迭代升级；4）服务器存储需求长期向好，中国企业级SSD厂商迎来机遇；5）汽车存储市场规模持续提升，据CFM闪存市场预计，2030年将超200亿美元。 五、存储产业赛道突出，中国存储企业整装待发 ●相关公司有：存储芯片设计：兆易创新、聚辰股份、北京君正、东芯股份、恒烁股份、普冉股份；存储接口芯片设计：澜起科技；存储模组：朗科科技、江波龙、德明利、佰维存储；半导体设备：中微公司、北方华创、拓荆科技、精测电子、盛美上海、华海清科等；半导体材料：沪硅产业、鼎龙股份、安集科技等；存储封测：深科技、华天科技、长电科技、通富微电等。 3 一、存储产业：现代文明传承与延续的基石 存储的起源：文明的传承与延续是需求基石，推动存储介质的发展 文明的传承与延续是信息存储的需求基石，存储需求的爆发增长，促进了存储介质的创新和发展。从文明诞生以来，人类就一直在寻求能够更有效存储信息的方式，从4万年前洞穴壁画、6000年前泥板上楔形文字、竹签、书本，现代的存储模式已经主要为光盘、U盘、硬盘等等，存储器的更新换代从未停止。 1970年10月，Intel发布了第一款商用DRAM，正式宣告了磁芯存储器的灭亡。1970年，Intel发布了第一款商用DRAM“Intel1103”，其在惠普9800系列电脑上大量应用，至1972年Intel1103成为全球销量最好的DRAM内存芯片，击败了当时的磁芯DRAM内存，它的诞生正式宣告了磁芯存储器的灭亡，并最终成全了个人电脑革命。 图：近代电脑存储器演变—从穿孔卡到DDR，存储介质经历了从“纸→磁→光→半导体”不断创新发展 2030年全球每年新增数据量将突破1YB，存储需求量级爆发式增长 到2030年全球每年新增数据量将突破1YB量级，相当于4万亿台256GB高端手机的存储能力，存储需求量级爆发成长。华为数据存储与机器视觉产品线总裁周跃峰在2021创新数据基础设施论坛中表示，到2030年全球每年新增数据量将突破1YB量级，相当于4万亿256GB高端手机的存储能力，存储需求量级爆发成长。 IDC预计到2025年，中国数据圈将增至48.6ZB，占全球的27.8%，成为全球最大数据圈。据IDC预测，全球数据圈(每年被创建、采集或复制的数据集合)将从2018年的33ZB增至2025年的175ZB，增幅超5倍。其中，中国数据圈增速最为迅速。2018年，中国数据圈占全球数据圈的比例为23.4%，即7.6ZB；预计到2025年将增至48.6ZB，占全球数据圈的27.8%，中 国将成为全球最大的数据圈。 图：IDC预测2025年全球数据圈将增长至175ZB 图：常见存储单位：从KB起，计算机存储单位之间的进率是1024 中国 欧洲/中东/非洲 日本和亚太 175ZB 美国 其他 Bit 比