2019年中國集成電路NAND Fhlash發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[圖]

    NAND Fhlash 是集成電路的一種。NAND Flash 屬于半導(dǎo)體產(chǎn)品，是集成電路的一種。所以，NAND Flash 的生產(chǎn)和其他半導(dǎo)體產(chǎn)品一樣，都基于對硅材料進行加工，經(jīng)過設(shè)計、
封裝、測試等步驟，最終成為芯片產(chǎn)品。在晶圓加工環(huán)節(jié)，通過半導(dǎo)體加工工藝，每片晶圓上有數(shù)百顆 NAND Flash 芯片。這些由無數(shù)個晶體管電路組成的芯片稱為 Die，每個Die 都是一個獨立的功能芯片。

    NAND Flash 容量結(jié)構(gòu)從大到小可依次分為 Device、Die、Plane、Block 和 Page。一個Device 有若干個 Die，每個 Die 有若干個 Plane，每個 Plane 有若干個 Block，每個 Block有若干個 Page。而一個 Page 中包含著多個 Cell，Cell 是 Page 中的最小操作擦寫讀單元，對應(yīng)一個浮柵晶體管，這些晶體管的存儲量決定于存儲單元的類型。

    3D NAND 工藝持續(xù)提升，堆疊層數(shù)不斷增加。自三星在 2013 年研發(fā)出 24 層 3D NAND技術(shù)后，各原廠均投入對 3D NAND 技術(shù)研發(fā)。在三星、SK 海力士等原廠在 3D 技術(shù)快速發(fā)展的推動下，3D NAND 迅速普及且產(chǎn)出比例持續(xù)攀升，現(xiàn)已成為主流制程。此外，根據(jù)技術(shù)發(fā)展路徑，3D 堆疊技術(shù)也在持續(xù)提升，3D NAND 持續(xù)向更高層數(shù)進行堆疊，從而實現(xiàn)產(chǎn)品不斷迭代。

    在 2019 年 5 月 GSA MEMERY＋論壇上其預(yù)測在未來 5 年內(nèi)，3DNAND 堆疊層數(shù)將達到 500 層，10 年內(nèi)將可達到 1000 層。層數(shù)增加意味著對工藝、材料的要求會提高。此外，在堆疊層數(shù)增加的情況下，雖然存儲堆棧的高度在增大，但每層的厚度卻在縮減。按照目前技術(shù)發(fā)展趨勢，每升級一次堆棧厚度都會變成原來約 1.8倍，而層厚度會變成原來約 0.86 倍。目前，各原廠商都在對 3D NAND 產(chǎn)品的各項指標(biāo)進行優(yōu)化，包括讀寫速度、容量、功耗等。此外，對于成本控制也是原廠需要考慮的因素之一。各原廠對于技術(shù)和成本的追求，將有助于其保持和鞏固市場。

    增加存儲孔密度、增加存儲單元密度、邏輯擴展增加比特密度是目前擴大存儲容量的三個主要有效方法。三種維度增加容量的效果各不相同，從 64 層擴展到 96 層時，存儲孔密度大概增加了 10%;存儲單元密度增加了 68%;TLC 比特密度增加了 65%。綜合這三種方法就可以看到整個閃存容量的增長了。根據(jù)各代產(chǎn)品發(fā)展情況，3D NAND 單位面積存儲容量在不斷增大。從三星量產(chǎn) 32層 128Gb 存儲容量為 1.86 Gb/mm²，到目前東芝存儲堆積到 128 層 512Gb 存儲容量為 7.8Gb/mm²，單位存儲容量提升已達到逾 4 倍。此外，在 Die 容量相同情況下，由于單位面積存儲容量提升，單 Die 尺寸將會縮小。所以在相同尺寸的晶圓上，Die 產(chǎn)量將會得到提升。技術(shù)迭代在提升單位面積容量的同時，通過規(guī)模化生產(chǎn)降低制造成本，將對原廠形成內(nèi)在激勵。

3D 閃存存儲容量趨勢

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    雖然各方對于 3D NAND 技術(shù)突破的預(yù)測不盡相同，但產(chǎn)品迭向更高堆疊層數(shù)迭代的趨勢得到一致認同。由于堆疊技術(shù)迭代，單位面積存儲容量將得到提升。此外，由于容量提升，對于單 Die 容量相同的兩代產(chǎn)品而言，新一代產(chǎn)品尺寸將會有所縮減。所以，這將使得同樣大小晶圓產(chǎn)出量將上升，而規(guī)?；a(chǎn)有助于降低生產(chǎn)成本。

    一、需求

    手機和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器作為 NAND Flash 產(chǎn)品主要應(yīng)用方向之二，其出貨量將對NAND Flash 產(chǎn)生影響。目前，我國智能手機出貨量占全球市場份額超過 20%，隨著國內(nèi)品牌在性能等方面升級，將提高品牌知名度，銷售量將有望提升。智能手機出貨量上升使得華為、OPPO、VIVO、小米等已是存儲原廠重要客戶。在服務(wù)器領(lǐng)域，我國廠商在市占率具有一定優(yōu)勢的情況下，疊加國內(nèi) IDC 產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，出貨量有望提升。所以，我國相關(guān)廠商對 NAND Flash 需求有不斷擴張的趨勢，基于產(chǎn)能保障等方面考慮形成國產(chǎn)替代需求。

    國產(chǎn)品牌正走向世界 ， 我國是智能手機重要產(chǎn)地之一 。華為、OPPO、VIVO、小米等國產(chǎn)品牌近幾年在智能手機領(lǐng)域發(fā)展迅速。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，華為、小米和 OPPO 出貨量位居全球品牌第 3、第 4 和第 5 位；而根據(jù)全年的數(shù)據(jù)，排名 2019 全年全球智能手機市場出貨量和市場份額前五的廠商分別為：三星、華為、蘋果、小米、OPPO。2019 年全年數(shù)據(jù)顯示，華為已經(jīng)超于蘋果，成為全球第二大智能手機廠商。我國國產(chǎn)手機品牌已經(jīng)逐步走出國內(nèi)，面向全球市場。對于我國智能手機產(chǎn)業(yè)而言，除國產(chǎn)品牌外，還有部分國外品牌在我國企業(yè)代工。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國智能手機出貨量在全球份額持續(xù)保持在 20%以上，我國已經(jīng)成為智能手機重要產(chǎn)地之一。

2019 年全球前五大智能手機廠商出貨量及市場份額

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全球及我國智能手機出貨量趨勢

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    數(shù)據(jù)流量爆發(fā)已經(jīng)成為趨勢，而在這種趨勢下，建設(shè)及升級將激發(fā)對服務(wù)器需求。從全球服務(wù)器市場看，我國服務(wù)器制造商具有一定市場份額，其中新華三市占率為全球第二，而浪潮信息則位列第三。兩者合計市占率在 2019 年有小幅度增長。隨著國內(nèi)云計算產(chǎn)業(yè)加速和 5G 下游應(yīng)用開發(fā)，國內(nèi)建設(shè)逐步加速，國內(nèi)服務(wù)器需求將會有所增加，國內(nèi)領(lǐng)先廠商有望進一步提升市場份額。

按營收口徑國內(nèi)服務(wù)器廠商全球市占率

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    二、政策

    在集成電路領(lǐng)域，我國與國外領(lǐng)先國家之間具有一定差距。這種差距在芯片領(lǐng)域尤為明顯，大部分高端芯片需要進口，對于產(chǎn)業(yè)安全具有較大影響。而國家對于集成電路產(chǎn)業(yè)扶持在政策和資金上均有所傾斜，為我國集成電路發(fā)展不斷注入活力。目前，在某些領(lǐng)域已取得一定進展，并不斷縮小與領(lǐng)先集體之間的差距。

    國家發(fā)布政策支持集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展 。集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，國家將產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升到戰(zhàn)略高度。自 2014 年以來，國家大力主導(dǎo)推動整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后頒布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》、《集成電路產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》等政策。此外，各地方政府也頒布地方性政策以扶持相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。存儲器和 3D 封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展在相關(guān)政策中也有所提及。國家政策對于集成電路產(chǎn)業(yè)扶持將有助于相關(guān)企業(yè)在技術(shù)上對先進隊伍進行追趕。

我國國家層面集成電路產(chǎn)業(yè)部分政策

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    根據(jù)相關(guān)政策，國家對于集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一個較為明確的目標(biāo)；到 2020 年要達到與國際先進水平的差距逐步縮小、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力大幅增強；到 2030 年，我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達到國際先進水平，一批企業(yè)進入國際第一梯隊，實現(xiàn)跨越發(fā)展。為實現(xiàn)這些目標(biāo)，國家加大對相關(guān)企業(yè)的資金支持，將產(chǎn)業(yè)基金導(dǎo)入到企業(yè)中，實現(xiàn)資金和政策雙扶持格局。2014 年 9 月 24 日，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(“大基金”)正式設(shè)立。截至目前，大基金已經(jīng)設(shè)立兩期。對于大基金一期，截至 2018 年已經(jīng)基本投資完畢，投資額度接近 1400 億元。而大基金二期在 2019 年已完成募集，募集規(guī)模約為 2000 億元，主要聚焦集成電路產(chǎn)業(yè)鏈布局投資，重點投向芯片制造以及設(shè)備材料、芯片設(shè)計、封裝測試等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，支持行業(yè)內(nèi)骨干龍頭企業(yè)做大做強。大基金資金導(dǎo)入對企業(yè)研發(fā)將有一定促進作用，能更好的幫助企業(yè)在技術(shù)上進行追趕。

    三、3D NAND技術(shù)趨勢

    早期由于我國集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)落后于先進集團，許多高端產(chǎn)品需要進口來滿足需求。在 2016 年前，中國在存儲芯片市場為 0，而3D NAND 技術(shù)被幾大巨頭所壟斷。長江存儲即是在此背景下成立，其主攻方向為存儲芯片。在國家政策和大基金扶持下，3D NAND 技術(shù)研發(fā)得到支持。長江存儲作為國家存儲器基地的主要承擔(dān)單位，其與中國科學(xué)院微電子研究所聯(lián)合承擔(dān) 3D NAND 存儲器研發(fā)項目。該項目在 2017 年取得了標(biāo)志性進展，32 層 3D NAND 芯片順利通過電學(xué)特性等各項指標(biāo)測試，達到預(yù)期要求。此外，該項目成功實現(xiàn)了工藝器件和電路設(shè)計的整套技術(shù)驗證，向產(chǎn)業(yè)化道路邁出具有標(biāo)志性意義的關(guān)鍵一步。

    在面臨國外領(lǐng)先廠商在技術(shù)壓制情況下，2019 年 8 月長江存儲發(fā)布了 Xtacking2.0，此次優(yōu)化意味著在自主研發(fā)的道路上取得了一些進步。預(yù)計在2.0 版本構(gòu)架下，將有助于提升 NAND 吞吐速率、提升系統(tǒng)級存儲的綜合性能。此外，長江存儲表示將跳過 96 層 3D NAND 技術(shù)，從而直接進入到 128 層技術(shù)研發(fā)。由于公司跳過中間一代技術(shù)節(jié)點，而進入到當(dāng)前領(lǐng)先原廠的研發(fā)節(jié)點上，這將使得公司需要面對更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。新一代技術(shù)的研發(fā)將加快縮小與先進集團之間的距離，也有助于打開國家市場，打破外資壟斷的局面。

    長江存儲是我國 3D NAND 技術(shù)上的龍頭企業(yè)，其基于 Xtacking 構(gòu)架的 64 層產(chǎn)品而長江存儲僅有 64 層產(chǎn)品，但我國與國外領(lǐng)先原廠的距離已經(jīng)在逐步縮小。此外，長江存儲已推出 Xtacking2.0 且直指 128 層 3D NAND 技術(shù)，這將有助于加快對先進技術(shù)的追趕。已經(jīng)量產(chǎn)。雖然國際領(lǐng)先原廠已經(jīng)量產(chǎn) 96 層 3D NAND 產(chǎn)品并向下一代產(chǎn)品進行研發(fā)。

    5G 通信所激發(fā)的換機潮和數(shù)據(jù)流爆發(fā)將會致使 NAND Flash 需求上升。就手機而言，一方面 5G 網(wǎng)絡(luò)使得用戶體現(xiàn)提升吸引著消費者；另一方面，各種定位的 5G 手機使得各種需求得到滿足。這將激發(fā)消費者更換手機的欲望。此外，5G 手機所使用的 NANDFlash 容量有所上升，根據(jù)目前所發(fā)布 5G 手機的情況,大部分手機 NAND 容量為 128G 起，容量較 4G 手機有一倍的提升。手機對于 NAND Flash 的需求將會逐步顯現(xiàn)。伴隨著數(shù)據(jù)流量爆發(fā)，IDC 行業(yè)景氣度向上將激發(fā)對服務(wù)器的需求。服務(wù)器、存儲陣列等數(shù)據(jù)中心和企業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域是 SSD 一個重要的應(yīng)用方向。所以，服務(wù)器需求上升將會激發(fā)對 NAND的需求。通信技術(shù)的革新激發(fā) NAND 需求，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入更大的活力。

2021 年全球云數(shù)據(jù)中心流量流向預(yù)測

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2016-2021年全球數(shù)據(jù)中心流量及預(yù)測

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2016-2021年云數(shù)據(jù)中心流量及預(yù)測

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國集成電路行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展趨向分析報告》數(shù)據(jù)顯示：預(yù)估 2019 年 NAND Flash 市場衰退 27%，但這種情況將在 2020 年得到扭轉(zhuǎn)，預(yù)計市場將迎來 19%的年成長。

NAND Flash 價格走勢

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