半导体存储行业现状及国产替代空间如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2024/02/06 15:02

存储技术率先引领半导体行业两次变革。

1.全球半导体存储行业的现状

半导体按照产品可分为分离器件、光电子、传感器和集成电路等四大类。占半导体价值 量比例最高的为集成电路,集成电路主要包括模拟芯片、微处理器芯片、逻辑芯片和存储 器芯片等四种。根据 WSTS 的数据,2021 年全球半导体产业中,分离器件占比 5%,光 电子占比8%,传感器占比3%,集成电路占比达83%。再具体细分,存储器芯片占比28%、 逻辑芯片占比 28%、微处理器芯片占比 14%、模拟芯片占比 13%。因此,可以看出在整 个半导体产业链中存储器芯片和逻辑芯片贡献的价值量最大。

预计 2023 年全球半导体规模达 5566 亿美元,存储芯片占比为 20%。存储芯片又称半导 体存储器,是以半导体电路作为存储媒介的存储器,用于保存二进制数据的记忆设备,是 现代数字系统的重要组成部分。从历史数据来看,存储芯片行业规模占全球半导体行业规 模的 1/4-1/3。WSTS 数据显示,2021 年全球半导体市场规模为 5558.9 亿美元,其中存 储芯片市场规模为 1538.4 亿美元,占半导体行业销售额的 28%,预计 22、23 年占比分 别为 23%和 20%。

2.存储引领两次半导体产业迁移

从 20 世纪 70 年代半导体产业在美国形成规模以来,全球半导体产业已完成两次大的产 业转移:第一次是 70-80 年代,日本借助在工业级 PC DRAM 上的高质量、技术领先和 批量化生产,实现对美国的赶超,1980-1986 期间,美国半导体市占率从 61%降至 43%,而日本由 26%提升至 44%,DRAM 领域市占率高达 80%,实现了半导体产业从美国向日 本转移,并成就了东芝、松下、日立等代表性厂商;第二次是 80-90 年代,由于美国的压 制和经济泡沫破灭,日本半导体严重受挫,叠加韩国和中国台湾受到美国的技术支持,韩 国通过引进消化吸收再创新,凭借家用 PC 的兴起、DRAM 的高速研发和大规模生产优势, 借机超越日本成为了 DRAM 领域的后期新秀,而台湾则专注晶圆代工和封测,成为垂直 领域的霸主,至 90 年代中期全球半导体产业完成从日本向韩国和中国台湾的转移。

“ 举国体制+产学研技术攻关+低价优质策略”助力日本击败美国成为全球半导体领域霸 主。1971 年 NEC 公司推出日本首个 1k DRAM 芯片,但彼时美国已进入 VLSI 时代,日 本仍停留在 LSI 时代,技术实力和产品性能与美国有较大差距。同时工业大型机的兴起, 市场对工业 PC DRAM 需求不断增加,为攻破技术壁垒,1976 年由日本通产省牵头,以 日立(Hitachi)、三菱(Mitsubishi)、富士通(Fujitsu)、东芝(Toshiba)、NEC 五 大公司作为骨干,联合通产省的电气技术实验室(EIL)、日本工业技术研究院电子综合 研究所和计算机综合研究所,组建“VLSI 联合研发体”,投资 720 亿日元(其中日本政府 出资 320 亿日元),攻坚超大规模集成电路 DRAM 的技术难关。1980 年,日本 VLSI 联 合研发体宣告完成为期四年的“VLSI”项目,研发的主要成果包括各型电子束曝光装置,采 用紫外线、X 射线、电子束的各型制版装置、干式蚀刻装置等,各企业的技术整合,保证 了 DRAM 量产良率高达 80%,远超美国的 50%,构成了压倒性的总体成本优势。从 1980 至 1986 年,美国半导体市场从 61%下降到 43%,而日本由 26%上升至 44%,奠定了当 时日本在 DRAM 市场的霸主地位。

韩国乘家用 PC 兴起的东风,凭借对 DRAM 的高速研发和大规模生产优势,从仿制、研 发走向自主创新,超越日本成为全球半导体市场的后期新秀。韩国半导体产业兴起基于 两点:一方面,学习能力较强的韩国企业在政府和财团的大力帮助秉承高速研发的势头在 DRAM 领域不断革新。另一方面韩国企业在投资、结构、技术方面均有一定优势,并借 助大规模生产进一步扩大自己的市场份额,特别是在三星电子的关于“DRAM 双向型数据通选方案”得到美国半导体标准化委员会的认可,其 DRAM 成为与 MPU 匹配的对象,韩 国 IC 产品遍及世界的序幕至此拉开。此后,韩国 IC 产业从“一枝独秀”的 DRAM 存储器 成功衍生向多点开花的非 MEMORY 领域。 1993 年,美国以 43%的全球半导体市场份额夺回了第一的位置,日本以 40%的份额位居 第二。与此同时,韩国和台湾制造商开始扩大向客户供货的能力,并逐渐成为全球性半导 体公司。1994 年,韩国和台湾总共占有全球市场的 10%,相当于欧洲市场的份额。到上 世纪 90 年代末,由于美国的成功以及韩国和台湾制造商的崛起,日本制造商的份额下降 到了 28%。至 1998 年,当日本和美国制造商在 DRAM 市场苦苦挣扎时,韩国制造商在 DRAM 领域大力推动工厂和设备的开发和投资,在 1998 年超过了日本,从而占据主导地 位。 台湾集成电路发展之路发迹于封装环节,另辟蹊径,从代工起步,谋求在全球芯片中的 一席之地。在晶圆代工业的推进下,形成设计、掩膜制版、芯片制作、封装、测试等环节 在内的产业集群。新竹园区内的一些重要 IC 企业在分工趋势的引导下,专注于 IC 设计, 例如茂矽、矽统等。

纵观这两次产业转移的过程,可以发现其共同点都是从存储业务开始,即日本、韩国均是 从存储切入逐渐做大做强,并带动整个产业链的完善。当前随着中国大陆的崛起,全球半 导体产业正在进行第三次产业转移,中国拥有雄厚的资金、政策、技术(人才)、产业集 群效应强大等优势,正逐渐成为第三次半导体产业转移地,而从存储领域切入有望加速突 破。

3.我国半导体及存储行业基础薄弱,国产替代空间巨大

根据 Mckinsey & Company 的数据,2030 年全球半导体市场规模将超过 1 万亿美元。其 中汽车半导体市场规模将从 2021 年的 500 亿美元成长到 2030 年的 1500 亿美元, 2021-2030 年车用半导体复合增长率在所有细分领域中排名第一,CAGR 达 13%。工业 半导体的市场规模将从 2021 年的 600 亿美元成长到 2030 年的 1300 亿美元,2021-2030 年 CAGR 达 9%,而通信及消费电子的占比将持续下降。

中国半导体消费量全球占比约 53%,但半导体产业链自给率仅为 17.5%。IBS 数据显示, 2019 年中国消费半导体约占全球总量的 53%,预计到 2030 年,这一比例将提升到 58% 左右。从消费结构上看,2006 年中国消费的半导体中中国企业消费占比约为 11.5%,消 费领域主要为个人电脑,其他均是用于出口;到 2019 年,中国企业的消费率提升至为 43%, 主要领域为智能手机、数据中心和汽车等,预计 2030 年,中国消费的半导体中,中国企 业消费比例将提升到 69%。但从半导体供应链来看,截至到 2020 年中国半导体自给率仅 为 17.5%,预计到 2030 年这一比例能提升至 40%,即仍有 60%的半导体需要进口,国 产替代空间巨大。

中国大陆以及香港存储厂商多而不强,国产厂商具备做大做强的机遇。根据 Yole 的数据, 2021 年全球存储芯片产业链拥有超过 185 家厂商,厂商数量按区域来划分,北美占比最 高为 38%,其次是中国大陆及香港占比 22%、中国台湾占比 21%、EMEA(中东、非洲 以及欧洲)占比 9%、日本占比 6%、韩国占比 3%。

中国存储厂商在营收上的潜在成长空间巨大。从全球存储芯片市场规模来看,即便中国大 陆、香港以及中国台湾在全球存储产业链上的厂商数量占比接近 45%,但是总体营收规 模仍然相对较小。除中国台湾厂商南亚科占据接近 2%的市场份额外,其他存储厂商占比 不足 2%,与海外的龙头存储厂商三星(39%)、海力士(22%)、美光(18%)等差距 较大。目前,国内在存储 IDM、存储 Fabless、晶圆代工、主控芯片、封装测试、模组等 全产业链上均有厂商布局。根据 UNIM internal 的数据,预计 2030 年中国厂商将会成为 存储产业链上不可忽视的重要力量。

尽管我国对半导体的需求及其市场规模日益增长,但我国存储行业基础依旧相对薄弱。随 着大陆市场的崛起,全球半导体产业正在进行第三次转移,中国旺盛的市场需求、政策、 技术(人才)、产业集群效应强大等优势,正逐渐成为第三次半导体产业转移地,而从存 储领域切入有望加速突破。 旺盛的市场需求:随着大数据逐渐发展,行业数据呈指数级增长,机器所产生的数据量在 2018 年首次超越人类所创造的数据量。企业对存储行业的需求日益增长。2021 年全球大 数据储量已达到 54ZB,是 2017 年储量的两倍,预计在 2021 年将到达 61ZB。全球大数 据储量的增长,也反映了全球信息行业对存储行业的需求快速上升,2022 年全球大数据 市场规模有望达 718 亿美元。

政策强力扶持:2014 年国务院颁布了《国家集成电路产业发展推进纲要》,提出设立国 家集成电路产业基金(简称“大基金”),将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。 在核心基础零部件方面。随后几年,从国家到地方层面持续推出各类政策支持国内半导体 产业发展。

在技术层面,国内厂商加速追赶。近年来国内存储芯片厂商奋力追赶,已在部分领域实现 突破,逐步缩小与国外原厂的差距。其中,兆易创新位列 NOR Flash 市场前三,聚辰股 份在 EEPROM 芯片领域市占率全球第三,长江存储 128 层 3D NAND 存储芯片,直接跳 过 96 层,加速赶超国外厂商先进技术。

经过十几年的技术积累,目前中国已基本形成完整的存储产业链条,在存储 IDM、Fabless、 晶圆代工、封装测试、模组、材料和设备上都有国内厂商布局,并形成了长三角、珠三角、 京津环渤海与中西部四大主要产业聚落,产业集群效应强大,进一步提高了区域生产效率 和加深区内生产的分工和协作。同时,我国本土电子产业成长迅速,已成为电子产品生产 制造大国,本土芯片设计企业的技术能力和市场能力迅速发展壮大。根据 ICCAD 的数据, 2021 年中国大陆半导体设计公司数量达到 2810 家,同比增长 26.7%。2015-2021 年期 间,我国集成电路产业销售额的年增速在 15%以上。总体来看,我们认为无论从经济技 术层面或是国家发展半导体的决心的角度,我国通过切入存储成为半导体强国的趋势势不 可挡。