相变储存产业链展望调研投资分析报告.docx
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相变储存产业链展望调研投资分析报告
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正文目录
1.PCM、DRAM、FLASH存储芯片对比4
1.1PCM存储芯片4
1.2DRAM和Flash芯片5
1.3相变材料部分是PCM芯片设计核心6
2.DRAM、Flash韩、美厂商垄断7
2.1存储器产业集中，被三星、美光、SYHynix等国外厂商垄断7
2.2大厂制造环节自揽，封测环节存在外包机会8
3.相变存储是国内厂商超车机会9
3.1国内大力发展半导体产业9
3.2PCM技术提供弯道超车机会10
3.3国内芯片制造环节布局11
4.原材料和芯片设计是最大机会12
5.主要公司分析13
图表目录
图表1：
相变存储单元结构4
图表2：
Dram存储原理5
图表3：
Flash存储原理6
图表4：
相变存储芯片截面图7
图表5：
相变存储材料性能7
图表6：
2015Q4全球DRAMMemory市场份额8
图表7：
2015Q3全球NandFlashMemory市场份额8
图表8：
主要厂商DRAM业务毛利率8
图表9：
全球主要Memory封测企业概况9
图表10：
芯片成本分布10
图表11：
国内切入存储器芯片制造环节公司11
图表12：
PCM存储芯片产业链13
图表13：
A股上市公司布局14
1.PCM、DRAM、FLASH存储芯片对比
1.1PCM存储芯片
PCM相变存储器是利用电阻材料（目前多采用硫族化合物）可逆转的物理状态变化来存储信息，利用晶体与非晶体状态电阻的不同进行读写。
在非晶态下，相变材料具有短距离的原子能级和较低的自由电子密度，使得其具有较高的电阻率；在晶态下，相变材料具有长距离的原子能级和较高的自由电子密度，从而具有较低的电阻率。
如图，加热/熔化过程只影响电阻顶端周围的一小片区域，擦除/RESET脉冲施加高电阻即逻辑0，在器件上形成一片非晶层区域，擦除/RESET脉冲比写/SET脉冲要高、窄和陡峭；SET脉冲用于置逻辑1，使非晶层再结晶回到结晶态。
图表1：
相变存储单元结构
1.2DRAM和Flash芯片
DRAM利用电容存储数据，用电容多少代表0和1，每一个bit只需要一个晶体管和一个电容。
电容C是MOS管的栅板和衬底之间的分布电容，有电荷时为“1”，无电荷时为“0”，MOS有一定的漏电流，C存在电荷时，过一段时间就会导致点和流失，电荷流失到一定程度就会使原本的“1”变为“0”，因此定时刷新一次，使电平保持。
FLASH闪存是通过电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极进行充电或放电来读、擦数据。
NAND型闪存的擦和写均是基于隧道效应，电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极进行充电（写数据）或放电（擦除数据）。
而NOR型闪存擦除数据仍是基于隧道效应（电流从浮置栅极到硅基层），但在写入数据时则是采用热电子注入方式（电流从浮置栅极到源极）。
图表2：
Dram存储原理
图表3：
Flash存储原理
1.3相变材料部分是PCM芯片设计核心
相变存储器非晶态热稳定性、结晶速度、电阻的识别状态、材料熔点等都是设计关键难点。
此次IBM将每个PCM单元中可容纳数据扩展至3比特位，增加了电阻的识别状态，从1个比特位对应的识别2个状态扩展到识别8个状态，促进了PCM的商用。
非晶化能力对应材料从液体冷却时形成非晶能力的强弱，材料的熔点越高，使材料发生非晶化所需的能量越多，从相变存储器角度出发，希望相变材料的熔点温度不要太高。
热稳定性与器件在室温下保持存储的信息能力有关，相变材料的晶化温度希望最少到达120℃以上，这样器件才有实际可用的信息保持性能。
一般添加元素，使晶化温度提高的同时，材料的熔点也提高，这是一对矛盾。
实验表明GST是各方面性价比最优的材料。
图表4：
相变存储芯片截面图
图表5：
相变存储材料性能
2.DRAM、Flash韩、美厂商垄断
2.1存储器产业集中，被三星、美光、SYHynix等国外厂商垄断
2014年DRAM产值高达458亿美元，几乎等于晶圆代工的市场，Flash产值247亿美元产值。
2015年第四季度DRAMMemory前三大厂商三星、SKHynix和美光市场份额占比分别为46.4%、27.9%和18.9%，合计市场份额超过90%。
2015年第三季度NandFlashMemory三星、东芝+SanDisk（合作）、SKHynix、美光+Intel（合作）市场份额占比分别为31.5%、35.9%、10.9%和21.6%，合计市场份额超过95%。
图表6：
2015Q4全球DRAMMemory市场份额
图表7：
2015Q3全球NandFlashMemory市场份额
2.2大厂制造环节自揽，封测环节存在外包机会
过去DRAM、Flash市场竞争激烈，但2012年Elpida并入美光后，存储器产业逐渐进入寡占市场状态，产能扩充竞赛停止，价格秩序良好，产品毛利大多在40、50%以上，甚至高过晶圆代工。
图表8：
主要厂商DRAM业务毛利率
2015年全球芯片供货商排行榜上，出现25年以来第二次芯片制造商IDM表现胜过无晶圆厂fabless的情形。
特别在存储芯片领域，三星、美光、SYHynix等国外厂商都占据全产业链（芯片设计、制造、封测），只在芯片封测环节代工厂有部分机会。
台湾的封测企业多服务欧美大厂，三星和SK海力士多找韩国本地的封测企业，国内的封测企业太极实业已经成为SK海力士的主力封装厂之一，截止2014年6月低，太极实业的封装、测试最高产量分别达到4.67亿颗/月、3.7亿颗/月，2015年太极实业的封测相关业务占比近90%，毛利约为10%左右。
图表9：
全球主要Memory封测企业概况
3.相变存储是国内厂商超车机会
3.1国内大力发展半导体产业
国内终端需求旺盛，根据TrendForce旗下内存事业部DRAMeXchange研究，2014年中国市场在DRAM消耗量高达47.89亿美元，占全球产能的19.2%。
我国目前的存储器市场基本完全依赖进口，韩国和美国优势明显。
政府出台一系列政策支持国内半导体产业发展，在税收等方面给予大量优惠，同时启动了1200亿规模的国家集成电路产业发展投资基金，重点扶持晶圆设计、制造、封装领域以及上游生产设备领域。
3.2PCM技术提供弯道超车机会
存储器产业有资金投入密集、产品通用性强、技术革新迅速等特点，从下表成本分布来看，芯片设计成本占比最大，60%左右，掌握存储器芯片核心设计的厂商话语权最重。
目前在DRAM和FLASH领域，韩国和美国厂商垄断，国内厂商设计能力落后，争取话语权难度大。
图表10：
芯片成本分布
而此次PCM存储器方面的突破将会给行业带来巨大变革，中国是继美国、韩国外第三个掌握PCM技术的国家，在需求旺盛、政策支持、半导体产业结构调整等背景下，国内厂商可能进入关键设计环节，提供了国内企业弯道超车机会。
3.3国内芯片制造环节布局
目前国内三大晶圆厂中芯国际、华力微、武汉新芯12寸晶圆总月产能为9.1万片。
2015年11月同方国芯定增800亿，600亿用于Memory芯片工厂建设，对应12寸晶圆产能为12万片/月。
2016年3月28日，国家存储器基地项目在武汉东湖高新区正式启动，由国家集成电路产业投资基金股份有限公司等共同出资建设，总投资额达240亿美元，将在5年内投资完成，前期主要生产3D-NAND产品，预计到2020年形成月产能30万片的生产规模（包括20万片3D-NAND和10万片DRAM），2030年形成每月100万片的产能。
图表11：
国内切入存储器芯片制造环节公司
4.原材料和芯片设计是最大机会
近年来数据量指数式增长，2020年全球数据量将达40ZB（40万亿GB）。
IBM实现了相变材料稳定性方面的突破，我们判断相变存储在2018年开始大规模应用，在2020年左右会占较大市场份额，未来有望全部取代内存和闪存。
根据我们的了解，PCM芯片产业链相比DRAM、FLASH存储芯片产业链，最大的不同在于上游的材料（相变材料）和芯片设计环节，生产稀有原材料的公司和掌握芯片设计环节的公司有较大机会。
此前锗主要应用于光纤制造、红外光学、太阳能等领域，此次IBM将PCM从1比特位存储提升到3比特位，表明了相变材料稳定性方面的突破，对锗产业的发展是很大的推进，PCM的商用对上游锗有较强的拉动作用，锗产业将迎来黄金期。
DRAM和NANDFLASH存储器厂商大多采用自己的生产线进行存储芯片生产，国内芯片制造公司无法进入存储芯片领域。
而宁波时代全芯和上海微系统所都在PCM芯片设计环节已经掌握了相关技术，在国产化趋势下，我们认为当前芯片制造领域的龙头公司有机会借助新型存储器切入芯片制造环节，弯道超车。
图表12：
PCM存储芯片产业链
5.主要公司分析
此前存储芯片制造被国外垄断，国内基本空白，100%依赖进口，我们认为芯片国产化进程和此次的PCM技术革新，对国内存储芯片行业来说是很大的机会。
在存储芯片材料环节：
建议关注中国最大的晶体锗供应商云南锗业。
在存储芯片材料、制造、封测领域有积累的公司：
建议关注同方国芯、紫光股份、长电科技、华天科技、武汉新芯、通富微电、上海新阳、南大光电、七星电子、菲利华、鼎龙股份等。
图表13：
A股上市公司布局
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