电子行业专题：存储行业景气度持续上行，深度受益生成式AI产业浪潮

2024年07月19日 电子 存储行业景气度持续上行，深度受益生成式AI产业浪潮 行业专题 证券研究报告投资评级领先大市-A维持评级 存储芯片是半导体的重要品类，2024-2025年市场规模有望快速增长。据WSTS数据，2023年全球半导体市场规模约为5269亿美元，其中存储器芯片市场规模约为923亿美元，占比约18%。 据2024年6月份WSTS预测数据，2024-2025年全球半导体市场规模为6112亿、6874亿美元，其中存储芯片市场规模1632亿、 2043亿美元，占比约27%、30%，增速远高于其他半导体品类。 存储产业经历“美—>日—>韩”的变迁，未来十年是中国存储的黄金十年。全球存储产业经历了两轮大的产业变迁，目前三星、海力士、美光等扮演重要角色；2016年，随着合肥长鑫、长江存 储相继成立，中国大陆参与全球大宗DRAM、NANDFLASH产业角逐。我们认为，DRAM和NANDFLASH作为半导体领域的两个重要大宗品，在众多IC品类中属于“单一大料号”，对资本开支要求高，且制造属性相对较强。随着国内企业近几年的技术持续攻关，国家大基金等产业资本的重点扶持，且我国在手机、PC、新能源汽车等终端领域构建的全球优势，待国产存储芯片的产品力达到临界点后，渗透率有望加速提升。 竞争格局较好，供给收缩助力价格快速反弹。2022Q4开始，受下游需求不景气影响，三星、海力士、美光等龙头企业经营毛利率转负，随后经历了较为严重的亏损。根据Trendforce数据，三星、海力士的稼动率从2022Q4的100%，分别下降到2023Q3的 73%、81%，供给收缩带来价格的快速反弹，国内存储模组厂商同步受益低价颗粒库存，2024H1盈利效应明显。我们认为，以DRAM领域为例，2023年CR3企业全球市占率约96%，龙头企业有能力、有意愿在未来的景气周期中充分盈利，以弥补此前下行期的经营亏损，并为未来的资本开支做好准备。 生成式AI对数据吞吐速度有刚性需求，HBM成为算力发挥的瓶颈因素之一，HBM的大幅扩产、对晶圆的高消耗会显著挤压传统DRAM产能。HBM成为算力芯片的带宽瓶颈因素，海力士、三星、 美光正加大HBM3e/4等技术研发及扩产力度，美光称在同一节点生产同等容量的情况下，HBM3e内存对晶圆量的消耗是标准DDR5的三倍。2024年5月份，高盛上调24-26年HBM市场规模预测值到150亿、230亿、300亿美元。 生成式AI在终端的落地，有望缩短手机、PC换机周期，且端侧单机存储容量会显著提升。根据集邦咨询数据，23年手机/PC/ 服务器对DRAM消耗分别占比36.7%/12.5%/37.2%，单机平均容量分别为6.2GB/10.6GB/611.2GB。20/21年受疫情等因素影响，PC/手机迎来换机小高峰，至今大部分产品已到产品生命周期末端。 首选股票目标价（元）评级 行业表现 电子 沪深300 38%28%18% 8% -2% -12%-22%-32% 2023-07 2023-11 2024-03 2024-07 升幅%1M 相对收益-1.0 绝对收益-1.7 3M 9.5 8.1 12M -4.6 -13.3 资料来源：Wind资讯 马良分析师 SAC执业证书编号：S1450518060001 maliang2@essence.com.cn 吕众分析师 SAC执业证书编号：S1450524040001 lvzhong@essence.com.cn 相关报告Robotaxi商业化提速，多家2024-07-14企业加速布局无人驾驶国产AI大模型应用有望提速，三星24Q2利润同比增长 2024-07-07 近15倍硬科技自主可控大有可为， 2024-06-30 美光FY24Q3业绩略超预期HarmonyOSNEXT打造AI新 2024-06-23 体验，“科创板八条”助力硬科技创新AIiPhone时代开启，半导2024-06-16体产业景气周期向上 一方面，受换机周期、Windows新系统推出、AI赋能等因素影响，终端设备的换机周期有望大幅缩短：近期，MorganStanley预测,PC换机周期乐观估计从2023年的4.8年缩短至2026年的3.5 年，IPhone的换机周期乐观估计从2024年的4.8年缩短至26年的4.0年。另一方面，单机存储用量也会显著增加：1B（10亿）int8精度(1Byte)模型参数在未压缩情况下，仅存储即需要1GB DRAM，手机厂商研发模型参数在数十至数百亿间。根据产业调研情况，苹果AI功能对DRAM的要求或许是至少8GB/单机，安卓手机旗舰机型普遍高于12GB/单机，AIPC有望提升至32GB/单机。同时，生成式AI对训练及推理生成数据量需求提升，也会增加NANDFlash用量提升；耳机、手表、AR眼镜等AIOT设备的渗透率有望提升，NORFlash等用量也会增加。 存储产业的投资逻辑，总结如下：1）供给侧：一是龙头企业下行期亏损严重，盈利意愿强，减产效果明显；二是HBM等结构性扩产并挤压部分传统产能，DDR5渗透率提升，以及CXL、存算一 体等新技术方向。2）需求侧：一是AI服务器对HBM等需求增量明显，二是手机/PC换机周期缩短、AIoT渗透率提升且单机用量增加。3）国产品牌竞争力迅速提升，设计、制造、模组、分销等 全产业链条的国产替代进程有望加速。 产业链相关标的：兆易创新、澜起科技、北京君正、普冉股份、东芯股份、聚辰股份、恒烁股份、江波龙、佰维存储、德明利、香农芯创、通富微电、赛腾股份、朗科科技、万润科技、同有科 技、深科技、精智达、雅克科技、华海诚科、江丰电子、协创数据等。 风险提示：AI产业化进程不及预期，应用迟迟无法落地，商业模式闭环迟滞；国产替代进程不及预期，高端品类的产品推出速度不及下游需求迭代速度。 内容目录 1.存储行业百花齐放，DRAM和NAND备受关注5 1.1.存储芯片种类丰富，不同芯片各有所长5 1.2.国产存储奋起直追，中国企业有望在全球扮演重要角色7 1.3.DRAM和NAND市场份额占比最大，竞争格局相对集中8 1.3.1.DRAM和NANDFlash占剧超95%市场份额8 1.3.2.DRAM市场三大巨头垄断，中美为主力市场9 1.3.3.NAND供给格局相对分散，市场竞争相对激烈10 1.3.4.其他芯片产品市场规模小，业内厂商布局分散10 1.4.DRAM分类繁多，海外技术迭代迅速11 1.4.1.DDR5取代DDR4逐渐成为市场主流，HBM受益AI需求快速增长11 1.4.2.DRAM技术持续迭代，进入10nm时代12 1.5.NAND堆叠层数取得重大突破，国内厂商奋起直追12 1.6.NORFLASH技术及产业演进方向14 2.存储行业周期特点显著，供需共同发力推动市场进入上行通道15 2.1.主流产品市场规模周期性波动显著，疫情催生需求上行15 2.2.智能手机、PC、AI服务器为主要需求市场，三方新需求带动市场发展16 2.3.海外大厂去库存初具成效，存储价格逐步回暖19 3.HBM技术带来内存升级，突破AI训练算力瓶颈21 3.1.AI算力需求持续增长，传统内存方案受限21 3.2.工作原理及加工工艺23 3.3.龙头企业加速技术迭代，市场规模快速提升24 4.终端AI不断优化，DDR需求有望增长26 5.其它产业及技术趋势29 5.1.传统体系结构限制存算性能，存算一体架构成为未来主流方案29 5.2.CXL技术突破“存储墙”限制，内存使用效率进一步提高31 6.产业链相关标的34 7.风险提示35 图表目录 图1.存储芯片分类5 图2.DRAM产品三星DDR56 图3.NAND和NOR的区别6 图4.2023年存储芯片市场份额9 图5.2023Q4DRAM+NAND全球市场份额9 图6.全球半导体主要品类市场规模9 图7.2020-2024Q1分季度全球DRAM市场规模(亿美元)10 图8.2023年全球DRAM厂商市场份额10 图9.2020-2024Q1全球NANDFlash市场规模(亿美元)10 图10.2023年全球NANDFlash厂商市场份额10 图11.海力士HBM3外观11 图12.美光HBM3E外观11 图13.内存厂商路线图12 图14.闪存供货商技术进程13 图15.美光（存储IC代表）、亚德诺（模拟IC代表）毛利率波动情况15 图16.全球手机销量数据（亿部）17 图17.历年Q2全球主要手机品牌销量占比及变化17 图18.主要手机厂商终端AI模型研究情况17 图19.23Q4中国五大手机厂商市场份额同比略有下降18 图20.PC市场正温和复苏18 图21.现货平均价DDR4(8Gb(1Gx8),2133Mbps)，单位：美元20 图22.现货平均价64Gb8Gx8MLCNANDFlash，月平均值，单位：美元21 图23.中国AI算力规模及预测22 图24.HBM封装结构图23 图25.HBM制造工艺24 图26.CoWoS封装24 图27.HBM市场空间估计26 图28.AIPC预测28 图29.AI手机终端全球市场预测28 图30.AI手机终端中国市场预测28 图31.冯·诺依曼存储器体系结构29 图32.冯诺依曼架构vs.存算一体架构30 图33.存算一体三类技术结构30 图34.主流存储系统架构31 图35.CXL三种模式32 图36.CXL2.0内存池化技术33 图37.CXL3.0共享内存33 表1：合肥长鑫、长江存储进展8 表2：DDR1-DDR5主要指标比较11 表3：NAND厂商层数技术路线汇总14 表4：自2012年DRAM经历的三轮周期16 表5：自2012年NAND经历的三轮周期16 表6：手机与PC占DRAM终端市场一半左右18 表7：终端单机平均搭载容量19 表8：2023原厂产能策略步调一致以去化库存为目标19 表9：2024年第一季第二季合约价格涨幅预测19 表10：2024年第一季第二季NANDFlash合约价格涨幅预测20 表11：部分存储芯片型号价格变化情况21 表12：GDDR与HBM技术对比22 表13：HBM在AI服务器中的应用23 表14：HBM技术对比25 表15：各大科技巨头正在加速终端侧AI布局27 表16：国内主要半导体公司及其主营业务34 1.存储行业百花齐放，DRAM和NAND备受关注 1.1.存储芯片种类丰富，不同芯片各有所长 存储芯片，又称半导体存储器，是以半导体电路作为存储媒介的存储器，用于保存二进制数据的记忆设备，是现代数字系统的重要组成部分。存储芯片具有体积小、存储速度快等特点，广泛应用于内存、U盘、消费电子、智能终端、固态存储硬盘等领域。 易失性存储器（VolatileMemory）和非易失性存储器（Non-volatileMemory）是两种不同的计算机存储技术，它们在存储数据的方式和特性上存在差异： 易失性存储器（VolatileMemory）：1）数据存储依赖于电源，当电源断开时，存储在易失性存储器中的数据会丢失；2）常见的易失性存储器包括随机存取存储器（RAM），如动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）；3）易失性存储器的访问速度通常比非易失性存储器快，因此它们常用于计算内存，用于临时存储正在处理的数据和程序。 非易失性存储器（Non-volatileMemory）：1）数据存储不依赖于电源，即使电源断开，存储在非易失性存储器中的数据也不会丢失；2）常见的非易失性存储器包括闪存（FlashMemory）、只读存储器（ROM），以及一些新技术如磁性随机存储器（MRAM）、铁电随机存储器（FeRAM）、相变存储器（PCM）等；3）非易失性存储器的访问速度通常比易失性存储器慢，但它们适合长期存储数据，如操作系统、应用程序和用户文件，但MRAM等新技术，则是具有高速读写、非易失性和高耐久性等优点。 图1.存储芯片分类 资