中金 | 半导体存储器：产业转移塑新格局，技术&应用变革创新机遇（一）_财富号

存储器2020年全球市场规模为1175亿美元，是半导体的核心器件之一，需求侧除了传统PC及移动端产品外，随着AIOT产业规模增长、服务器单台存储容量需求的提升、汽车智能化的演进，我们认为其有望贡献持续的增长动能。供给端存储行业具有高技术高资产投入壁垒，在各个细分领域全球的厂商都相对比较集中。同时我们也看到国内存储厂商在部分细分领域无论产品端还是客户端都已经取得了较大的突破，有望逐步成为国际一线供应商。

摘要

存储器是半导体核心器件，技术及资金投入壁垒较高，其两次产业转移伴随着厂商竞争格局重塑与行业集中度提升。存储器是半导体重要分支之一，2020年在全球半导体市场中占比约27%，其中DRAM和NAND Flash占据较大份额。历史上看，存储行业产能已历经由美国向日本、日本向韩国的两次转移，伴随着主流厂商更迭，存储巨头通过收购重塑了竞争格局，市场集中度也逐步提高。

下游应用以智能手机、服务器等为主，未来云数据中心、车用市场及AIOT等新应用有望贡献主要增长动能。存储行业中以内存DRAM与NAND闪存占据90%以上市场，其中DRAM下游以移动端、服务器与PC为主，NAND下游以智能手机与企业级SSD为主。从增速来看，DRAM下游以车用领域、服务器的单位容量增长最为明显，智能手机、PC、服务器出货量方面未来三年呈微幅增长趋势；NAND下游的增长主要源于企业级SSD的成本下探逐步替代HDD，SSD出货量持续上升，另一方面5G手机搭载的NAND容量也有所提升，随5G手机的渗透率进一步提升，我们认为智能手机的NAND市场规模有望进一步扩大。

新技术需求赋予国内厂商追赶机遇。制程节点进入20nm以后，存储器制造难度大幅提升，现有解决方案包括向三维空间拓展（NAND）、投入EUV设备（DRAM）以及相关新型存储的研发，技术的突破具有不确定性。在新技术的领域研发上，国有厂商与三大巨头均处于探索阶段，我们认为国内厂商有望抓住产业革新机会迎来快速发展机遇。

风险

下游需求不及预期；国内厂商设计/工艺进展不及预期；中美贸易摩擦加剧。

正文

存储器：核心半导体器件，高壁垒高集中度

全球半导体占比约27%，市场规模高速成长

从市场角度看，存储器是半导体行业中集成电路的子行业，2020年存储器的全球市场规模为1175亿美元，同比增长6.4%，在全球半导体市场中占比27%。

图表1：2020年存储芯片占全球半导体市场的27%

资料来源：WSTS，IC Insights，中金公司研究部

图表2：全球半导体存储器芯片规模及预测

资料来源：WSTS，中金公司研究部

存储行业产能由美国转移至日韩，行业竞争格局不断重塑

全球半导体产业已历经两次大规模转移，伴随着存储芯片的主流厂商更迭。1950年代，半导体诞生于美国硅谷，在半导体发展初期，美国把控着整个半导体产值，在全球的领先地位显著，以英特尔为首的半导体厂商最初的核心业务为SRAM、DRAM等存储芯片。在1950-1970年间，日本不断学习美国的半导体技术，同时经济实力与科技实力不断崛起，1970年代举国攻克半导体重点产业，投入大额资金设立超大规模集成电路技术研究所，攻克DRAM技术，并在DRAM领域实现了对美国相关厂商的超越，以存储器为主的半导体产业逐渐向日本转移，东芝、NEC、日立等厂商在半导体产业中立稳脚跟。此后的第二次半导体转移发生在1990年代初期，日本的经济泡沫使得其难以维继DRAM技术升级与晶圆厂建设的资金需求，在此背景下，韩国三星、海力士等厂商在政府的资金支持下，加大对DRAM的研发技术及产量规模，在DRAM行业实现了逆袭。此外，面临人力成本高昂，美国、欧洲等半导体厂商将IDM模式的部分代工、封测业务向劳动力更为密集的韩国与中国台湾转移。目前我国正承接第三次转移，在过去的二十多年里，我国获取了部分国外半导体的封装、制造业务，并通过长期引进外部技术，培养新型技术人才，完成了半导体产业链的原始积累。回顾半导体的发展进程，存储芯片在整个半导体中占有非常重要的地位，在前期的发展阶段属于规模最大的单一品类，占据全球半导体市场规模的20%~35%。从产能供应端总结而言，存储器的产能变迁主要经历了三个阶段：1）1950年代起存储芯片产能由美国厂商主导，主要厂商包括英特尔、德州仪器与美光等；2）1980年代产能逐步转移至日本，在1990年代初期日本产能份额达到最高，主流厂商为NEC、日立和富士通等；3）此后存储逐步转移至韩国市场，2000年后整体存储市场由韩国厂商主导，以韩国三星、SK海力士两大厂商为主。

图表3：全球半导体的发展与转移

资料来源：立鼎产业研究院，《芯路》冯锦锋郭启航（2020），中金公司研究部

图表4：全球半导体销售额各地区占比变化

资料来源：WSTS，中金公司研究部

图表5：美国、日本、韩国存储业务变迁

资料来源：JB press，中金公司研究部

存储巨头通过收购快速扩大市场份额，行业竞争格局不断重塑。半导体产业具有高技术门槛、更新迭代速度快、研发周期长且研发投入大的特点，对于大企业而言，进行并购可以快速集成最新技术，降低研发失败的风险，并且是能实现快速占领市场，消灭竞争对手的途径。根据存储在线信息，我们梳理了最近20年来存储行业超过十亿级（美元）的并购案，存储行业的并购涉及金额数量大，也体现了存储行业的重资产特征。行业领先厂商通过不断的并购提高市场份额，重塑行业竞争格局。

DRAM市场经历了一系列并购与重组后形成三足鼎立的格局。2000年前后，DRAM市场格局发生巨变，1998年德州仪器将存储业务卖给美光，退出DRAM市场；1999年IBM将合资工厂出售给东芝，退出DRAM市场；1999年，日立与NEC合并了他们的DRAM业务，成立尔必达存储器，且在2003年吸收三菱电机的DRAM业务；1999年韩国现代半导体与LG半导体合并，并于2001年从现代集团完成拆分，将公司名改为海力士；2001年东芝将DRAM卖给美国美光，至此日本DRAM厂商仅剩下尔必达一家，全球DRAM市场逐渐由海力士、三星和美国美光主导，CR3超过60%。2010年前后，DRAM市场集中度进一步提升，金融危机时海力士陷入破产边缘，得益于韩国财团、中国无锡、SK集团的支持，海力士度过难关，并于2012年更名为SK海力士；2011年DRAM 市场供大于求，价格暴跌，尔必达申请破产后被美国美光收入麾下。目前，DRAM市场主要由韩国三星、SK海力士与美国美光垄断，三大公司市占率超过90%。

通过整合并购，NAND Flash市场集中度逐步提高。2011年NAND Flash市场迎来收购年，LSI收购SandForce，SanDisk 收购 IMFT、苹果收购 Anobit、Fusion-io 收购 IO Turbine。此后几年中收购案例仍不间断，2016年西部数据以190亿美元的价格收购SanDisk，开始形成三星、海力士、英特尔、铠侠（东芝）、西部数据六家公司主导市场的格局，2020年CR6超过98%。

NOR Flash市场相对分散，中国台湾与大陆厂商占据主要市场份额。1988年，Intel公司推出了世界上第一款256Kbit NOR Flash芯片，开创了NOR Flash行业；2009年，龙头厂商飞索宣布进入破产保护；2010年，三星开始不再推出新的NOR Flash，剩下的行业巨头恒忆的NOR Flash业务被美光收购，中国台湾厂商旺宏、华邦电在接收倒闭厂商订单后迅速崛起；2015年Cypress和飞索合并，三星逐渐淡出NOR Flash市场；2017年Cypress和美光均宣布退出低端NOR Flash市场。2017年以后，全球NOR Flash市场逐渐被中国台湾与大陆厂商主导，2020年排名前三的厂商分别是华邦电、旺宏、兆易创新，CR3为63.50%。

图表6：全球存储行业十亿级（美元）以上收购案汇总（1998-2020年）

资料来源：存储在线，中金公司研究部

图表7：全球DRAM市场竞争格局变化

资料来源：iSuppli, McKinsey analysis, 中金公司研究部

图表8：全球NAND Flash市场竞争格局变化

资料来源：iSuppli, McKinsey analysis, 中金公司研究部

图表9：全球NOR Flash市场竞争格局变化

资料来源：iSuppli, Trendforce, 中金公司研究部

DRAM：移动端+服务器+PC为主要需求，服务器/车用市场具备较高成长性

DRAM市场以移动端、服务器及PC三大下游为主。2020年DRAM市场规模663亿美元，根据Trendforce统计，2020年DRAM下游应用领域中移动端占比近39.6%，服务器占比33.9%，PC占比13.1%，三大市场占据全部市场的比例超过85%，剩下的市场主要为用于液晶电视、互联网电视等利基端（7.9%）与用于GPU显卡、电视型游戏机等图形技术市场（5.5%）。DRAM市场主要经历了PC、笔电、智能手机与服务器的推动周期，目前受益于AIOT、云计算、数据中心的需求增长。更长期看，随着自动驾驶的等级提升，单车配备的DRAM容量将大幅提升，我们预计未来车用市场将是DRAM的主要驱动力之一。

图表10：DRAM下游领域的应用及未来变化趋势

资料来源：Trendforce，IDC，美光公告，中金公司研究部

图表11：2005-2020年DRAM市场规模及变化趋势

资料来源：Bloomberg，中金公司研究部

图表12：2020-2026年DRAM下游市场单位容量的变化预测

资料来源：Yole，中金公司研究部

移动端：智能手机内存容量提升为主要驱动力

移动端DRAM中以智能手机及平板为主要应用市场，主要增长动能来源于智能手机搭载的DRAM容量提升。目前移动端市场为DRAM最大下游，占比近40%，智能手机在移动端中占有主要份额。2020年，全球智能手机与平板出货量分别为12.9亿、1.6亿台，据Canalys预测，2022年全球手机出货量预计将达到14.8亿，对应2020-2022E复合增速为7.2%。而在平板端方面，据IDC预测，2021年平板出货量增速约为3.4%，在2022年下降约6%，总体而言2020-2022E出货量略有下降。从每台智能手机搭载的DRAM看，目前应用于手机端的内存通常为LPDDR，以满足低功耗的需求。随着手机软件的不断丰富以及消费者对于运行速度的要求提升，搭载手机的DRAM容量提升为移动端DRAM的主要驱动因素。对于其中细分而言，高端机型的内存搭载容量为8-16G，中低端手机的内存主要为4-6G。据Trendforce预测，2022年智能手机DRAM的位元成长率约15%。

图表13：2012-2022E全球智能手机出货量及预测

资料来源：IDC，Canalys，中金公司研究部

图表14：2012-2022E全球平板电脑出货量及预测

资料来源：IDC，中金公司研究部

服务器：云服务+5G商用+AI产业化三轮驱动

服务器DRAM增长确定性强，预计2020-2024E服务器出货量CAGR约5%，单机搭载内存CAGR超过20%。据IDC数据显示，2020年全球服务器出货量1218万台，预计2024年全球服务器出货量近1500万台，对应2020-2024E增速5.2%。短期内，出货量的增长动能主要来自于云端服务供应商的扩建：近年来，云计算的发展带动了互联网企业对数据中心的大规模建设。中长期看，5G商用化的逐步落地将有望再度拉升服务器需求。相比4G而言，5G具备更高的传输速率、更低的时延、以及高密度连接的特征，将助力物联网、VR/AR、无人驾驶等产业的加速实现。伴随着物联网终端设备的连接数激增，将有不少数据需要在网络边缘分析、处理与储存，边缘计算业务需求的增长成为服务器行业发展的重要动力。长期而言，AI产业化的落地对于服务器算力的要求大幅提升，仅以CPU提供算力的传统通用服务器难以满足AI的高算力要求，CPU+GPU（CPU+FPGA、CPU+ASIC等）架构将提供更强算力，更能满足人工智能计算中对大场景、大计算的需求。随着人工智能时代的来临，我们预计高算力服务器占比有望提升。与此同时，三大驱动力对于服务器处理数据的要求提升，意味着服务器需要搭载更大的内存以提升数据的处理速度。据Trendforce数据，2020年每台服务器平均搭载DRAM容量为382GB，同比增长26.1%。Yole预测2026E每台服务器DRAM平均搭载容量超过1000GB，对应2020-2026E CAGR超20%。

图表15：2017-2024E全球服务器DRAM内存占比提升

资料来源：IDC，Yole，Trendforce，产业信息网，立鼎产业研究院，中金公司研究部

PC端：疫情推动远程办公、在线学习设备需求量提升

疫情带来的线上办公与学习需求提升，PC端出货量迎来复苏，内存容量预计保持10%CAGR平稳提升。2002-2010年全球PC出货量处于快速增长期，2011年达到出货量峰值，此后出货量持续下滑，主要系2009年智能手机的推出引发移动互联网热潮，移动端逐步取代PC端成为人们的主要上网方式，2016年全球PC进入存量替换阶段，出货量保持相对稳定。2020年疫情的爆发催生了远程办公与在线学习场景，为PC端注入了新的增长动力，2020年出货量同比增长13%，据Canalys预测，2021年全球PC出货量将有7%的增长，2020-2025E保持小幅提升趋势，对应CAGR为3%。另一方面，据Yole预测，2020-2026E单台PC搭载DRAM内存容量CAGR约10%。总结而言，PC端需求仍呈上行趋势，增速低于移动端与服务器端。

图表16：2000-2025E全球PC出货量及预测

资料来源：IDC，Canalys，中金公司研究部

车用端：单车DRAM容量有望大幅提升，汽车智能化打开增量空间

目前车用DRAM市场占比约为2%，未来三年车载DRAM市场CAGR预计超过30%。车用DRAM主要应用于车载信息娱乐系统、自动驾驶辅助系统、车载信息系统与数位仪表板四大领域。据TrendForce数据，2019年车用端DRAM仅占整个市场的1.8%，主要系平均一台车的DRAM使用量约4GB，与智能手机单机搭载量相当，但汽车的总量远小于智能手机（2019年全球汽车销量约9000万台vs 2019年全球智能手机出货量13.71亿台），因此从DRAM总消耗量看，目前车用端占据整个市场份额较为有限。但从增长潜力看，Yole与Trendforce的预测数据显示，随着自动驾驶等级的提升，单位车用DRAM位元的增速将超过30%，是下游应用中最具增长潜力的市场。具体来看，自动驾驶汽车对DRAM的需求主要来源车载信息娱乐系统（IVI）和高级驾驶辅助系统(ADAS)：对于车载信息娱乐系统而言，由于功能较为简易，主流DRAM用量仅在1~2GB，随着画质升级、画面传递延时的缩短、影像传输速度的提升，解决方案有向4GB、8GB转进的趋势；对于ADAS而言，智能汽车需要处理和决策来自多个传感器和数据源的数据，需要更大内存容量，目前市面流通的车辆仍以L1~L2为主，因此DRAM用量仍较低，往后随自驾等级往L3以上发展，车辆须具备整合传感器捕获的大量信息并即时作出判断的能力，将带动DRAM的内存容量大幅提升，并且规格从DDR3往LPDDR4/4X与LPDDR5演进。

图表17：自动驾驶汽车对DRAM容量的需求

资料来源：China Flash Market，中金公司研究部

图表18：2020-2030E自动驾驶汽车各等级渗透率预测

资料来源：China Flash Market，中金公司研究部

图表19：2019-2023E汽车平均DRAM用量及预测

资料来源：Trendforce，中金公司研究部

NAND Flash：智能手机+企业级SSD为主要市场，云服务&5G助推下游需求提升

从下游市场看，NAND Flash主要应用于手机与固态硬盘（SSD）领域。据产业信息网数据显示，2019年NAND Flash下游应用终端中手机占比48%，SSD占比43%，两者合计占据90%以上份额，其余市场由游戏机（3%）、平板（2%）与USB（2%）组成。过去15年间，NAND Flash作为搭载高容量的存储器，伴随着智能手机单机容量提升及数据存储量的高速增长，已从100亿美元的市场扩展至500亿美元以上。展望未来，我们预计5G与云服务将为智能手机与SSD市场注入新的发展动力，NAND Flash容量仍将呈现将高速扩容态势，市场规模也将保持较高速增长趋势。据前瞻产业研究院预测，2026年全球NAND FLASH将超过1000亿美元，对应2020-2026E复合增速约10%。

图表20：2019年NAND Flash下游产品占比

资料来源：产业信息网，中金公司研究部

图表21：2005-2020年全球NAND Flash市场规模（亿美元）

资料来源：Bloomberg，中金公司研究部

SSD市场：疫情加速云服务兴起，企业级SSD市场进一步扩容

线上云服务需求提升带动数据存储需求增长，SSD市场有望迎来快速增长期。据艾瑞咨询统计，2020年全球SSD（固态硬盘）出货容量184EB，同比增速超50%，主要受益于NAND Flash技术的进步推动单位固态硬盘的平均容量与SSD出货量的双重提升。2020年受疫情催化，云服务的需求加速提升，线上视频、人工智能、智能医疗、智能监控、智能交通等领域蓬勃发展，企业、政府端对于数据中心的建设投资需求大幅提升，存储数据的容量需求迎来进一步扩容。目前外存设备以HDD机械硬盘与SSD固态硬盘两大类为主，相比而言，HDD因具有更低的价格与更高的存储容量在过去一直占据主要份额，SSD价格更为高昂，而随着SSD成本的不断下探，SSD出货量正实现对HDD的逐步替代。据TrendFocus数据，2020年SSD总出货量为3.3亿块，同比增加20.8%，同期HDD出货2.59亿块，同比减少18%，SSD出货量首次超过HDD。价格方面，据艾瑞咨询数据，2020年SSD每TB单价下降至128美元，平均每年降价幅度超过30%，目前约为机械硬盘单价的6倍，艾瑞预计2026年SSD单位存储成本有望与HDD持平，此后有望低于HDD。我们预计伴随着SSD成本逐渐逼近HDD，SSD有望在数据存储数据需求提升的背景下迎来高速成长。

图表22：2016-2023E全球SSD出货容量及预测