3D NAND FLASH存储芯片行业分析报告.docx

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3D NAND FLASH存储芯片行业分析报告.docx

3DNANDFLASH存储芯片行业分析报告

 

 

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2016年9月

 

正文目录

3DNANDFLASH驱动存储芯片行业重大变局.............................................6

2D到3D:

从平房到楼房......................................................................6

优势明显:

适应小体积、大容量的市场需求..................................................7

全球晶圆厂最大成长动力来自3DNAND......................................................7

三星领跑,差距有限,存在弯道超越机会................................................8

规模量产难度大,目前仅三星能规模量产.................................................9

48层:

2D技术向3D技术最佳的成本效益切换点....................................10

各厂商与三星技术差距仅1~3年,三星霸主地位受挑战.............................10

预计2017年3DNANDFLASH供给约650GB规模.................................10

电脑SSD和智能移动终端驱动行业需求...................................................11

电脑SSD和智能移动终端需求是3DNAND占比最大的需求..................11

智能移动终端需求:

苹果256GB容量率先使用3DNANDFLASH..............12

SSD需求:

3DNANDFLASH已拥有较高市场占有率............................12

SSD市场快速增长,3DNAND占据用户端SSD半壁江山........................12

高容量,高性能,高可靠性:

3DSSD卓越的特性契合高性能数据存储需求.........................................................................................................................13

3DNAND渗透进了企业SSD和消费SSD......................................14

3DNANDSSD助力SSD渗透率逐步超越HDD...................................14

预计2017年需求量达到2.81亿个,产能能得到消化..............................16

存储芯片行业供需状况稳定,过剩概率不大...............................................17

传统上存储芯片市场周期性较为明显..................................................17

资金+技术两大壁垒.......................................................................17

技术变革改变行业周期属性...................................................................19

国家助力、资本协助:

由进口依赖到自产自销......................................20

国内存储芯片情况:

完全依赖于进口......................................................20

预计2017年中国3DNANDFLASH需求量约8000万个......................21

国家引导,资本协助,紫光国芯和武汉新芯加快存储器建设....................22

3DNANDFLASH产业链:

关注封测和材料相关企业.......................22

3DNAND将全面替代2DNAND........................................................22

3DNANDFLASH产业链:

关注材料和封测相关企业...........................23

材料:

关注选择性蚀刻及薄膜沉积产品..................................................23

封测:

TSV(硅通孔)封装技术将成为实现3D结构的关键......................23

3DNANDFLASH浪潮下主要公司分析.....................................34

紫光国芯.........................................................................................35

武汉新芯................................................................................................35

长电科技............................................................................................36

七星电子...................................................................................................36

上海新阳.................................................................................................37

华天科技................................................................................................38

深科技.................................................................................................38

风险提示:

.............................................................................................39

 

图目录

图1:

NANDFLASH营收占半导体存储器市场总额超过30%.................6

图2:

从2DNAND到3DNAND就像平房到高楼.......................................6

图3:

3DNAND类型...........................................................................7

图4:

3DNAND相对2DNAND优势明显.............................................8

图5:

全球晶圆厂最大成长动力来自3DNAND........................................8

图6:

2015年主要原厂NANDFLASH市场份额...................................9

图7:

2016Q1主要原厂NANDFLASH市场份额................................9

图8:

三星:

最早量产的V-NAND闪存.................................................9

图9:

东芝3DNANDFLASH产品占东芝公司NANDFLASH产品比重................................................................................................10

图10:

“光谷”存储器基地NANDFLASH预计产能........................10

图11:

“光谷”存储器基地2020年预计产能分配.............................10

图12:

NANDFLASH未来市场供应量持续增加....................................11

图13:

三星西安厂3DNANDFLASH月产量...........................................11

图14:

3DNANDFLASH占NANDFLASH市场比重2018年达到50%..11

图15:

2016年NANDFLASH产能分布.....................................12

图16:

手机市场内置平均存储容量..............................................12

图17:

全球SSD市场规模...........................................................13

图18:

SSD占存储市场比例及发展趋势..............................................13

图19:

2016Q1SSD全球出货量同比大增30%.........................................13

图20:

全球SSD出货量未来五年翻倍.............................................13

图21:

3DSSD相比2DNAND的优势..........................................13

图22:

三星3DSSD部分产品.......................................................13

图23:

2015年3DV-NANDSSD产量及占比...........................................14

图24:

企业用3DV-NAND占企业用SSD比重........................................14

图25:

消费用3DV-NAND占消费用SSD比重..........................................14

图26:

零售市场240GBSSD与500GBHDD已同价...................................15

图27:

3DNANDFlash提高笔记本电脑SSD渗透率..........................15

图28:

3D-NANDFlash智能机市场和SSD市场2017年预计需求量........16

图29:

2017年3D-NANDFlash供需对比..........................................16

图30:

近半年NANDFlash价格综合价格指数走势.............................20

图31:

3DNANDFLASH行业两大壁垒:

资金壁垒、技术壁垒............22

图32:

美光与英特尔阵营于3DNANDFlash所开发的CellonPeri构造..23

图33:

存储芯片行业未来将保持稳定获利的状态....................24

图34:

我国集成电路进口额................................................25

图35:

中国进口的存储芯片占55%的全球市场份额..............................26

图36:

中国存储芯片市场规模未来几年将迅速扩大.................................27

图37:

紫光国芯存储类芯片工厂示意图.........................................28

图38:

武汉“光谷”国家存储器规划蓝图...............................................30

图39:

3DNAND将全面替代2DNAND.................................................31

图40:

北方微电子HSE200系列等离子刻蚀机......................................33

图41:

采用TSV的3D晶圆级叠层................................................33

 

表目录

表格1.FLASH原厂纳米制程技术时程图.........................................7

表格2.目前主流3DNAND芯片堆栈层数......................................8

表格3.2015年Flash原厂厂能投产情况:

仅三星能够规模量产3DNAND.................................................................................................9

表格4.3DNANDFLASH厂商情况.................................................11

表格5.国际大厂2016年预计3DNAND产能及比重.....................13

表格6.部分厂商3DNANDFLASH投资金额............................22

表格7.部分厂商3DNAND芯片技术特征.................................27

表格8.紫光国芯800亿定增资金使用计划.....................................31

表格9.重要厂商TSV技术研发进程..........................................33

表格10.推荐标的及标的相关亮点......................................................34

3DNANDFLASH驱动存储芯片行业重大变局

2D到3D:

从平房到楼房

存储器是半导体三大支柱产业之一。

据ICInsights数据,2015年半导体存储器市场总额达835亿美元。

各类存储器中,NANDFlash是一个亮点。

其广泛应用于PC、手机、服务器等各类电子产品,2015年营收达到267亿美元,占半导体存储器市场总额的32%。

图1:

NANDFLASH营收占半导体存储器市场总额超过30%

目前的闪存多属于PlanarNAND平面闪存,也叫有2DNAND或者直接不提2D,而3D闪存,顾名思义,就是它是立体堆叠的,Intel之前用盖楼为例介绍了3DNAND,普通NAND是平房,那么3DNAND就是高楼大厦,建筑面积一下子就多起来了,理论上可以无线堆叠。

3DNAND技术与现有的2DNAND(纳米制程技术)截然不同,2DNAND是平面结构而3DNAND是立体结构,3D结构是以垂直半导体通道的方式排列,多层环绕式栅极(GAA)结构形成多电栅级存储器单元晶体管,可以有效的降低堆栈间的干扰。

3DNAND闪存也不再是简单的平面内存堆栈,这只是其中的一种,还有VC垂直通道、VG垂直栅极等两种结构。

图2:

从2DNAND到3DNAND就像平房到高楼

图3:

3DNAND类型

优势明显:

适应小体积、大容量的市场需求

2DNAND工艺逼近物理极限,单位面积存储容量难以继续提高,且可靠性降低,2DNAND向3DNAND转型是业界趋势。

目前NANDFLASH的制造技术达到16~19纳米工艺,已接近极限,进一步压缩尺寸会带来极高的成本且导致存储位不再稳定可靠。

表格1.FLASH原厂纳米制程技术时程图

近年来,为了适应小体积、大容量等市场需求,NANDFLASH制造技术向3D技术发展。

3DNANDFLASH通过增加立体硅层的办法,既提高单位面积存储密度,又改善存储单元性能。

3DNANDFLASH不仅能够增加容量,也可以将成本控制在较低水平。

3DNAND比20纳米级产品的容量密度高,读写速度快,耗电量节省,采用3DNANDFlash存储器的固态硬盘(SSD)其电路板面积也较小。

根据中国闪存市场网估计,3D技术不仅使产品性能至少提升20%,而且功耗可以降低40%以上。

根据三星在SSD峰会所述,TLCV-NAND闪存相比传统的平面闪存的密度提升了1倍。

图4:

3DNAND相对2DNAND优势明显

目前3DNAND的堆栈层数不过32-48层,厂商们还在研发64层甚至更高层数的堆栈技术。

2016年开始3DNANDFLASH将逐步对NANDFLASH进行替代。

表格2.目前主流3DNAND芯片堆栈层数

全球晶圆厂最大成长动力来自3DNAND

据SEMI数据,全球晶圆厂就支出成长率来看,最大成长动力来自3DNAND(包括3DXPoint)。

2014年支出为18亿美元,到2015年倍增至36亿美元,成长幅度高达101%。

2016年支出将再增加50%,上扬56亿美元以上。

图5:

全球晶圆厂最大成长动力来自3DNAND

三星领跑,差距有限,存在弯道超越机会

规模量产难度大,目前仅三星能规模量产

NANDFlash领域霸主三星市占率稳定在31~35%左右,并拥有独家3DNANDFlash堆叠技术。

图6:

2015年主要原厂NANDFLASH市场份额

图7:

2016Q1主要原厂NANDFLASH市场份额

三星在2013年8月宣布进入3DNAND量产,2014年第1季正式于西安工厂投产。

就目前3DNANDFlash原厂投产情况来看,2016年只有三星能够实现48层3DNAND规模化量产。

三星3DNAND每月产能约在2万~4万片之间,约占三星总体NAND产能的9~18%。

图8:

三星:

最早量产的V-NAND闪存

表格3.2015年Flash原厂厂能投产情况:

仅三星能够规模量产3DNAND

48层:

2D技术向3D技术最佳的成本效益切换点

3D技术若采用32层堆叠NANDFlashDie容量达128Gb,与主流2D1y/1znm128Gb相比缺乏成本竞争力。

随着3D技术的发展,采用48层堆叠则可将NANDFlashDie容量提升至256Gb,突破2DNAND128Gb容量,且较32层3DNAND更有成本和性能优势,这也是Flash原厂在2016年扩大48层量产或加快导入步伐的主要原因,使得2D技术向3D技术切换点恰好拥有最佳的成本效益。

目前后进入3D领域的企业均积极在48层3D领域追赶三星。

东芝48层3DNAND今年才刚进入规模量产阶段,美光、海力士预计要等到2016下半年才能够投入生产。

英特尔将位于大连的逻辑芯片12寸厂改造为3DNANDFlash工厂,砸55亿美元升级产能,致力发展相关技术,计划今年下半年生产3DNAND和Xpoint。

国内的武汉新芯专注于NAND生产,与美企Spanion签订3DNAND授权协议,目前成为240亿美元国家存储器基地投资计划的受益者,预计2017年底就能取得48层3DNAND的验证,2018年进行量产。

紫光国芯2015年11月发布800亿定增公告,其中存储器芯片制造项目采用定增资金600亿(总投资932亿)。

表格4.3DNANDFLASH厂商情况

各厂商与三星技术差距仅1~3年,三星霸主地位受挑战

三星3DNAND技术领先对手1~3年,各方增产之下,差距大幅缩小,明年3DNAND扩产大战将更加白热化,三星可能不会增建产线,以提高生产力为主,应对战局。

其中与三星技术差距最小的是东芝公司。

据EETimes的报导,三星与东芝(Toshiba)之间尚有1年的技术差距,由于东芝3DNANDFlash目前仍处于样品水准,而三星已进入量产阶段。

样品与量产之间的技术差距大约为1年。

东芝存储器事业的副社长成毛康雄表示,将冲刺NANDFlash产量,目标在2018年度将NANDFlash产量扩增至2015年度的3倍水平(以容量换算)。

成毛康雄还指出,将强化3DNANDFlash的生产,目标在2017年度将3D产品占整体生产比重提高至5成,2018年度进一步提高至9成左右水平。

东芝打算与WesternDigital在未来三年携手,对3DNANDFlash投资1.5兆日元,相当于146亿美元。

图9:

东芝3DNANDFLASH产品占东芝公司NANDFLASH产品比重

国内的武汉新芯在中科院微电子所等合作帮助下己经做成9层3DNAND的样品,非常有信心在2018年实现48层的量产,这样与三星之间也就差距在3年左右。

2015年5月,武汉新芯的3DNAND项目有了重要进展:

第一片测试芯片通过存储器电学验证。

此后,武汉新芯在更高叠层的产品工艺研发上取得了沟道电流大幅提升、存储单元性能和可靠性持续优化等更多突破性进步。

据OFweek报导,240亿美金(约1600亿元人民币)的“光谷”存储器基地2018年将实现3DNAND存储器的首次量产,2020年形成月产能30万片的生产规模,其中20万片3DNANDFlash和10万片DRAM,2030年预计达到每月产能100万片。

图10:

“光谷”存储器基地NANDFLASH预计产能

图11:

“光谷”存储器基地2020年预计产能分配

由于资金壁垒和技术壁垒较大,潜在入侵者较少。

未来

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