存储专题系列二：存力需求与周期共振，SSD迎量价齐升
科技专题研究 2024年2月26日 存储专题系列二：存力需求与周期共振，SSD迎量价齐升 行业评级：增持 分析师：刘牧野 证券执业证书号：S0640522040001 股市有风险入市需谨慎 中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分 市占率随性价比攀升，SSD逐步取代HDD。存储介质经历了磁-光-半导体的变化历程，SSD自2005年左右开始进入商用市场，逐渐发展成为如今重要的大容量半导体存储设备。固态硬盘具有比机械硬盘更快读写速度、更短的访问时间等性能优势，在2020年SSD出货量已经首次超过HDD，预计2026年SSD存储成本有望与HDD持平。随着SSD存储成本持续优化，市场竞争力将进一步提高，推动SSD加速替代HDD。在部分性能要求高的应用领域，如高性能PC、笔记本等消费级应用领域以及高性能计算、流媒体应用等企业级应用领域，SSD已经实现了对HDD的替代。 数字经济AI军备赛下，存力自主可控大势所趋。数据已经成为数字经济背景下的一种新生产要素，其存储的安全可信程度将影响国家安全和国计民生。乘我国数字经济的东风与AI技术高速发展，海量数据使我国存储设备需求增长成为必然，数据类型向多模态演进，存储设备性能多方面提升。随着我国存储厂商技术实力增强，国产替代空间广阔，存储国产化的主线已经确立。 长风破浪，我国在SSD产业链各环节奋起直追。美、日、韩等企业在SSD领域具有先发优势，2014年后得益于国内半导体产业在国家政策的支持下加速发展，SSD各环节陆续迎来国产替代的突破。在IDM/NANDFlash晶圆领域，长江存储的232层QLC3DNAND技术已经可以同国际主流原厂正面竞争。主控芯片市场被以群联电子、慧荣科技等台系厂商以性价比优势主导，国科微、得一微、英韧科技等大陆厂商近年也有异军突起之势。我国模组厂呈百舸争流的格局，江波龙、朗科科技等模组厂在全球SSD模组厂自有品牌内份额领先。 改善盈利能力需求迫切，原厂强势拉涨存储价格。NANDFlash市场由美、日、韩企业主导，2022年CR5三星电子、铠侠、西部数据、SK集团、美光的市占率合计为95.41%。存储巨头自22Q3末起相继展开减产措施，通过控制产能释出加速市场恢复供需平衡，各大原厂NANDFlash减产幅度在30%-50%。2023年Q3起减产成效虽逐步显现，但各原厂NANDFlash业务仍陷亏损，一季度涨价态度依然坚定，预计24Q1NANDFlash合约价季涨幅约15-20%。 建议关注：江波龙、香农芯创、朗科科技、德明利等。 风险提示：下游终端需求不及预期风险、行业竞争加剧风险、技术研发不及预期风险、美国科技制裁风险等。 一、市占率随性价比攀升，SSD逐步取代HDD 二、数字经济AI军备赛下，存力自主可控大势所趋 三、长风破浪，我国在SSD产业链各环节奋起直追 四、改善盈利能力需求迫切，原厂强势拉涨存储价格 五、建议关注 六、风险提示 存储经历磁-光-半导体，大容量存储设备固态硬盘自2005年商用 •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。固态硬盘自2005年左右开始进入商用市场，逐渐发展 成为如今重要的大容量半导体存储设备。 图：存储器产品演进历程 资料来源：得一微招股书、艾瑞咨询、中航证券研究所整理 •2021年NANDFlash占全球存储市场规模41%，eSSD和cSSD合计占据NANDFlash50%左右产能。根据ICInsights的数据，2021年全球半导体存储器市场中，DRAM占比达56%，NANDFlash约占41%，NORFlash约占2%，EPROM/EEPROM及其他存储器约占1%。从下游应用需求来看，企业级/服务器为主要应用领域的eSSD占比持续提升，2023年预计消耗全球约29%的NANDFlash产能；以PC应用为主的cSSD消耗了全球约23%的产能；以智能手机应用为主的Mobile产品消耗了约35%产能。 2% 1% 41% 56% 图：2021年全球存储市场份额图：2021-2023年NANDFlash下游需求占比 DRAMNANDFlashNORFlashEEPROM/EPROM/Other 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 22% 26% 29% 25% 22% 23% 39% 34% 35% 202120222023E MobilecSSDeSSDOthers 资料来源：ICInsights、中航证券研究所整理资料来源：CFM闪存市场、中航证券研究所整理 图：固态硬盘的主要组成部分 缓存芯片（非必须）： •降低固态硬盘的读写延迟， 提升固态硬盘的读写性能。 主控芯片： •主要负责固态硬盘与服务器主机通信、控制闪存的数据传输并运行固件算法等。 NANDFlash闪存芯片： •数据存储的核心介质，是数据存储的载体； •NANDFlash基于半导体隧道效应，对浮置栅极进行充电（写数据）或放电（擦除数据），完成数据存储； •NANDFlash具有逻辑和物理地址分离、不能覆写、寿命有限、存在读干扰和坏块等闪存特性。 固件（SSD核心软件）： •固件是公司自主开发并在SSD出厂自带的各种板载运行软件的合集； •固件通过驱动主控芯片调度各个硬件模块，实现闪存和主控芯片之间的兼容，完成数据从主机端到闪存端的写入和读取，实现标准计算机可以使用的块存储设备。 资料来源：忆恒创源招股书、中航证券研究所整理 •SSD按用途大致划分为消费级、企业级及其他行业级（如军工级、工业级等）产品，其中消费级和企业级是SSD的主要应用领域分支。与消费级SSD不同，企业级SSD主要应用于互联网、云服务、金融和电信等客户的数据中心。在数字经济时代，企业越来越将数据视为一项自身核心资产，对数据安全的重视程度越来越高。固态硬盘作为数据的载体，除了高性能和大容量的需求之外，企业客户还对产品包含使用寿命、稳定可靠、功耗控制、系统兼容、数据纠错、数据保存能力在内的多方面性能提出了严格的要求。JEDEC（固态技术协会）在2010年发布的行业标准文件对固态硬盘耐力测试方法和耐力工作负载做出了规范化的要求，企业级固态硬盘需要支持较重的写入工作量、更恶劣的环境条件和更低的不可修复错误比特率（UBER），可看出企业级SSD与消费级的主要差别在于对企业工作环境的适应和对数据完整性的保护。 图：消费级SSD及企业级SSD的主要对比 资料来源：忆恒创源招股书、中航证券研究所整理 图：JEDEC对企业级和消费级SSD的性能要求 支持的工作环境（通电） 数据保存环境（断电） FFR UBER 消费级 40℃8h/D 30℃1年 ≤3% ≤10^-15 企业级 55℃24h/D 40℃3个月 ≤3% ≤10^-16 资料来源：艾瑞咨询、中航证券研究所整理 •SSD闪存芯片颗粒可根据闪存单元架构分为SLC、MLC、TLC和QLC等。在一个单元内存储1/2/3/4个bit分别被称为SLC/MLC/TLC/QLC。单元状态越密集，一个单元内便可储存更多信息。可以通过增大单元状态的密度进行更多运行和读取的操作，同时每bit成本降低；但相应地，由于单元状态之间的空间狭窄，更大的密度会使性能降级并出现读取错误的可能性，从而导致设备寿命缩短。目前主流的消费级固态硬盘颗粒为TLC与QLC。SLC性能优势突出，主要针对军工、企业级等场景。MLC的读写速度、质量、精确度都次于SLC，成本也要远高于除SLC以外的其他颗粒，价格昂贵，目前多用于工业存储中。TLC、QLC得益于成本的优势与技术成熟度提升，作为日常使用完全可以满足普通消费者 的需求，因此被广泛应用在固态硬盘中。目前，市面上定位中高端的SSD较为青睐TLC颗粒，低端则大多采用QLC颗粒。 更高密度/更低成本 更高性能/耐久性 图：闪存单元架构示意图 资料来源：忆恒创源招股书、中航证券研究所整理 •总线是计算机不同功能部件之间交互数据的通路。对于固态硬盘而言，总线就是数据自固态硬盘出来到CPU中所走的路。总线是基于物理准则之上的，因此它的承载能力具有一定上限。总线在单位时间内传输的数据总量叫做带宽。固态硬盘的总线包括三种：SATA总线、PCIe总线、SAS总线，其中SAS总线常用于服务器。 图：SATA、PCIe、SAS传输速率及传输带宽总结 SATA版本 编码方案 传输速率（MB/S） 传输带宽（Gbit/s) SATA1.0 8b/10b 150 1.5 SATA2.0 8b/10b 300 3 SATA3.0 8b/10b 600 6 PCIe版本 编码方案 传输速率 （GT/s） 传输带宽 X1 X4 X8 X16 PCIe1.0 8b/10b 2.5 250MB/s 1GB/s 2GB/s 4GB/s PCIe2.0 8b/10b 5 500MB/s 2GB/s 4GB/s 8GB/s PCIe3.0 128b/130b 8 984.6MB/s 3.938GB/s 7.877GB/s 15.754GB/s PCIe4.0 128b/130b 16 1.969GB/s 7.877GB/s 15.754GB/s 31.508GB/s PCIe5.0 128b/130b 32or25 3.9or3.08GB/s 15.8or12.3GB/s 31.5or24.6GB/s 63.0or49.2GB/s SAS版本 编码方案 传输速率（MB/S） 传输带宽（Gbit/s) SAS1.0 8b/10b 300 3 SAS2.0 8b/10b 600 6 SAS3.0 8b/10b 1200 12 资料来源：中兴文档、启威测实验室、中航证券研究所整理 •协议是物理设备之间进行通信时的“规则”，其内容主要包括设备间如何相互识别、如何建立链接、使用的讯号类型、数据的编码解码方式、数据传输的类型、数据传输的方式以及物理层面上的电压、电流、保持时间和截止时间等。只有当两个设备之间的协议相同或者相容时，才可以正常进行通讯。不同协议能够支持的最大传输速率也不同。固态硬盘涉及到的协议主要有三种：AHCI协议、NVMe协议、SCSI协议，其中SCSI协议常用在服务器上。AHCI主要用于通过SATA总线连接电脑的硬盘设备。NVMe是专门为闪存类存储设计的协议，性能有数倍的提升。在数据传输速率表现层面，NVMe协议传输速度比AHCI协议更快。 •接口是硬盘与主板之间的桥梁，其实际速率还与用料、工艺相关。 •接口、总线、协议在固态硬盘产品中是相辅相成的，可以通过总线的承载能力来判断固态硬盘接口的理论速率上限。 图：常见的固态硬盘接口和与之相对应的协议总线 接口名称 总线 协议 速度（理论） 特点 SATA SATA3.0 AHCI 600MB/s 用于机械硬盘、2.5寸固态硬盘所用接口 mSATA SATA3.0 AHCI 600MB/s 减小接口体积，用于老版笔记本 SATAExpress PCIe AHCI/NVMe 较SATA接口有所提升 占用体积过大，没有成熟的产品，已淘汰 PCIe PCIe2.0*8 SCSI 4GB/s 早期企业级固态 PCIe3.0*4 NVMe 4GB/s 高性能及企业级固态硬盘 M.2（早期称NGFF） SATA3.0 AHCI 600MB/s 全称M.2B&M-Key接口 PCIe2.0*4 NVMe 2GB/s 全称
