半導(dǎo)體存儲器超越硬盤,成為全球主流存儲器。2015年全球硬盤驅(qū)動器(HDD)的市場銷售額約300億美元,而半導(dǎo)體存儲器的銷售額接近800億美元,半導(dǎo)體存儲器是全球最主流的存儲器。隨著固態(tài)硬盤(SSD)的普及,將進(jìn)一步侵蝕HDD的市場,半導(dǎo)體存儲器的市場地位將越來越高。
在半導(dǎo)體產(chǎn)品中,存儲器所占比重達(dá)到20%以上,是重要的半導(dǎo)體產(chǎn)品類型。2015年全球半導(dǎo)體市場銷售額為3352億美元,其中存儲器的銷售額為772億美元,存儲器在半導(dǎo)體產(chǎn)品中的占比為23%。中國作為全球電子產(chǎn)品的制造基地,一直以來都是存儲器產(chǎn)品最大的需求市場,根據(jù)賽迪顧問的研究,2015年中國大陸地區(qū)的半導(dǎo)體存儲器市場規(guī)模為2843億元(約400億美元)。
半導(dǎo)體存儲器市場被三星、海力士、美光等寡頭壟斷
半導(dǎo)體存儲器是一個高度壟斷的市場,其三大主流產(chǎn)品DRAM,NAND Flash,NOR Flash更是如此,尤其是前兩者,全球市場基本被前三大公司占據(jù),且近年來壟斷程度逐步加劇。以DRAM和NAND兩種主要存儲芯片為例,2016年第一季度,DRAM市場93%份額由韓國三星、海力士和美國美光科技三家占據(jù),而NAND Flash市場幾乎全部被三星、海力士、東芝、閃迪、美光和英特爾等六家瓜分。
(一)DRAM:全球市場規(guī)模約410億美元
目前DRAM行業(yè)基本被三星,海力士,美光三家壟斷了95%以上的市場。2014年,三星、海力士在先進(jìn)制程上表現(xiàn)出眾,三星(Samsung)已大規(guī)模采用 20nm 工藝,毛利達(dá)42%,SK 海力士則以25nm 工藝為主,毛利率達(dá) 40%,兩者獲利能力皆進(jìn)一步提升,而美光的工藝則仍以30nm 制程為主,毛利率約為24%,遠(yuǎn)低于前兩家,故DRAM市場的壟斷格局有加劇之勢,尤其是三星,由于率先進(jìn)入20nm量產(chǎn)時代,成功銷售不少高附加價值產(chǎn)品,2015年DRAM市場雖略有萎縮,但三星的營業(yè)收入反而逆勢生長,突破200億美元大關(guān),并連續(xù)24年蟬聯(lián)DRAM半導(dǎo)體全球市占率第一。
在移動DRAM市場上,三星與海力士的市占率超過80%,呈現(xiàn)壓倒性優(yōu)勢。
(二)NAND Flash: 全球市場規(guī)模約300億美元
NAND的壟斷形勢比DRAM更加嚴(yán)重,三星依然是行業(yè)龍頭,連續(xù)多年市占率維持在35%左右,東芝則和閃迪聯(lián)手,共同奪得了NAND領(lǐng)域第二的位子,市占率一般保持在30%左右;美光則擁有英特爾的幫助,排行第三;海力士在2011年市占率超過了美光,之后則將重心放在了DRAM方面,2012-14年連續(xù)三年排第四。上述四家公司壟斷了整個NAND市場,且壟斷程度呈上升趨勢,2011年到2014年期間,四大寡頭的NAND市占率由91.3%上升到了99.2%。
(三)NOR Flash: 全球市場規(guī)模約30億美元
相對DRAM和NAND來說,NOR市場要小的多,分散程度也更大,目前市場主要由美光、飛索半導(dǎo)體(被Cypress收購)、旺宏、三星、華邦、兆易創(chuàng)新、宜揚科技七家主導(dǎo),前五家屬于IDM模式,后兩家屬于Fabless模式,其中兆易創(chuàng)新是我國唯一一家在主流存儲器設(shè)計行業(yè)掌握一定話語權(quán)的企業(yè),其在NOR Flash領(lǐng)域進(jìn)步飛速,2012年還僅占市占率的3.4%,到2013年已躍居11%,位列全球第四。
紫光聯(lián)手武漢新芯,加快國內(nèi)存儲器發(fā)展
(一)發(fā)展存儲器產(chǎn)業(yè)意義重大,彎道超車機遇難得
半導(dǎo)體存儲器芯片行業(yè)是一個高技術(shù)壁壘,高資金壁壘,高度壟斷的“三高”行業(yè),粗看上去,是一個難以啃下的硬骨頭,國家這兩年砸下重金發(fā)展存儲器,能否實現(xiàn)存儲器的國產(chǎn)化目標(biāo)值得探討。本章我們將從戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義兩個角度來分析我國發(fā)展存儲器的必要性,并論述我國為什么要選擇此時大力發(fā)展存儲器行業(yè)。
(二)未來布局:三龍頭重點突破
半導(dǎo)體企業(yè)在建設(shè)初期都有“燒錢”的特征,而存儲器更是整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中資本壁壘最高的一個環(huán)節(jié),根據(jù)調(diào)研機構(gòu)Semiconductor Intelligence數(shù)據(jù),存儲行業(yè)是整體半導(dǎo)體資本支出最高的領(lǐng)域,2015年資本支出占整個行業(yè)的38%。三星在2015年規(guī)劃中,半導(dǎo)體相關(guān)資本支出高達(dá)151億美元(其中DRAM占64億,NAND占47億),同比增長13%;海力士為51億美元(38億用于DRAM,13億用于NAND),同比增長12%,美光近年來在DRAM方面與三星和海力士,NAND方面與三星,東芝的差距越來越大,為了扭轉(zhuǎn)這一局面,美光加大新型存儲器研發(fā)力度,2015年資本支出規(guī)劃為38億美元,同比增長186%。
為避免資源過度分散而造成浪費或非必要競爭,我國應(yīng)在存儲器領(lǐng)域重點上培育1-2個龍頭企業(yè),既重視技術(shù)研發(fā),也重視資本運作。在國家政策的引導(dǎo)下,企業(yè)強強聯(lián)合,走以資本為紐帶的虛擬IDM道路,上中下游龍頭公司緊密合作,共同發(fā)展。目前,國內(nèi)已形成三方重點力量發(fā)展存儲器,力爭在數(shù)年或十?dāng)?shù)年內(nèi),實現(xiàn)存儲器的國產(chǎn)替代,并占據(jù)一部分海外市場。
(三)紫光集團(tuán)收購武漢新芯,設(shè)立長江存儲
2015年11月,紫光國芯(原同方國芯)發(fā)布A股有史以來最大定增額度預(yù)案,將在存儲器領(lǐng)域投入932億資金(其中募集資金600億)建設(shè)存儲芯片工廠,主要用于生產(chǎn)閃存芯片。2016年2月,紫光國芯發(fā)布公告,將以37.9億人民幣的價格認(rèn)購力成科技25%的股份,并以23.4億人民幣認(rèn)購南茂科技25%的股份。力成和南茂都是半導(dǎo)體存儲器領(lǐng)域的主要封測廠,紫光布局存儲器的意圖非常明確。
2016年3月,大基金與湖北省集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司、國開發(fā)展基金有限公司、湖北省科技投資集團(tuán)有限公司簽署協(xié)議,投資240億美元助推武漢新芯重點開發(fā)3D NAND存儲器。
2016年7月26日,長江存儲科技有限責(zé)任公司(簡稱長江存儲)正式成立。公司注冊資本分兩期出資,一期由國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司、湖北國芯產(chǎn)業(yè)投資基金合伙企業(yè)(有限合伙)和湖北省科技投資集團(tuán)有限公司共同出資,并在武漢新芯的基礎(chǔ)上建立長江存儲。趙偉國任長江存儲董事長,丁文武和楊道虹任副董事長,王繼增任監(jiān)事長,楊士寧任總經(jīng)理。武漢新芯將是長江存儲的全資子公司。二期將由紫光集團(tuán)和國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司共同出資。紫光集團(tuán)將持有武漢長江存儲科技有限公司超過50%的股份,而其他股份由國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金以及武漢市政府支持的一家基金所持有。
長江存儲將以武漢新芯現(xiàn)有的12英寸先進(jìn)集成電路技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)制造能力為基礎(chǔ),繼續(xù)拓展武漢新芯目前的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)布局,并著力發(fā)展大規(guī)模存儲器。長江存儲將共享紫光和武漢新芯的資金平臺、研發(fā)技術(shù)、市場渠道,從而極大提升企業(yè)的發(fā)展速度,其主要產(chǎn)品為3D NAND,未來將以芯片制造環(huán)節(jié)為突破口,集存儲器產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、晶圓生產(chǎn)與測試、銷售于一體,成為我國NAND閃存發(fā)展的排頭兵。
(四)福建晉華攜手臺灣聯(lián)電,兩岸共謀DRAM大計
2016年5月,福建晉華集成電路有限公司宣布與聯(lián)電合作,此次合作將結(jié)合臺灣的半導(dǎo)體制造能力,及中國大陸的市場與資金,由聯(lián)電在臺灣進(jìn)行32納米制程技術(shù)研發(fā),由晉華提供DRAM特用設(shè)備,并依開發(fā)進(jìn)度支付技術(shù)報酬金為開發(fā)費用,成果將由雙方共同擁有。雙方合作開發(fā)的技術(shù),主要應(yīng)用在利基型DRAM生產(chǎn)。
7月16日,福建省晉華存儲器集成電路生產(chǎn)線在泉州市晉江舉行開工奠基。該項目一期投資達(dá)370億元,預(yù)計2018年9月形成月產(chǎn)6萬片12英寸內(nèi)存晶圓的生產(chǎn)規(guī)模,預(yù)計年銷售額12億美元,主要用于生產(chǎn)利基型DRAM,而項目的二期工程將在五年內(nèi)擴產(chǎn)至月產(chǎn)12萬片的規(guī)模。
此次合作選擇先以利基型DRAM作為突破口,原因主要有兩個,一是因為其技術(shù)開發(fā)相對容易,二是因為此類DRAM企業(yè)特殊應(yīng)用的小眾市場,通常三星,海力士將重點放在標(biāo)準(zhǔn)型DRAM上,對于利基型DRAM并沒有固定的生產(chǎn)線,而是根據(jù)市場需求來做調(diào)整安排,若晉華聯(lián)電能專心做好利基型DRAM,專為這一部分市場服務(wù),無疑將更容易贏得客戶的信賴,有利于打開整個DRAM市場。
(五)合肥政府多方布局,意圖發(fā)展DRAM
合肥政府一直非常重視半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,早在2013年10月,合肥市政府就出臺了《合肥市集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2013~2020年)》,規(guī)劃中提到,合肥將重點發(fā)展芯片設(shè)計業(yè)和特色晶圓制造,并計劃到2020年,要建設(shè)3~5條特色8英寸或12英寸晶圓生產(chǎn)線,實現(xiàn)綜合產(chǎn)能超10萬~15萬片/月。
2015年4月,合肥面板龍頭京東方傳出要切入DRAM領(lǐng)域,并于10月宣布要與兆基科技合作研發(fā)DRAM技術(shù),后者是一家DRAM設(shè)計公司,由曾經(jīng)的DRAM市場龍頭企業(yè)爾必達(dá)(2012年被美光收購)部分團(tuán)隊成員成立。
2016年2月,據(jù)日本NHK報道,合肥政府傳出將與兆基科技合作,由合肥政府初期將投入 8000億日圓(約460億人民幣),兆基科技則負(fù)責(zé)工廠設(shè)備引進(jìn)和生產(chǎn)計劃制定,目前廠房已經(jīng)在建設(shè)中,第一步是設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)科技所需的低耗電DRAM芯片。力爭2018年投入生產(chǎn),預(yù)計投產(chǎn)后月產(chǎn)可達(dá)10萬片。
10月20日,合肥長鑫集成電路有限責(zé)任公司長鑫12寸存儲器晶圓制造基地項目第一次環(huán)評公示,揭開合肥發(fā)展存儲器的真面目。該項目投資額為494億元,產(chǎn)能為150萬片/年的12寸存儲器芯片。
技術(shù)變革時期,新型存儲器或助中國彎道超車
我們認(rèn)為大陸發(fā)展半導(dǎo)體存儲器存在三大挑戰(zhàn):
1)存儲器進(jìn)入壁壘高:傳統(tǒng)的DRAM,NAND Flash,NOR Flash已經(jīng)是一個高度壟斷的市場,而且資金、技術(shù)門檻極高,三、四家龍頭公司霸占了全球90%以上的市場,這樣的市場進(jìn)入壁壘極高。
2)存儲器技術(shù)進(jìn)步快,追趕壓力大:存儲器技術(shù)按照摩爾定律發(fā)展,每1~2年技術(shù)進(jìn)步一代,三星、美光等領(lǐng)頭羊的量產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步,大陸在技術(shù)、人才非常落后的情況下追趕的難度可想而知。
3)海外技術(shù)封鎖:半導(dǎo)體技術(shù)是信息技術(shù)的核心,是美日等國對大陸技術(shù)封鎖的主要領(lǐng)域,大陸企業(yè)在需求海外收購和技術(shù)合作方面存在困難。紫光集團(tuán)通過收購美光等海外企業(yè)或與海外企業(yè)合作開發(fā)存儲技術(shù)的努力迄今未取得很大的進(jìn)展(不排除后續(xù)取得較大突破的可能性)。
同時,大陸發(fā)展存儲器也面臨三大機遇:
1)大陸發(fā)展存儲器產(chǎn)業(yè)的堅定決心:無論是從信息安全,還是芯片國產(chǎn)化的角度,大力發(fā)展存儲器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為共識。紫光國芯的800億定增,武漢新芯的240億美元投資等,都表明了大陸發(fā)展存儲器的堅定決心。
2)存儲器產(chǎn)業(yè)迎來變革,提供彎道超車機會:傳統(tǒng)2D結(jié)構(gòu)的DRAM和Flash技術(shù)在成本、性能等方面存在不足。3D NAND已經(jīng)量產(chǎn),3D DRAM、PCM,3D XPoint,RRAM,MRAM等各類新存儲器技術(shù)日益成熟,有望取代傳統(tǒng)DRAM和Flash 成為主流的半導(dǎo)體存儲器。
3)新型存儲器領(lǐng)域的差距小,有望打破行業(yè)壟斷局面:最近10多年來,大陸的高校、研究所、企業(yè)等機構(gòu)在PCRAM、RRAM、3D NAND等新型存儲器領(lǐng)域不斷取得進(jìn)步,與全球頂尖機構(gòu)的差距較小,有望成為彎道超車的突破口。以PCRAM為例,中科院上海微系統(tǒng)所與中芯國際合作開發(fā),具有自主知識產(chǎn)權(quán)的打印機專用相變存儲器芯片年出貨量已達(dá)到千萬顆的規(guī)模,處于全球領(lǐng)先行列。
在大力發(fā)展存儲器芯片的過程中,我們認(rèn)為,應(yīng)好好利用當(dāng)前存儲技術(shù)的變革時期,著力發(fā)展具備自主知識產(chǎn)權(quán)的新型存儲器,或許能夠?qū)崿F(xiàn)存儲器產(chǎn)業(yè)的彎道超車。在新型存儲器方面,應(yīng)重點發(fā)展3D NAND、3D DRAM、PCRAM和MRAM,并密切關(guān)注英特爾和美光的3D Xpoint技術(shù)量產(chǎn)進(jìn)度,以及三星、海力士、東芝等龍頭企業(yè)的研發(fā)動向。