中国半导体存储行业未来50年发展路线图

存储器产业芯片国产化之路迈出的重要一步：芯片国产化是中国政府在信息安全自主可控政策领域的实践领域之一，作为信息技术的基础产业，半导体集成电路持续得到国家政策的扶持，近期从国家层面到地方层面的政策及资本的持续也是持续不断。

全球产业处于周期性底部有利于新生力量的崛起：尽管仍2016年第事季度起存储器行业的产品价格出现了回升，但是行业整体仍然处二周期性底部的位置，市场主要厂商三星、海力士、美先等在资本开支产能扩张方面依然较为谨慎，而我们讣为在智能秱劢终端需求、数据中心服务器需求以及固态影片需求带劢的情况，DRAM和NAND Flash市场均有逐步仍供过二求向供给丌足转秱的趋势，而在这种行业周期性底部有转发趋势的情况下，中国大陆地匙的逆周期投资有望推劢国内厂商成为市场内崛起的新生力量。

一、存储器是系统的核心基础部件

存储器(Memory)，顾名思义是在电子计算机系统中用于存放信息的器件。任何电子计算机系统在运行的过程中，包括输入的原始数据、程序本身、中间运行结果和最终运行结果都需要保存在存储器中。存储器是电子系统的基础核心部件之一，是系统正常运作的保障。

(一)存储器的发展伴随着电子计算机的历程

存储器的发展几乎是伴随着电子计算机的发展历程而来的。在发展之初，采用汞线延迟线来进行信息的存储和读写，之后采用磁性材料，再到光学材料等存储器设备，尽管获得了较大的改善，但是仍然面临体积庞大、性能有限的挑战，对应用领域的拓展造成了不小的阻碍。

得益于集成电路技术的发展与成熟，采用半导体集成电路方式制造的存储器IC芯片获得了广泛的采用。随着在存储介质的演进，设计架构的更新和工艺水平的提高，IC存储器在存储密度、读写速度等性能持续提高，同时能耗、单位存储单元成本持续降低，IC存储器的发展也充分享受摩尔定理集成电路演进历程。

　　图1：存储器的収展历秳

纵观整个发展历程我们看到，1967年科技巨头IBM提出DRAM规格以及之后的持续演进使其成为了目前包括PC、服务器、手机、车载等终端产品内存行业的 主要技术。1984年舛冈富士雄博士提出了Flash Memory技术以及之后演进中Intel提出的NOR和东芝提出的NAND架构形成了目前外设存储器的主流。上述两项技术的提出对于现代的半导体集成电路存储器产业形成了深远的影响。

(二)半导体存储器芯片的核心分类：DRAM和Flash Memory

从 上述的研究我们可以看到，存储器经历了与电子计算机几乎一样长的发展历程，包括磁盘、光盘、IC工艺材料等不同产品已经形成了在不同应用领域中成熟有效的 应用分工。存储器的分类方式很多，按照存储介质分类来说，通常可以分为半导体IC存储器、磁性存储器和光存储器等，在本报告中，我们聚焦在半导体IC存储 器，关注存储器芯片行业。

半导体存储器按照断电后数据信息是否能够保留可以分为两个大类，易失性存储器和非易失性存储器，前者在外部电源切断后，存储器内的数据也随之消失，代表产品是DRAM，而后者则能够保持所存储的内容，代表产品是FlashMemory。

　　图2：半导体存储器的分类

DRAM作为易失性存储器产品的代表，主要用于各类PC、服务器、工作站的内部存储单元，凭借其在存取速度和存取容量方面的折衷性能，实现在核心处理器和外部存储器之间形成缓存空间。随着移动终端的迅速发展，DRAM在智能手机中的应用规模也在持续加大。

Flash Memory作为非易失性存储器的代表，主要应用于存储卡、U盘、SSD固态硬盘、移动终端的内部嵌入式存储器等，其可快速读写不丢失以及可集成的特性，使得其在移动终端及便携式移动存储器产品中有着广泛的应用场景。

(三)未来存储器芯片的方向：相变存储器(PCM)

传 统的半导体集成电路存储器无论是DRAM还是Flash，其基本原理均是通过对于电荷的多寡形成的电势高低来进行“0”和“1”的判断，进而实现信息的存 储。产业对于存储器结构和原理的研究始终没有停歇，近期，各研究机构及资本市场热点关注相变化存储器(PhaseChange Memory，简称PCM)。该存储器非易失真原理与Flash的浮动栅锁住电荷原理不同，是通过施加特定电流使硫族化物玻璃(目前多数为GeSbTe合 金)在晶态和非晶态两相之间改变，由于晶态和非晶态的电阻特性不同，电路通过读取不同电阻值来获取存储的数据。

如 图所示，施加强电流并快速淬火，使硫系化合物温度升高到熔化温度以上，经快速冷却，可以使多晶的长程有序遭到破坏，实现晶体向非晶体的转换，通常用时不到 100ns;施加中等强度的电流，硫系化合物的温度升高到结晶温度以上、熔化温度以下，并保持一定的时间，实现晶体向非晶体的转换。

图3：晶体不非晶体相于转换

　　图4：GeSbTe加热原理

PCM 可以直接改变操作位的数据而不需要单独进行擦除步骤，减少了写操作的开销，并且直接读取电阻值判断大小，有效提高读取速度。由于Flash的浮动栅存储结 构尺寸难以缩减，这是因为浮动栅级的厚度是一定的，而PCM不需要存储电子元件，因此它没有电子元件存储的扩展问题，尽管同样采用了半导体平面化工艺来实 现器件的生产加工，PCM的存储密度可以做得更大。

　　表1：存储器产品类型的特性比较

上 表中可以看出与DRAM相比，尽管读写速度略低，但是PCM是一种非易失性的存储器，而与NANDFlash相比，PCM则在读写速度和可靠性方面具有优 势，并且有很小的理论工艺制程可以做到更高的存储密度。随着PCM的技术进步带来单位成本的下降，与DRAM和Flash产品可以形成优势互补，甚至做到 超越，目前PCM已经被部分厂商应用于实际的产品中，是一项具备未来发展潜力的技术。

二、中国存储器产业：任重而道远的崛起之路

尽管中国集成电路产业经过了20多年的发展已经逐渐在全球市场中形成了竞争力，但是中国大陆厂商在全球的市场占有率仍然有限，尤其是在存储器行业中国内企业在参与度很低。从中国政府对于信息安全进而带来的芯片国产化进程中，存储器行业集成电路的基础器件之一，受到了国家的高度重视，各地多笔大规模的投资显示国家希望在存储器行业拓展竞争力的态度。

(一)基础薄弱，发展迅速，国产化依然空间可观

中 国集成电路产业的发展起始于上世纪90年代初，经过了20多年的发展，已经初步形成了完善的产业链体系，部分子行业内拥有了全球的竞争力，根据统计数据显 示，2015年全年中国集成电路行业的市场规模为11，024亿元人民币，达到全球市场的62%。同时我们也需要注意到，中国大陆的半导体企业产值在全球市场的占比仍然较低，国产化程度仍然有待提高。

从存储器行业看，2015年中国集成电路存储器市场规模超过2，800亿元人民币、占中国半导体销售收入的25%以上，占全球存储器市场59%。

(二)国家产业政策驱动大手笔投资，崛起之路任重道远

由 于存储器行业整体的产品同质化带来的规模效应显著，行业呈现了寡头垄断的竞争格局，从前面的分析我们可以看到，中国大陆的存储器厂商尚未形成全球市场的竞 争能力。在国家的“芯片国产化”产业政策的推动下，中央政府和地方政府在产业内的投资助推国内存储器产业崛起，市场环境及竞争状况注定了中国企业的未来崛 起之路任重道远。

1、中国存储器厂商稳步推进

在DRAM领域，仅有IC晶圆代工、封测厂商提供少量的服务，而DRAM市场的IDM模式占比持续增加的情况下，目前国内企业在DRAM市场的参与度有所降低。

在FlashMemory行业中，目前中国国内企业中在2015年完成股权转让给紫光国芯的西安紫光国芯半导体有限公司(前称“西安华芯半导体有限公司”)以及拟上市的北京兆易创新科技股份有限公司具备了行业内的竞争力。

西 安紫光国芯半导体有限公司(前身“西安华芯半导体有限公司”)，是由原奇梦达科技(西安)有限公司2009年5月改制重建的基础上发展起来的。公司 2003年作为德国英飞凌科技存储器事业部在西安成立，在2006年，伴随着存储器事业部从英飞凌科技全球拆分上市成为奇梦达科技，奇梦达科技(西安)有 限公司也随之成立并开始作为一家独立的公司运营。2009年，浪潮集团收购原德国奇梦达科技(西安)有限公司进行改制重建并更名为西安华芯半导体有限公 司。2015年，紫光集团旗下紫光国芯股份有限公司收购西安华芯半导体有限公司并更名为西安紫光国芯半导体有限公司。

北京兆易创新科技股份有限公司前身“北京芯技佳易微电子科技有限公司”创立于2005年4月，作为一家初创公司主要技术为“超高速静态随机存储器”，经过了 多次股权转让及增资后，公司先于2010年更名为“北京兆易创新科技有限公司”，后于2012年完成股改，目前公司的主要产品是NOR Flash Memory，包括了1.8V和3.3V两个系列，其他还有部分MCU产品和技术服务，2014年公司实现销售收入9.47亿元，其中存储器相关产品的销 售额达到9.31亿元。

2、产业政策投资持续加码，国家意志驱动产业发展

随 着全球化进程的推进，在信息安全方面面临的挑战也日益增加，“棱镜门”事件的爆发，更是将全球各国对于在国家层面的信息安全考量推向了高潮，中国政府也是 借此推出了一系列的政策来加强对于信息安全的把控，“国家信息安全领导小组”的成立标志着我们国家已经将信息安全上升到了国家领导层面，而“芯片国产化” 就是具体表现方式之一。

从芯片国产化具体的实施过程中，存储器行业成为了国家投资的重要方向，其中以国有企业和地方政府为代表的投资项目主要包括了紫光国芯600亿元人民币定增资 金用于Flash Memory的投资建设，武汉新芯拟投资240亿美元打造国内集成电路存储器产业基地，以及一期投资额370亿人民币的福建省晋华存储器集成电路生产线项 目。

2016年7月，紫光集团宣布收购武汉新芯大多数股权后改名为长江存储技术公司，紫光董事长赵卫国将成为这家新控股公司的总裁，清华紫光将拥有长江存储技术公司超 过50%的股权，其余股权的控制方是集成电路产业投资基金和另一家由武汉市政府扶持的基金，共同推进项目的产业化进程。

除了以国有企业和地方政府为投资主体的存储器项目外，我们还关注到海外厂商在国内存储器领域的投资，2015年10月，英特尔公司宣布投资55亿美元将大连 工厂建设为世界上最先进的非易失性存储器制造工厂。根据英特尔投资金额与大连厂的产能建设来评估，DRAMeXchange初步预估每个月至少可布建 30，000-40，000片的3D-NANDFlashMemory。

3、市场供求关系有利国内企业加入竞争格局

从市场供求关系的角度看，在经过了行业过去两年的下行周期后，DRAM和NANDFlash的市场格局均逐步由供过于求的局面转向了供给略显不足的趋势。

从供给端看，根据Digitimes的数据显示，DRAM行业的主要厂商韩国三星和海力士均在2016年不同程度的降低了资本开支计划，主要的资本投入将会 涉及制程节点的提升而不是产能的直接扩张，美光科技尽管仍然保持了资本开支计划规模，但是他们的主要投资方向也是提升技术实力以应对产业竞争。 NANDFlash，包括三星、海力士、美光/英特尔仍然保持了部分的资本开支以期在3DNAND Flash方面保持产能扩张的趋势。根据WSTS的预测，2016~2017年，全球DRAM市场的供给增长速度维持在25%左右，而NANDFlash 的供给增长则约为45%。

从需求端看，我们之前的分析中可以看到，DRAM市场需求的主要驱动因素来自于移动智能终端的需求增长，PC端的下滑速度放缓，而随着IDC等数据中心建设的推动，来自服务器端的内存需求也将保持稳健的成长。

NAND Flash的需求增长主要来自于移动终端以及固态硬盘(SSD)对于传统硬盘的取代趋势。在苹果公司的最近产品发布会上，新款的iPhone7/7Plus最高配置的存储容量已经提升到了256GB，而其他手机厂商的新款手机产品也纷纷提供了更多的存储空间。

SSD市场来看，根据iSuppli预测数据显示，2017年全球市场SSD出货量将会达到2.27亿块，较2012年的3，100万块大幅提升732%，年复合增长率接近50%。