2023年中国存储行业研究报告：DRAM与NAND Flash市场发展态势分析

行业概览| 2023/06 中国：存储系列 摘要 DRAM市场规模：市场规模出现下滑，行业处于下行周期 按照读写方式，外部存储器中的半导体存储器可分为只读存储器ROM（EEPROM、PROM、EPROM）和闪存存储介质（NORFlash、NAND Flash）。磁存储器件主要包含磁带、磁盘。光存储器件主要包含蓝光光盘（BD）、归档光盘（AD）、全息存储、玻璃存储等。其中，半导体存储器是目前全球最大的存储细分市场，其分为易失性存储器（SRAM、DRAM）和非易失性存储器（NOR Flash、NAND Flash）。目前，DRAM和NAND Flash两种主流存储器合计占据全球超90%的存储器市场份额。 2022年，智能手机、PC消费需求持续疲软，数据中心服务器也面临着库存调整，以上使得全球DRAM行业进入下行周期。 2023Q1，三星、美光、SK海力士等全球头部DRAM厂商的营收环比仍持续下降。 作为供应商的DRAM原厂纷纷选择减产、降低资本支持以调整供需关系。因此，预计2023年全球DRAM市场规模将同比下降30%至553亿美元。 NANDFlash市场规模：预计2023年市场规模仍保持下滑 半导体存储器是目前全球最大的存储细分市场，本篇将重点讨论半导体存储器件中的DRAM和NANDFlash。 2022年，PC需求疲软，以及数据中心面临剧烈的库存调整，使得数据中心及企业级SSD需求持续下降。2023年一季度，PC、SSD等终端需求不振，库存高涨现象显著，NANDFlash市场仍处于极度不平衡的状况。头部存储厂商纷纷减产来缓解价格的下跌、解决库存过剩的问题。2023年下半年备货旺季将至，NAND Flash价格有望止跌，但预计全年市场规模仍保持下滑。 海外与中国存储厂商竞争态势及市场动向美光“被禁”有望加速中国存储芯片国产化替代进程，然而美国对先进工艺制造设备的出口管制，使得国内存储厂商难以短时间内扩大产能，且国产存储厂商与三星、SK海力士仍存在技术差距，短期内瓜分美光遗留市场困难重重。 Chapter 1 存储行业综述 中国存储器综述 存储器分类：总体分为外部存储器和内部存储器 存储发展历程：存储介质从早期穿孔卡演进至固态硬盘 半导体存储器：NANDFlash和DRAM占据全球超90%份额 存储器分类：总体分为外部存储器和内部存储器 存储器可分为外部存储器和内部存储器，其中，外部存储器包括半导体存储器、磁存储器和光存储器，内部存储器包括易失性存储器和新型非易失性存储器 存储器分类 PCM（相变） 存储器通过使用地址编址和电子静态存储技术实现存储和读取数据，其大体上可分为外部存储器和内部存储器 存储器的工作原理为：通过使用地址编址和电子静态存储技术实现存储和读取数据，通常被组织成一个二维矩阵，其中的每个单元称为一个存储位置。在计算机需要读取或写入数据时，向存储器发送地址信号，通过数据总线与存储器进行数据的传输。 存储器主要可分为外部存储器和内部存储器。其中，外部存储器包含半导体存储器、磁存储器和光存储器，内部存储器包含易失性存储器和新型非易失性存储器。 按照读写方式，外部存储器中的半导体存储器可分为只读存储器ROM（EEPROM、PROM、EPROM）和闪存存储介质（NORFlash、NANDFlash）。磁存储器件主要包含磁带、磁盘。光存储器件主要包含蓝光光盘（BD）、归档光盘（AD）、全息存储、玻璃存储等。 半导体存储器是目前全球最大的存储细分市场，本篇将重点讨论半导体存储器件。 存储发展历程：存储介质从早期穿孔卡演进至固态硬盘 存储介质在工业革命兴起后经历了从穿孔纸带、磁带、磁鼓存储器、磁芯存储器、软盘、光盘等传统存储设备，到固态硬盘、U盘、SD卡等现代存储设备的演进 存储发展历程 1890 1928 1932 1949 1956 1971 1982 1989 1998 1999 在经历了结绳记事、甲骨、石碑、纸张等存储介质的演进后，工业革命的兴起也使得存储介质经历了从穿孔卡到固态硬盘等设备的变迁 穿孔卡和穿孔纸带——机械化信息最初的存储形式：1890年，美国统计学家Herman Hollerith发明了打孔卡制表机，最多可记录960bits，用于收集并统计人口普查数据，标志着半自动化数据处理系统时代的开始。 磁带——磁性存储时代的开始：1928年，德国雷德斯诺工程师Fritz Pfleumer发明了录音磁带，可以存储模拟信号。1980年出现了小型的盒式磁带，长度为90分钟的磁带每面壳记录约660kb的数据。 磁鼓存储器——磁盘驱动器的前身：1932年，IBM公司的奥地利裔工程师Gustav Tauschek发明了磁鼓存储器，在磁存储器出现前广泛用于计算机内存，被认为是硬盘驱动器的前身。 磁芯存储器——随机存取存储器（RAM）的早期版本：1949年，美国哈佛大学实验室的王安博士实现了对磁芯存储器“读后即写”的技术，其在20世纪70年代被广泛用作计算机的主存储器，直到Intel的半导体DRAM内存批量生产。 硬盘驱动器——磁盘存储时代：1956年，IBM的Reynold B.Johnson带领研发团队发明了世界上第一块硬盘IBM305 RAMAC。该驱动器约有两个冰箱大小，重达一吨，包含50个24英寸盘片，容量仅为5MB，数据传输速度10K/S。 软盘——个人计算机中最早使用的可移介质：1971年，软盘由IBM引入，从上世纪70年代中期到90年代末期被广泛使用。 光盘——以光信息为存储的载体：1982年，索尼和飞利浦公司发布了世界上第一部商用CD音频播放器CDP-101，光盘开始普及。 固态硬盘——简化的计算机系统：1089年，第一款固态硬盘出现，又称固态驱动器，是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。此后，固态硬盘逐渐市场化，并应用于专业领域，如医疗、航空和军事。 U盘——以闪存芯片为存储介质的存储设备：1998年，U盘首次面市。2004年，中国朗科科技公司获得美国国家专利局正式授权的闪存盘基础发明专利。 SD卡——基于半导体闪存工艺的存储卡：1999年，日本松下、东芝和美国SanDisk公司共同研制了SD卡。 半导体存储器：NANDFlash和DRAM占据全球超90%份额 半导体存储器是目前全球最大的存储细分市场，其分为易失性存储器 （SRAM、DRAM）和非易失性存储器（NOR Flash、NAND Flash）。目前，DRAM和NAND Flash两种主流存储器合计占据全球超90%的存储器市场份额 计算机系统中的典型存储器层次结构及其使用的存储技术 BIOS CPU 1级缓存 SRAM SRAM/eDRAM 2级/3级缓存 主存储器 DRAM 四大主流半导体存储器对比 类型非易失性每GB单价读取速度写入速度最小写入单位最小读取单位性能 SRAM不支持高极快极快字节字节高 DRAM不支持低快快字节页高 NANDFlash支持非常低慢慢页页中 NORFlash支持低快慢字节字节中 在半导体存储器中，典型易失性存储器包含SRAM和DRAM，典型非易失性存储器包含NAND Flash和NORFlash，其中，DRAM和NANDFlash合计占据全球超90%的存储器市场份额 在半导体存储器件中，存储器被分为易失性存储器（内存）和非易失性存储器（外存）两大类，前者在掉电时数据会立即消失，后者则不受断电影响，持久储存数据。其中，易失性存储器主要以SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）为主。非易失性存储器技术则在不断演进，从早期的ROM（PROM、EPROM、EEPROM）到闪存（NORFlash和NANDFlash）。目前，DRAM和NANDFlash两种主流存储器合计占据全球超90%的存储器市场份额。 根据传输速度、容量、数据可擦除性等关键参数，不同存储器拥有各自的职责，以计算机系统中使用的存储器来看：SRAM速度够快，通常作为中央处理器（CPU）的缓存使用，DRAM价格低廉、容量大，通常用作内存，NORFlash通常用于代码存储，而NANDFlash则用于大数据存储。 Chapter 2 DRAM与NAND Flash行业分析 DRAM与NANDFlash行业分析 DRAM：广泛应用于手机、电脑内存条领域 DRAM市场规模：市场规模出现下滑，行业处于下行周期 DRAM价格：智能手机与PC需求疲软，价格持续衰退 NANDFlash：广泛应用于eMMC/EMCP，U盘，SSD NANDFlash市场规模：预计2023年市场规模仍保持下滑 NANDFlash价格：PC与SSD需求减弱，三季度有望回暖 海外与中国存储厂商竞争态势及市场动向 存储产业相关政策 DRAM：广泛应用于手机、电脑内存条领域 JEDEC（固态技术协会）将DRAM定义为标准DDR、移动DDR、图形DDR三个类别，分别指代的是电脑内存、手机运存、显卡显存。目前，标准类DDR5已成为主流，DDR6处于研发早期阶段，预计2025年后有望商用 DRAM（动态随机存储器）广泛应用于手机、电脑的内存条领域，其主要分为标准DDR、移动DDR和图形DDR，分别指代电脑内存、手机运存和显卡显存 DRAM，动态随机存储器（Dynamic RAM）。“动态”两字指的是每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失。这是因为DRAM的基本单元是一个晶体管加一个电容，并用电容有无电荷来表示数字信息0和1，电容漏电很快，为防止电容漏电而导致读取信息出错，需要周期性地给DRAM的电容充电，因此DRAM速度比SRAM慢。 另一方面，这种简单的存储模式也使得DRAM的集成度远高于SRAM，一个DRAM存储单元仅需一个晶体管和一个小电容，而每个SRAM单元需要四到六个晶体管和其他零件，因此，DRAM在高密度（大容量）以及价格方面均比SRAM有优势。SRAM多用于对性能要求极高的地方（如CPU的一级二级缓冲），而DRAM则主要用于手机、计算机的内 JEDEC（固态技术协会）将DRAM定义为标准DDR、移动DDR、图形DDR三个类别，分别指代的是电脑内存、手机运存、显卡显存 DDR4与DDR5对比 功能 DDR4 DDR5 DDR5优势 数据传输速率达1.6-3.2GBps时钟频率达0.8-1.6GHz 数据传输速率达4.8-8.4GBps时钟频率达1.6-4.2GHz 数据传输速率 更高的带宽 72位宽数据通道（64位数据+8位ECC）每个DIMM有1个通道 40位宽数据通道（32位数据+8位ECC）每个DIMM有2个通道 更高的内存效率更低的时延 通道架构 在DIMM引脚数量变少的情况下仍能够为两个通道提供必要的CA带宽 CA总线 32位SDR，每个引脚均分配了功能 每通道10位DDR，对引脚采用分组协议 突发长度 BC4，BL8 BC8，BL16 更高的内存效率 16GB SDP-> 64 GB DIMMs 3DS-CID支持8-hi堆线 64GB SDP-> 256 GB DIMMs 3DS–CID支持16-hi堆线 DRAM芯片密度 更大容量的DIMMs 输入/输出电压 1.2v电压V | CA SSTL 1.1V | CA PODL 更低的功耗 标准DDR：支持更宽的通道宽度、更高的密度和不同的形状尺寸，面向服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机等消费类应用。目前JEDEC已公布的最高标准是DDR5。DDR4和DDR5主要在带宽、单芯片密度及工作频率等方面有区别。带宽速度方面，DDR4的带宽为25.6GB/s，DDR5的带宽为32GB/s；单芯片密度方面，DDR4为4GB的单片芯片密度，单条内存的最大容量达128GB，而DDR5会有单片超过16GB的芯片密度，可达到单条更高容量；工作频率方面，DDR4的最低工作频率