3D NAND FLASH存储芯片行业分析报告.docx
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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