上一期我們談了談硅晶圓代工這個行業，作為同樣大陸地區重點發展的行業，我們這期將談一談半導體存儲器這個行業。以前做行研時會經常寫行業的研究報告，通常會蒐集行業的產值數據、競爭結構等數據資料，當時中國大陸地區的電子產業在很多領域都較為落後，通常在競爭結構中大陸廠商佔有很小的一部分，甚至是歸在“其他”裡，但半導體存儲器這個行業是個特例，就拿DRAM和NAND FLASH這兩大市場來說，在競爭結構圖中根本沒有大陸廠商的名字，這種情況一直持續到現在。
仔細觀察2017年全球前十大半導體廠商的排名，可以看到前四名廠商分別為三星、英特爾、海力士和美光，這四家公司均涉足半導體存儲器業務，其中更有三家公司的主要業務為半導體存儲器業務，究其原因在於16年下半年開始的記憶體價格的上漲，帶動了整個記憶體產業公司營業收入和淨利潤的增長。
在談產業之前，我們還是介紹一下記憶體這個重要的半導體器件，依然是摘抄《半導體面面觀》這本書。
“半導體存儲器是用來記錄數據，必要時讀取數據的集成電路。下圖所示的是存儲器的組成和結構，被稱為字線的n個X地址和稱為字節線或數字線的m個Y地址以矩陣式方式排列，在這種排列的X地址和Y地址的焦點上設置了被稱為存儲單元的記憶單位元件，這個單位元件通常能夠獲得兩種可以明確識別的電學狀態物質，如果一個狀態是“1”，另一個狀態是“0”的話，一個存儲單元記錄一個字節的信息。”
“儲單元分為由一個記憶元件組成的情況和多個元件組成的情況，因為所有地址的焦點上都設置有存儲單元，所以有n×m個，因此可以記錄nm字節的信息。nm個存儲單元的排列稱為存儲單元數組。”
圖表 1 存儲器的基本組成和結構
資料來源：《半導體面面觀》、亨通偉德投資
“一般來說，半導體存儲器可分為兩大類，一類是切斷電源信息丟失的揮發性內存RAM（隨機存取存儲器），另一類是切斷電源能夠繼續記憶的非揮發性內存ROM（只讀存儲器），現在隨著技術的發展，也出現了斷電後數據不丟的RAM。其中RAM又可分為DRAM（動態隨機存取存儲器）和SRAM（靜態隨機存儲器）。”
我們先看DRAM，根據中國閃存市場諮詢的數據，DRAM作為各類電子產品的主要存儲器，其總產值能夠佔到全球存儲器總產值的42%，是一種具有代表性的半導體存儲器。“DRAM是揮發性內存，切斷電源時信息會丟失，而且即使在接通電源的狀態下，用於以及信息的電荷由於pn結的漏電也會慢慢地消失，因此隔一段時間必須進行電荷補充，也就是刷新。同時因為是破壞性讀取，所以還有讀取後必須再寫入的缺點。儘管有這些缺點，DRAM還是被廣泛應用，原因是其存儲單元比較簡單，可以實現高集成化和大容量化，並可以降低比特單元成本，同時可以高速地寫入和讀取。”
圖表 2 DRAM的寫入與讀取
資料來源：《半導體面面觀》、亨通偉德投資
“SDRAM不需要DRAM中為保存信息必須進行再次寫入和刷新的過程，因此稱為靜態隨機存儲器。雖然SDRAM是揮發性內存，但只要接入電源就能繼續保存數據。與DRAM相比，一個SDRAM單元需要6個左右的場效應晶體管，而一個DRAM單元需要1個電容和1個或最多三個的場效應晶體管，因此在SDRAM的數據訪問更快，通常用於CPU的一級緩衝或二級緩衝，而DRAM在成本上有優勢，在容量上也可以做的更大體積更小，主要用於內存領域。”
我們再看ROM，“ROM的基本形式是掩膜式只讀內存，即製造IC過程中將必要的信息記錄並固定的存儲器，應用於固定循環使用信息的記錄。作為存儲單元，ROM可以由一個MOS晶體管組成，因此可以通過高集成化來實現低成本大容量記憶。ROM中，字線（WL）和字節線（BL）的焦點上安裝了n溝道型MOS晶體管，此時有兩種連接方法，串聯的MOS晶體管是NAND型，並聯的被稱為NOR型。NAND型在該集成化和低成本方面更具有優勢，NOR型的優點則是運行速度快以及與周圍電路的構成更容易。”
圖表 3 掩膜式只讀內存利用離子入法與寫入
資料來源：《半導體面面觀》、亨通偉德投資
由於掩膜式只讀內存是最基本的ROM，這類ROM中所存的數據只能讀出但不能寫入，這是其最大的缺點，於是後來衍生出了PROM（一次編程只讀存儲器），這類存儲器可以但只能進行一次改寫，改寫後就與ROM基本一致了。再後來出現了EPROM（可擦編程只讀存儲器），這類存儲器可以多次進行擦除寫入，但不能通過修改程序的方式進行，必須要在紫外線下完成，因此這類存儲器的一個顯著特點是封裝頂部有一個透明窗口。再往後又出現了EEPROM（電可擦編程只讀存儲器），這種存儲器其可通過高於正常電壓的方法來擦除和重編程（重寫），不需從計算機中取出即可修改。
最後我們介紹一下FLASH（閃存），FLASH本質上也是一種EEPROM，但他不需要改變電壓就可以改寫其中的數據。“閃存的存儲單元是由一種稱為堆積型MOS晶體管（SG-MOS晶體管）的元件構成的，SG—MOS晶體管是由絕緣膜包圍的絕緣浮置柵極（FG）和具有相當於門極控制柵級（CG）的MOS晶體管組成的。”
閃存的存儲單元數組的構成與掩膜式只讀內存的構成相同，有NAND型和NOR型。NAND型與NOR型相比單元的面積小，因此可以實現高集成化、大容量記憶和單位字節的低成本，但在性能和電路工作的複雜性方面處於劣勢，多應用於大容量數據存儲，例如智能手機、平板電腦、固態硬盤等領域。NOR Flash主要用來存儲代碼及部分數據，程序可以在nor flash中運行。
圖表 4 閃存工作過程
資料來源：《半導體面面觀》、亨通偉德投資
接下來我們看一下全球半導體存儲器市場的情況，根據IC Insights的數據，2017年全球存儲器產品的產值預計為1,229億美元，同比增長60.1%，首次超過歷年佔比最大的邏輯電路，並預計2018年增長至1,343億美元，同比增長9.3%。分產品看，還是IC Insights的數據，2017年全球DRAM銷售總值達720億美元，同比增長74%，佔存儲器總產值的57.10%；NAND Flash銷售總額達498億美元，同比增長39.49%，佔存儲器總產值的39.49%；NOR Flash銷售總額達43億美元，佔存儲器總產值的3.41%。（這裡注意一下IC Insights的數據有些矛盾，三種存儲器加總起來的銷售總值為1,261億美元，大於1,229億美元）。下面我們將分別看一下DRAM、NAND FLASH和NOR FLASH三個行業。
圖表 5 2014-2018年全球存儲器產值情況（單位：十億美元）
資料來源：IC Insights、亨通偉德投資
圖表 6 全球存儲器產品結構
資料來源：IC Insights、亨通偉德投資
首先是DRAM行業，這個產業的發展最先起源於美國，隨後日本趕超，但最終佔領這個市場的是韓國。1968年，IBM發明了DRAM的核心記憶單位，即一個晶體管搭配一個電容。兩年後，英特爾推出1kb DRAM，採用10 um PMOS技術生產。隨後1972年、1975年和1978年，4kb DRAM、16kb DRAM、64kb DRAM相繼面世，其中64kb DRAM在不足0.5cm2的硅片上集成了14萬隻晶體管，標誌著超大規模集成電路（VLSI）時代的來臨，而日系廠商也在1976年進入DRAM市場，隨後依靠成本優勢和封閉的本土市場逐漸在競爭中獲得先機。1984年1Mb DRAM面世，同年英特爾退出了這一市場（德州儀器和IBM分別於1988年和1989年退出）。1985-1987年是DRAM產業發展史上非常重要的幾個年份，當時日系廠商佔據全球65%的DRAM市場，而美系廠商則縮小至30%，於是英特爾及多家美系半導體廠商聯合推動美國政府與日本簽訂了美日半導體貿易協定，迫使日本對美國開放半導體市場，同時DRAM產業開始向韓國轉移，美日韓三國廠商在4 Mb DRAM上位於同一起跑線上。此外我國的華晶電子集團研製成功第一塊64kb DRAM。1986年和1988年，4 Mb DRAM和16MB DRAM相繼問世，其中16MB DRAM 在1cm2大小的硅片上集成有3500萬個晶體管，標誌著集成電路進入特大規模集成（ULSI）時代。1992年又是DRAM歷史上一個重要的年份，那一年三星率先開發出世界第一個64Mb DRAM，並從此登上了全球DRAM第一的寶座一直至今。為了發展DRAM產業，三星經歷了長達20餘年的虧損，其背後是韓國政府堵上國運的投資在支持者，加之日系、美系廠商技術的轉移。1992年和1995年，256Mb DRAM和1GB DRAM相繼被富士通和NEC研發出來，其中1GB DRAM每個晶片含有高達22億個晶體管，採用0.25um支撐，使得全球存儲器的戰爭日系廠商再次佔得上風。2002年，由NEC和日立合資成立的爾必達收購三菱的DRAM業務，成為世界第四大DRAM廠商，但最終於2012年倒閉。2009年，DRAM開始進入40nm製程。2011年，三星推出世界上第一款30nm級的1GB DDR4 DRAM、第一款20nm級2GB DDR3 DRAM和第一款30nm級4GB LPDDR3 DRAM。2016年，三星開始量產18nmDRAM芯片，同年中國大陸本土的福建晉華和合肥長鑫開始動工建設DRAM廠。2017年11月，福建晉華的DRAM廠房完成封頂。
縱觀DRAM乃至半導體產業的發展，其本質是美日韓三國之間在政治經濟上的較量，日本於上世紀70年代大力發展半導體，實施超大規模集成電路的共同組合技術創新行動項目，以當時市場需求最旺的DRAM為突破口，並憑藉成本優勢和可靠性搶佔了美國廠商的市場，並於上世紀80年中期達到巔峰，迫使英特爾退出這一市場。這一時期美國與日本進行了持續近10年的半導體貿易大戰，通過加大徵收關稅力度、迫使日本開放半導體市場等手段打壓日本廠商，最終使得這一產業向人力成本相對更低的韓國轉移。韓國DRAM的發展主要依靠三星集團和其背後韓國政府的資金支持（這種資金實力是日本廠商不具備的），通過買技術（如從當年經營出現問題的美光購買64k DRAM技術）、加大研發投入（將研發資源集中在新一代DRAM芯片）甚至是逆勢投資（在DRAM價格低位時果斷建廠）等手段進行DRAM產品的研發和生產。三星先從組裝從美光引進的64k DRAM芯片開始消化吸收DRAM技術，並利用資金優勢引進海外半導體人才開發新一代DRAM芯片。由於DRAM是需要高額資本開支的產業，當行業景氣度下滑時廠商盈利遭到困難，自然難以維持高額的資本開支。1984年到1985年這段時間，DRAM芯片價格的降幅高達90%，三星半導體巨幅虧損，當英特爾等廠商開始退出市場之時三星卻逆勢投資（這一方式後來被我國大陸本土的京東方運用），加大設備購置和產品研發，最終在行業景氣恢復時開始盈利。1993年，三星更是率先投建8寸晶圓廠（比英特爾晚1年，早臺積電3年）用於DRAM生產，充分利用資金優勢，第二年又率先推出256Mb DRAM，並最終實現對日系廠商的反超。在DRAM發展史上我國臺灣也曾計劃大舉進入，但由於缺乏資金和下游市場最終未能成功。
DRAM產業的產值數據，不同機構、甚至同一機構在不同時期給出的數據均不一致，例如Gartner預計2017年全球DRAM產值為685億美元，而IC Insights先後預計2017年全球DRAM產值為642億美元和720億美元，這裡我們採用IC Insights720億美元的預測數據。出貨量方面也是一樣，Gartner預計2017年全球DRAM出貨量為187億顆，而IC Insights預計為153億顆，這裡依然採用IC Insights的數據。
圖表 7全球DRAM市場預測（單位：億美元）圖表 8全球DRAM出貨量預測（單位：億顆）
資料來源：IC Insights、亨通偉德投資 資料來源：IC Insights、亨通偉德投資
從上述數據可以看出，近年來DRAM的出貨量比較穩定，但產值在2017年大幅增長，其原因顯然是價格的變動。由於DRAM產業基本上被韓系廠商壟斷，而2016年三星智能手機出貨量不及預期，加之失去蘋果iPhone7系列芯片代工訂單，因此三星電子的利潤來源只能依賴內存和閃存部門。外在環境方面，2017年的DRAM產業處於供需吃緊的狀態，根據市場分析，三星產能增加空間有限，其月平均投片量約390K，僅有Line17以及部份Line15空間可以增加產能。SK海力士的M10工廠老舊，轉進18nm製程將產生較大的晶圓損失，因此其部份產能轉去代工領域。美光方面，其日本廠和華亞科基本滿產，僅瑞晶尚有部分空間可以利用，可提升30-40K的產能。
圖表 9 DRAM:DDR3 4Gb 512Mx8 1600MHz現貨平均價（單位：美元）
從產品結構上看，2017年全球DRAM市場仍以DDR4為主流，DDR3佔比持續下滑。
圖表 10全球DRAM按產品類別銷售佔比
資料來源：IC Insights、亨通偉德投資
從製程節點上看，近兩年全球DRAM廠商主流製程仍以2xnm為主，佔比在80%~90%，而1xnm（18nm、16nm）方面，三星為了拉開DRAM產業中與競爭對手的差異，率先生產18nm製程，更傳出將進一步轉進15nm或16nm，維持領先地位；SK海力士也全力投入1xnm的轉換；美光臺中廠和美光桃園廠目前分別生產25nm和20nm製程技術，其中臺中廠會率先導入最先進的1xnm製程。
圖表 11 各DRAM廠商製程轉進表
資料來源：inSpectrum、亨通偉德投資
從DRAM的下游市場上看，DRAM主要用於智能手機、服務器和PC三大領域。具體看這些市場，1）Server DRAM為服務器用DRAM,，近年來受益雲端與巨量資料的硬件設備需求，服務器機搭載DRAM需求量呈現逐年成長態勢，在出貨量與搭載DRAM位元同步成長的推動下，其需求成長優於標準型DRAM。2）Speicialty DRAM為特殊利基型DRAM，應用領域最為廣泛，包含消費電子產品、車用與工業用DRAM等，其中又以消費性電子產品為大宗，包括液晶電視、數為機頂盒、遊戲機、數碼相機扥產品應用。未來在物聯網世代發展下，小量多樣的產品特性預計將帶動Specialty DRAM的需求成長，但目前規模很小。3）Mobile DRAM為移動DRAM，主要應用於行動裝置產品。為了符合行動裝置產品的低功耗需求，目前Mobile DRAM採用規格大多為LPDDR與LPDDR4，主要應用產品為智能手機與中高階平板電腦，而部分筆記本電腦基於低功耗考量也會採用Mobile DRAM，例如蘋果的MacBook銷量筆記本電腦大多采用Mobile DRMA。
DRAM與NAND FLASH不同，產能的擴增主要都是由製程的推進完成，由於DRAM沒有NAND FLASH絕緣層會被消耗的問題，所以製程微縮、絕緣層變薄並不會影響其使用壽命。雖然DRAM同樣可利用立體3D製程來大幅增加其容量密度，但以DRAM的正常供需和市場需求來看，其實相於與NAND FLASH其成長幅度並不大，所以3D化的必要性不高，目前製程穩健的改進已經足以滿足市場的需求。SEMI估計2017年DRAM廠設備支出約130億美元，較2016一年成長了一倍，預計2018年持續成長至140億美元水準，這種增長主要還是來源於製程演進。SEMI進一步統計2018年DRAM產能增加幅度上看10%。具體廠商方面，擴產的工廠主要有三星平澤P1廠房和Line 15生產線、SK海力士M14生產線、美光廣島的Fab 15和Fab 16。
圖表 12 2017年全球DRAM下游應用結構
資料來源：IC Insights、亨通偉德投資
從市場競爭格局上看，全球DRAM呈現明顯的高度壟斷格局，特別是在移動DRAM市場。根據IHS統計的2017年全球第三季度各大DRAM廠的營業收入情況，三星佔據著44.5%的市場，SK海力士緊隨其後，佔據27.9%的市場，美光佔據22.9%的市場，中國臺灣的南亞科僅佔2.2%的市場，其餘廠商佔據2.5%的市場。而在移動DRAM市場，根據IHS的數據，2017年上半年三星佔據著近60%的市場，SK海力士和美光分別佔據著27.2%和12.4%的市場。
圖表 13 2017年Q3全球DRAM市場結構 圖表 14 2017年Q3全球移動DRAM市場結構
資料來源：IHS Markit、亨通偉德投資 資料來源：IHS Markit、亨通偉德投資
可以看出，高度壟斷的DRAM市場結構對於沒有本土DRAM廠的中國大陸智能手機廠商來說是十分危險的，特別是三星自身還有智能手機業務，可以通過控制對中國大陸本土智能手機廠商移動DRAM的供應來限制其自身發展，市場上也曾傳聞當年三星看到VIVO手機的設計決定對其移動DRAM供應減半。除了控制供應量外，壟斷廠商更可以控制價格，而供需也僅是一個藉口。2017年手機內存的上漲顯然抬高了國產智能手機的生成成本，而智能手機對終端用戶並沒有議價能力，即使進行手機產品漲價也會造成銷量不及預期，造成庫存增多，間接影響新品的發售。加之2017年智能手機是雙攝和全面屏的熱潮，智能手機成本和售價同時提高，但智能手機廠商難以充分轉嫁這些成本，這實際上侵蝕了國產智能手機廠商的利潤。因此從產業鏈下游需求角度看，DRAM市場高度的壟斷性對產業的發展確實存在危害，大陸地區發力DRAM產業是十分必要的，隨後市場出現了這樣一則新聞：“發改委正在密切關注存儲芯片漲價問題，有可能調查潛在的公司操縱市場行為。其原文報道如下：發改委價監局處長徐新宇說：“我們已經注意到價格飆升狀況，將更加關注該行業未來可能因‘價格操縱’引起的問題。”他還表示，可能有多家公司協同行動，儘量推高芯片價格，謀求獲利最大化。進一步地，市場傳聞韓國政府近日將攜三星電子與我國國家發改委簽署備忘錄，內容將涵蓋在半導體領域的相關合作，其中包含擴大在中國投資以及技術合作的可能性。近年來，中國成為內存產品的最大出海口，不管是內需或是外銷，透過中國所購買的內存比重持續增加，對於中國市場情緒的變化，三星必須給予尊重及反應。
其次是FLASH行業，其發展歷史比DRAM產業要短一些，且並沒有經歷美日韓臺的產業轉移路徑，在很大程度上是由三星主導推動的，原因是閃存開始商業化快速發展的時候三星儼然成為全球存儲器市場的領導廠商。第一塊閃存問世於1984年，由東芝發明。1988年，英特爾推出第一款商業化的256K NOR FLASH。第二年，東芝發表了NAND FLASH結構，同年日立開始研製。1998年，三星開發出第一塊128Mb閃存。第二年，三星又開發出第一塊1Gb的閃存原型。2000年，三星的256Mb閃存正式投產。第二年，三星512Mb閃存量產，1GB閃存開始商業化。2003年，三星推出第一款4GB閃存。2006年，三星推出第一款40nm工藝的32Gb閃存，集成了328億個存儲器單元，並於當年推出了32Mb閃存的SSD，開始逐步用於PC市場。2007年，三星推出第一款30nm製程的64GB NAND FLASH，同年東芝首次提出BiCS 3D NAND技術。2009年，金屬柵極三維NAND閃存技術（TCAT）被提出來。2010年，20nm製程的64GB NAND FLASH量產。2011年，三星推出第一款64Gb MLC NAND FLASH。2013年，三星推出24層堆疊的3D NAND FLASH，隨後32層和48層3D NAND FLASH相繼面世。2016年底，三星開始試產64層3D NAND FLASH。2017年11月，根據DigItimes報道，中國大陸紫光旗下的長江存儲已成功研發32層3D NAND Flash芯片。2018年下半年，三星有望率先生產96層3D NAND FLASH。
FLASH又分為NAND FLASH和NOR FLASH，前者是目前主要的存儲器，我們先看看NAND FLASH。NAND FLASH具有容量較大，改寫速度快等優點，適用於大量數據的存儲。與NOR FLASH相比，NAND的擦除操作簡便，寫入速度快於NOR，但讀取速度慢於NOR。從成本上看，NAND的單元尺寸基本為NOR的一半，在給定體積內可以擁有更大的容量，也意味著更低的成本。使用壽命方面，NAND也較NOR長，NAND每個塊最大擦寫次數是一百萬次，而NOR為十萬次。
單看NAND FLASH，又可分為SLC、MLC和TLC。SLC是單個存儲單元的意思，其基本原來是在1個存儲器儲存單元中存放1位元的資料，而MLC是多個存儲單元的意思，可以存放2位，TLC則可以存放3位。SLC的特點是速度快、壽命長，但價格較高，約是MLC的3倍左右；MLC的速度和壽命都不如SLC，但其成本低；TLC則是速度最慢壽命最短成本最低。以往內存和SSD只能用SLC芯片，後來在控制芯片的協助下MLC芯片開始進入內嵌式內存和SSD領域。2010年開始，NAND Flash技術由2-bit-per-cell架構的MLC芯片開始轉進3-bit-per-cell架構的TLC芯片，最先用於快閃記憶卡和隨身碟上。在NAND Flash製程進入到15nm及14nm之際，微縮的技術瓶頸越來越大，3D NAND成為主流，甚至往QLC（4-bit-per-cell）方向發展。
圖表 15 SLC、MLC與TLC
以產品結構來看，SLC的應用著重於服務器、工控嵌入式SSD、智慧行動裝飾的MCP高性能應用、網通產品、電視盒及車載領域，強調穩定品質的工業控制嵌入式SSD，其市場需求也相對穩定，三星、東芝、美光持續經營SLC供應鏈，全球SLC佔NAND FLASH的位元產出比例維持在4-5%。MLC主要應用於智能手機eMMC/eMCP，佔NAND FLASH比例較為穩定。3D NAND FLASH（TLC架構為主）的eMMC/eMCP進入量產後，TLC佔NAND FLASH比例將隨之提高，預計2017年底這一比例為70%左右。
NAND FLASH產業的產值數據，我們依然採用IC Insights的數據。據IC Insights報道，NAND Flash2017年銷售總額達498億美元，同比增長44%，其原因仍是以漲價為主，從2016年第2季度開始，閃存市場經歷了持續時間最長且漲價幅度最高的缺貨潮，消費類閃存產品每GB的單價從2016年0.12美元上漲到0.3美元以上，主流的eMMC產品上漲幅度超過60%，SSD產品超過80%。與DRAM類似，這個漲價的原因也可以用供需解釋，隨著全球NAND FLASH廠商逐漸轉向3D NAND的生產，這之間存在一定的產能擠出效應，造成全球NAND供應短缺。
圖表 16 64Gb 8Gx8 MLC現貨均價（單位：美元）
從全球閃存的存儲密度看，根據中國閃存市場諮詢的數據，2017年全球閃存存儲密度將達到1620億GB，同比增長40%，預計2018年將成長30%到2100億GB。
圖表 17 NAND FLASH市場存儲密度（單位：億GB當量）
資料來源：中國閃存市場諮詢、亨通偉德投資
從下游市場上看，NAND FLASH的應用比較分散，智能手機、SSD、閃存卡、平板電腦等均是NAND FLASH主要的應用領域。這些市場中，智能手機和平板電腦已經過高速增長期，特別是平板電腦的出貨量還出現了下滑，其增長動力來源於高端智能手機內存容量的增加，從16GB逐步向32GB、64GB甚至是128GB躍升。PC方面，雖然NB市場依然低迷，但SSD的滲透率和容量也在增加，成為全球NAND FLASH的需求動力。但另一方面，SSD滲透率的增加必然以價格下降為基礎。
在Client SSD產品方面（泛指筆記本電腦所搭載的SSD），2016年市場仍是以SATA SSD產品為主流，但OEM大廠在2016年下半年積極轉進PCIe界面，雖然PCIe SSD市佔率僅20%，但隨PCIe供應商逐漸增加以及控制芯片供應商推出更具性價比的方案，當PCIe SSD價格貼近SATA SSD後，2017年PCIe SSD滲透率可望達40%。Enterprise SSD（泛指服務器搭載的SSD）的應用仍是穩健成長，尤其是雲端運算、電子商務、高速影音串流的服務持續發展下，傳統HHD廠商希捷和西數也積極佈局並投入Enterprise SSD市場，西數更在2015年併購閃迪已成為NAND FLASH存儲陣列的製造商之一。2017年，在SSD出貨量與容量都推升的情況下，NAND SSD佔NAND FLASH產品的消耗量會突破40%。
圖表 18 2016年NAND細分市場佔比
資料來源：JEDEC 、亨通偉德投資
從市場競爭格局上看，NAND FLASH依然是高度壟斷的市場，韓系廠商仍然佔據主導局面。根據中國閃存市場諮詢的數據，2017年三星佔據著37%的市場，緊隨其後的是東芝，佔據著35%的市場，美光和海力士分別佔據13%和12%的市場，剩餘的5%市場被英特爾佔據。
圖表 19 2017年NAND FLASH主流供應商市場規模及市佔率
資料來源：中國閃存市場諮詢、亨通偉德投資
隨著NAND FLASH製程工藝的發展，2D NAND在10nm級製程上遇到極限，這是因為NAND FLASH跟處理器不一樣，隨著製程的演進NAND的氧化層越薄（而DRAM並沒有這個問題，因此3D DRAM的發展並不迫切），可靠性也越差，廠商就必須通過其他方式彌補這一缺陷，從而抬高生產成本，於是廠商轉向3D NAND的生產。3D NAND採用3D垂直堆疊方式，如同蓋高樓一般。
在技術選擇上，東芝的工藝為BICS的工藝，該工藝通過交替沉積氧化物層和多晶硅層實現gate-first，然後在這個層堆疊中形成一個通道孔，並填充氧化物-氮化物-氧化物(ONO)和pSi，再沉積光刻膠，通過一個連續的蝕刻流程，光刻膠修整並蝕刻出一個階梯，形成互連，最後再蝕刻出一個槽並填充氧化物。三星的工藝為TCAT，是一種gate-last方法，其沉積的是交替的氧化物和氮化物層，然後形成一個穿過這些層的通道並填充ONO和pSi，再沉積光刻膠，通過一個連續的蝕刻流程，光刻膠修整並蝕刻出一個階梯，形成互連。最後蝕刻一個穿過這些層的槽並去除其中的氮化物，然後沉積氧化鋁(AlO)、氮化鈦(TiN)和鎢(W)又對其進行回蝕，最後用塢填充這個槽。
圖表 20 東芝的BICS工藝（左）與三星的TCAT工藝（右）
與2D NAND FLASH相比，3D NAND閃存在容量、速度、能效及可靠性上都有優勢。目前3D NAND領導廠商三星的產品一路從堆疊24層、32層到48層，目前堆疊64層3D NAND已是整體產能中的主流。過去堆疊24層、32層及48層產品，其單位容量生產成本也許僅較2D NAND貴一些或相同，但是從堆疊64層3D NAND開始，其生產成本與功能優勢皆大幅超過2D NAND。
圖表 21 2D NAND和3D NAND之間的差別
各廠商方面，三星在3D NAND領域依然領先，據韓媒ChosunBiz報告，2017年第4季三星3D NAND產量比重已超過80%，預計2017年全體3D NAND生產比重也超過70%，而其他廠商如東芝、SK海力士等3D NAND的生產比重尚未過半。據悉，三星2018年將努力
提升64層3D NAND生產比重過半，96層3D NAND產品計劃將於2018年上半開始正式投產，而且到了2018年下半年，3D NAND生產比重也計劃進一步拉高至90%以上。東芝2017年上半年主流製程為48層3D-NAND，預期2017年第四季3D-NAND的佔比將會佔整體產能約30%水平，2018年第四季目標突破50%。在產能規劃上，新的半導體廠房Fab6在2017年3月已開始動工興建，預計在2019年才會開始量產最新的3D-NAND產品。美光/英特爾2017年上半年32層3D-NAND已經量產，並在2017年第三季度起開始量產64層3D-NAND，第四季3D-NAND產能比重有機會來到40-50%。2018年隨著英特爾將擴充中國大連廠第二期產能，其3D-NAND比重將於明年第四季提升到60-70%水平。
圖表 22 各NAND生產廠家技術狀態
圖表 23主流存儲器廠商的NAND Flash技術路線圖
資料來源：Techinsigh、亨通偉德投資
圖表 24 2014~2018年全球3D NAND Flash廠商別產能比重變化及預測
資料來源：DIGITIMES，2017/4、亨通偉德投資
下面再介紹一下eMMC，一般閃存陣列都需要一顆主控芯片，這個芯片有專門的設計廠商如中國臺灣的群聯，但在智能手機快速發展的時期，內部空間的減小要求這顆芯片和閃存封裝在一起，於是產生了eMMC。eMMC這項規格是由國MMC協會所制定的嵌入式內存標準規格，與過去其他的儲存標準規格最大的不同，是針對行動裝置而來，包括手機產品以及平板計算機，它們都需要輕薄的機身，因此有減少使用零組件面積的需求，在這種情況下，eMMC簡化了內存的設計，使用多芯片封裝（MCP）技術，把NAND FLASH芯片和其存儲控制芯片封裝在一起，打造成單一顆芯片，這樣可以省去零組件耗用電路板的面積。 eMMC擁有多功能，包括儲存以及取代NOR Flash的開機功能，最大的好處是，手機廠商不需要因為NAND Flash供貨商或者不同製程世代而重新設計規格，需處理NAND FLASH兼容性和管理問題，手機客戶只需要採購eMMC芯片，放入手機，不僅縮短新產品的上市週期和研發成本，且加速產品的推出速度。eMMC具備高容量的彈性，支持有效讀寫、開機、睡眠模式、雙信道數據傳輸率、多重扇區支持，以及系統安全強化。應用在手機的內嵌式標準規格除了eMMC，還包括SD協會設立的eSD規格，但是eMMC是內嵌式內存主流。eMMC有 11.5 x 13 x 1.3mm、12 x 16 x 1.4mm、12 x 18x 1.4mm、14 x 18x 1.4mm等四種尺寸，在規格上不斷演進，容量與讀取速度也在每代演進過程中加速，目前已發展到 eMMC 5.1規格。eMMC 5.1 最大的差別在於加入命令隊列的支持，能在裝置內對存取命令優化並排序，可以更提升存取的效率，進而提升隨機存取性能，eMMC 5.1亦強化了安全性，增加了 Secure Write Protection 機制，目前不少SoC大廠已於新一代產品中加入了eMMC 5.1 規格支持。
此外還要在介紹一下eMCP，這是將把NAND Flash、DRAM以及NAND Flash控制芯片封裝在一個芯片上，不僅進一步簡化電路設計，降低主系統負擔，同時也保留了高儲存容量的可能性。進一步地，未來甚至AP還會與上述芯片進一步封裝在一起。
最後我們看看NOR FLASH產業，這個產業的競爭結構不如NAND FLASH那樣集中，且有中國大陸的本土廠商佔得一席之地。NOR Flash芯片具備隨機存儲、可靠性強、讀取速度快、可執行代碼等特性，在中低容量應用時具備性能和成本上的優勢，是中低容量閃存芯片市場的主要產品。根據IC Insights的數據，2017年全球NOR Flash銷售額為43億美元。
下游市場方面，根據TrendForce的研究，NOR FLASH去年成長動力主要來自OLED市場和TDDI市場。OLED市場方面，搭載AMOLED的智能手機大幅增加，由於AMOLED面板技術門檻較高，批次產出的良率可能出現不一致的狀況，面板廠多半會透過De-Mura功能來維持同一批次產出面板的顯示質量一致性。但De-mura編碼目前無法整合進入以高壓制程生產的驅動IC當中，必須要另行外掛一顆NOR FLASH來儲存De-Mura功能所需的編碼。因此當AMOLED面板需求大增，NOR Flash的需求勢必將同步躍升。但值得注意的是，隨著OLED製程良率的提升，這顆芯片將來可以不必使用。TDDI（觸控IC與驅動IC整合為1顆芯片）方面，在將觸控功能整合進入驅動IC的同時，也受制於觸控功能分位編碼所需容量較大，無法一併整合進入TDDI IC當中，而須另外外掛一顆NOR Flash作為儲存觸控功能所需的分位編碼。
從市場競爭結構上看，NOR FLASH市場競爭較DRAM和NAND FLASH分散，根據TrendForce的的數據，2016年Cypress、旺宏、美光、華邦分別佔據NOR FLASH市場的25%、25%、18%和17%的份額，中國大陸地區的兆易創新佔據7%的市場。目前最高端的NOR Flash產品多由美光、Cypress供應，供應容量為64Mb、128Mb，華邦、旺宏則以NOR Flash中端產品供應為主，多供應16Mb、32Mb、64Mb產品，而兆易創新提供的多為低端產品，供應容量為512kb、1~2Mb。
圖表 25 2016年NOR flash主流供應商市佔率
資料來源：TrendForce，2017/4、亨通偉德投資
中國大陸方面，存儲器的生產線主要以外資廠商為主，其中SK海力士在無錫有兩條生產線，產品為DRAM，合計月產能在17萬片；三星在西安有一條NAND FLASH生產線，月產能在12萬片；英特爾在大連有一座NAND FLASH廠，月產能在4萬片。大陸廠商方面，在存儲器領域僅有武漢新芯的NOR FLASH廠，月產能在2.5萬片。未來規劃方面，三星有可能在今後3年斥資70億美元擴充西安NAND FLASH的產能，SK海力士也與無錫市政府簽約，總投資86億美元興建新的DRAM工廠，規劃產能在20萬，製程節點為10nm；英特爾也將對大連廠進行擴產，規劃月產能在5.2萬片。此外，由前爾必達的坂本幸雄設立的兆基科技擬在合肥投建DRAM廠，但具體進程尚不確定。
大陸本土廠商方面，目前已形成三大存儲集團進軍這一市場，分別是紫光、睿力和晉華。其中，1）長江存儲（紫光旗下的紫光國器持股51%，大基金和湖北政府各持股25%和24%，其董事長為中國臺灣DRAM教父、前華亞科董事長高啟全，同時長江存儲也與中科院微電子所進行技術合作）目前旗下已有武漢新芯的NOR FLASH工廠，未來將同時進軍3D NAND FLASH和DRAM，一期以3D NAND FLASH為主，規劃月產能在10萬片，2017年年底長江存儲宣佈已經研發出了32層64GB的NAND FLASH並將於2018年量產。隨後建設的二期，規劃月產能仍在10萬片，2018年下半年預計完工，仍以3D NAND FLASH為主。最後可能根據情況投建DRAM廠，這些工廠預計投資將在240億美元左右。紫光方面自身也計劃興建存儲器工廠，預計投資300億美元，分別建在南京和深圳，同時生產DRAM和NAND FLASH，規劃月產能合計在14萬片。2）合肥睿力集成專攻於DRAM，其掌舵人為前中芯國際的王寧國，並挖來了前華亞科副總劉大維，研發方面則擁有分別由SK海力士和爾必達前員工組成的研發團隊。根據規劃，合肥睿力集成將投資72億美元在合肥興建DRAM工廠，以生產19nm DRAM 產品（這個製程工藝十分接近三星現有的18nm工藝，2017年下半年已經要求設備商供貨了）為主，規劃月產能在12.5萬片，預計2018年一季度開始裝機，年內實現量產。3）福建晉華也是專攻於DRAM，由中國臺灣的聯電負責開發DRAM技術，在福建投資370億建設DRAM廠，廠房已於2017年11月封頂，規劃月產能在6萬片，製程節點為32nm，預計2018年9月開始試產。但值得注意的是，聯電自身並不擅長DRAM領域，在製程選擇上也較為落後。
閱讀更多 亨通偉德投資 的文章
