半导体行业深度分析报告：存储器迈入发展新周期，国内产业链大有可为

AI技术革命伴随周期触底反弹，国内存储器产业转折点临近。回顾日韩半导体产业发展历史，存储器是后发国家追赶先行者的关键赛道。人工智能使数据产生量快速增长，NAND、DRAM、HBM等高性能存储器需求量庞大，国产化需求迫切。国内大宗和利基存储领域有优质企业涌现；与高端逻辑制程相比，3D NAND电路线宽要求相对简单，有望实现制造设备的高比例自主可控；国产芯片和上游供应链企业面临重要发展机遇。 终端产品需求旺盛，存储芯片需求有望好转：2023年9月以来，国产Mate 60与苹果iphone15系列手机发售，消费电子市场迎来旺季。多款智能终端产品销量旺盛，提振上游的存储芯片需求规模。国产存储器芯片有适配国产旗舰手机的历史经验,未来市占率有望进一步提升。 海外巨头缩支减产，国内企业有望受益：由于存储芯片价格过低，产线持续亏损，三星、海力士、美光等巨头陆续减产并削减资本开支。三星的DRAM到年底计划减产30%，NAND减产幅度一度扩大至50%。海外企业大力减产，有望推动存储芯片库存和价格回归正常水平，规模相对较小的国内存储器企业业绩有望改善。 存储器市场空间大，中国企业市占率与海外巨头存在较大差距：存储器是国际龙头芯片企业竞争激烈的关键市场，2022年DRAM与NAND市场规模分别为797与587亿美元。Yole估计2022年中国主要NAND企业长江存储全球市占率约为4%，2021年主要DRAM企业合肥长鑫全球市占率约为0.2%，与海外巨头有较大差距。 全产业链齐发力，国内存储发展迎难而上：国内存储器IDM企业，面临海外供应链风险和景气度压力，积极验证国产设备、材料、零部件；长江存储已增资至1052.7亿元；国内企业在利基/新型存储、存储主控芯片、存储芯片封装领域也进步较快。随着国内配套产业链不断进步，行业周期见底回升，国内3DNAND、DRAM产线有望恢复并加速扩产，相关产业链企业有望深度受益。 投资建议：建议关注德明利、佰维存储等存储模组企业，东芯股份等存储芯片企业；中微公司、拓荆科技、华海清科、精测电子、中科飞测等设备企业，与兴森科技、鼎龙股份等材料企业。 风险提示：存储器市场需求不及预期；技术研发不及预期；海外供应链风险; 行业竞争加剧 表1：重点公司投资评级: 1存储器：数字社会信息存储的基石 1.1存储器芯片:市场规模巨大 存储器芯片（memorychip）是利用半导体介质贮存电荷，存储数据和指令等的记忆部件，存储与读取过程体现为电荷的贮存或释放。存储器芯片是应用面最广、数量最多的电路基础性产品之一，也是重要的半导体细分类市场，重要性和市场规模仅次于逻辑集成电路。 图1.2022各类半导体产品销售金额与年化增速（单位：十亿美元） 存储芯片的核心集成电路模块，由大量基本电路单元的重复排列构成，标准化程度较高。不同企业生产的存储器芯片差异较小，通用性和可替代性较强，具备大宗商品的属性。因此存储器芯片的价格，受下游需求周期性波动影响较大。 据WSTS和SIA统计，2022年全球存储器芯片销售金额为1298亿美元。受全球宏观经济环境、地缘政治、半导体周期影响，存储器销售金额同比下滑16%，但市场规模仍排在半导体市场第二位，仅次于逻辑芯片。 图2.存储器产品应用分类 存储芯片有多个细分品类，其中应用最广泛的品类为：DRAM、NAND、NOR、EPROM/EEPROM。其中DRAM和NAND是大宗存储，NOR和EPROM是利基存储。2021年存储芯片中，DRAM占比达56%，NAND Flash占比约为40%，两者主要用于移动终端、个人电脑、服务器、固态硬盘等领域。利基存储芯片中，NOR占比约为2%，EEPROM占比与NOR属于同一量级；利基存储芯片主要运用在移动终端、电脑、可穿戴、智能设备中所需存储容量较小的领域，和通信、工控、车规市场中对安全性可靠性要求较高的领域。 如果依据其在计算机系统中的位置和用途，存储器可分为主存（Main/primary Memory）和辅存（Secondary memory）。主存是计算机系统中的内部存储器，用于临时存储正在执行的程序和数据。主存是相对于高速缓存而言的，其容量通常比高速缓存大得多，但访问速度较慢。辅存与主存相比，辅助存储器的容量更大，但访问速度较慢。辅助存储器通常用于长期存储和持久保存数据，即使在断电或重新启动计算机后，存储在辅助存储器中的数据仍然保持不变。 图3.全球数据产生量快速快速上升 5G，XR与元宇宙,大数据算法，人工智能，家电汽车智能化，安防与智慧城市等发展趋势，推动人类社会数据产生量快速增长。IDC预计,全球数据产生量将从2018年的33ZB增至2025年的175ZB。2018年，中国数据圈占全球数据圈的23.4％，即7.6ZB。2018-2025年，中国的数据产生量将以年均30%的速度增长，比全球快3％。2025年中国将成为全球最大的数据产生领域，数据产生量增至48.6ZB，占全球数据圈的27.8％。人工智能的革命性变化进一步加速数据生成量增长，产生大量的数据存储与计算需求，有望大幅拉动NAND、DRAM等存储芯片的需求。 图4.智能手机存储容量呈上升趋势 移动终端APP的功能不断扩展，占用空间日趋增大；高清晰度相机拍摄的照片、视频的占用的存储空间较大；人工智能应用逐渐向移动端渗透，AI生成的数据量快速增长，进一步提升数据存储需求。早期配备128g/64g容量的终端产品，存储能力捉襟见肘，日渐难以满足需求。最新的国产旗舰手机产品配备512g/1T存储容量，未来有望成为中高端消费电子产品标配。同时，为满足高速数据处理的内存需求，12g/16g内存的手机占比快速增长。手机存储容量和内存容量的快速增长，有望大幅拉动上游NAND/DRAM存储芯片的需求。 图5.存储芯片/其他集成电路历年销售金额(亿美元) 存储芯片的市场规模呈现出周期波动的特征，但总体增长趋势明显。受益于快速增长的数据存储需求，存储器芯片市场增速领先半导体市场整体，呈波动上升趋势。WSTS统计，2022年全球集成电路市场规模为4744亿美元；2022年全球存储器市场1298亿美元，增速快于集成电路整体，占比有所提升。存储芯片巨大的市场空间和较少的细分品类，使其成为中国实现集成电路自主可控的重要环节。 1.2DRAM:计算过程中数据存储的关键介质 DRAM指动态随机存取存储器，属于掉电易失存储芯片。DRAM可存储计算机，手机运行数据，并和CPU进行直接通信，具有运算速度快、体积容量高、成本低、高密度的特征。计算机、服务器中的DRAM通常以内存模组的形式存在；在手机和其他移动设备中,DRAM通常以芯片状态直接安装在主板中。 图6.DRAM芯片、模组与下游需求结构 根据产品种类不同，可以将DRAM主要分为DDR(双倍速率同步动态随机存储器）、LPDDR（低功耗双倍数据速率内存）、GDDR(绘图用双信道同步动态随机存取内存），和HBM(高宽带内存）等。其中，DDR主要应用于服务器和PC端、LPDDR主要应用于移动端、GDDR作为显存主要应用在图像处理领域。 根据市场定位的不同，又可以将DRAM分为主流DRAM和利基型DRAM，其中主流DRAM企业为三星、美光和海力士，国内DRAM大厂长鑫存储的定位也在主流DRAM市场；利基型DRAM市场的参与企业更为分散，除了三星、美光、海力士(逐渐退出该市场)之外，还包含南亚、华邦和兆易创新、北京君正等公司。 图7.三种DRAM性能和能耗对比 图8.2021年DRAM市场份额 DRAM芯片领域已经形成了高度垄断的全球竞争格局，市场主要由韩国三星电子（Samsung）、SK海力士（SK Hynix）、美国美光（Micron）等占据。2021年，三星、海力士、美光合计占据全球DRAM市场94%的份额。其他市场参与者包括中国安徽省的长鑫存储、中国台湾地区的南亚、华邦、力积电。 图9.HBM DRAM堆栈工作模式 图10.海力士HBM3芯片 为满足高性能AI服务器的需求，HBM（High Bandwidth Memory，高带宽内存）应运而生。HBM是利用3D封装和硅通孔（TSV）技术，将很多个DRAM芯片堆叠在一起，实现了高带宽、大容量、低功耗的需求，HBM的DRAM堆栈没有以外部互连线的方式与信号GPU/CPU/SOC芯片连接，而是通过速度更快的中间介质层连接，堆栈结构内部DRAM采用TSV实现信号纵向连接。 DRAM芯片在计算环节中配合CPU与GPU的广泛使用，使其成为提升算力的重要元件。随着人工智能应用推广，中国国内对于算力需求不断提升，实现DRAM芯片国产化也迫在眉睫。 1.3NAND:广泛运用于长期信息存储 闪存芯片（NAND Flash）是东芝的舛冈富士雄博士于1986年发明为非易失性存储器。闪存芯片内部电路结构采用非线性宏单元模式，具备容量大，改写速度快的优点，广泛用于需要大量存储空间的电子设备，例如固态硬盘（SSD）、智能手机、记忆卡、U盘等。 1992年东芝将NAND Flash设计授权给三星，同年英特尔也推出了第一款NAND闪存产品。2007年东芝率先推出基于BiCS技术的3D NAND芯片，正式开启了3D NAND大容量时代。 图11.不同种类的NAND具备不同的存储能力 图12.从2DNAND到3D NAND NAND Flash可分为SLC、MLC、TLC、QLC等。SLC每个cell单元有两种状态，可存储1bit信息；MLC每个cell单元有四种状态，存储2bit信息；TLC每个cell单元有八种状态，存储3bit信息。以此类推每个cell单元存储量越大，单位面积容量就越高，成本越低。从SLC到QLC，电压状态数量的增加，闪存芯片结构稳定性和寿命会降低。SLC闪存芯片稳定性好，具有非常快的读写速度和长寿命,可用于高可靠性、高性能、高耐久性环境中，如企业级数据存储、服务器、工业控制系统。 图13.NAND发展历史 传统的2D NAND通过微缩电路关键尺寸来提升存储密度，技术迭代与集成电路工艺微缩进度密切相关。当电路线宽缩小到40- 28nm 级别后，进一步微缩会产生严重的漏电现象导致存储信息丢失；同时若大量采用多重曝光工艺生产NAND芯片，成本压力极大。采用多层堆叠技术3D NAND应运而生，其二维平面上的关键尺寸线宽与成熟制程接近，垂直方向也排列有存储单元cell，具有更大容量、更低功耗、更优耐用性以及更低成本的优势。目前，最先进的3D NAND堆叠层数已达200层以上。 国内的主要NAND厂商包括长江存储、兆易创新、东芯股份等。2016年，紫光参与控股武汉新芯公司，成立长江存储。2018年，长江存储成功量产32层3D NAND产品，成为国内首家具备3D NAND闪存芯片生产能力的内资企业。 图14.NAND厂商技术路线对比 图15.NAND市场份额变化图 全球NAND Flash市场集中度高，多数份额被海外巨头占据。2022Q2，NAND的前三大厂商分别为三星、铠侠和海力士，市场份额分别为33%、19.9%和15.6%，CR3接近70%。规模相对较小SLC NAND，被华邦电子、旺宏电子、东芯股份、兆易创新等企业占据。 伴随着自动驾驶、人工智能、元宇宙等新应用在国内的落地，国内数据存储需求不断提升，对国产NAND存储芯片的需求也有望不断增长。 1.4NOR等其他存储器：小众市场精耕细作 NOR Flash属于通用型非易失性存储芯片，是一种基于NOR结构的闪存芯片。 NOR Flash的特点是芯片内执行（XIP），这种特性使得应用程序可以直接在闪存内运行，无需在系统RAM中查看代码。NOR Flash具有良好的随机访问能力、较快的读取速度、可靠耐用的特性，适用于执行代码和读取关键数据，被广泛应用于功能手机、消费电子、工业控制、通讯设备等领域。 图16.NOR Flash全球市场规模 图17.全球NOR Flash市场2021年竞争格局 随着物联