1.存儲芯片是市場規模巨大的集成電路產品之一

（1）存儲芯片屬于半導體中集成電路的范疇，是目前應用面最廣、標準化程度最高的集成電路基礎性產品之一。半導體按照產品分類可分為光電器件、傳感器件、分立器件和集成電路四大類，占半導體價值量比例最高的為集成電路，約占整個半導體行業市場規模的82.64%，其主要包括模擬芯片、微處理器芯片、邏輯芯片和存儲芯片等四種。根據WSTS的數據，2022年全球半導體市場規模為5740.84億美元，集成電路占比達83%，其中存儲芯片市場規模為1297.67億美元，占整個半導體行業的23%，由此可以看出，存儲芯片和邏輯芯片在整個半導體產業鏈中貢獻的價值量最大。

圖?半導體產品分類圖

資料來源：WSTS，東海證券研究所整理

（2）存儲設備是計算機系統中用于存儲和讀取數據的硬件組件，按存儲介質不同可分為光學存儲、磁性存儲和半導體存儲。光存儲器是指用光學方法從光存儲媒體上讀取和存儲數據的一種設備，一般指光盤機、光帶機和光卡機等；磁性存儲，是指利用磁能方式存儲信息的磁介質設備，其存儲與讀取過程需要磁性盤片的機械運動，目前廣泛應用于PC硬盤、移動硬盤等領域；存儲芯片，又稱為半導體存儲器，是指利用電能方式存儲信息的半導體介質設備，其存儲與讀取過程體現為電子的存儲或釋放，廣泛應用于內存、U盤、消費電子、智能終端、固態存儲硬盤等領域。按照斷電后是否保留存儲的信息，存儲芯片主要可分為易失性存儲芯片（RAM）和非易失性存儲芯片（ROM）。

RAM為隨機存儲器，斷電后不會保存數據，主要產品包括SRAM和DRAM，DRAM即動態隨機存儲器，使用電容存儲，DRAM的一個比特使用一個電容和一個晶體管存儲，由于電容會漏電，因此需要定時刷新一次存儲單元來保持數據；SRAM即靜態隨機存儲器，其內部結構比DRAM復雜，可以在不刷新電路下保存數據。ROM是一種存儲固定信息的存儲器，在正常工作狀態下只能讀取數據，不能即時修改或重新寫入數據，在外部電源切斷后仍能保存數據，讀取速度較慢但存儲容量更大，主要包括EEPROM（帶電可擦可編程只讀存儲器）、Flash(閃存芯片)、PROM(可編程只讀存儲器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲器)等。

（3）根據具體的功能，可以將計算機中的存儲器細分為寄存器、高速緩存、主存儲器、磁盤緩存、固定磁盤、可移動存儲介質等6層。從CPU Cache、內存到SSD和HDD，構成了計算機的存儲體系，各層只和相鄰的層交換數據，隨著層級由高到低，設備容量變大、離CPU距離變遠、訪問速度變慢、傳輸時間變長，并且每字節的造價成本也越來越便宜。CPU中的寄存器位于最頂部，記為L0，它使用SRAM芯片做成，集成在CPU的內部，其容量有限、速度極快、和CPU同步；緩存是一種小而快的存儲器，一般作為DRAM的緩沖，采用SRAM技術實現，通常也會被集成在CPU內部；主存一般由DRAM組成，和SRAM不同，其存儲密度更高，容量更大，價格更低，速度也更慢。綜合來看，SRAM價格貴、速度快，DRAM價格便宜、容量更大，SSD和HDD硬盤作為外部存儲設備容量更大、成本更低、離CPU更遠、訪問速度更慢。

圖?存儲器結構層次圖

圖?存儲系統體系結構

資料來源：CSDN，東海證券研究所

（4）DRAM和FLASH是目前市場上最為主要的存儲芯片。FLASH可分為NOR和NAND兩種，兩者區別在于存儲單元連接方式不同，導致兩者讀取方式不同，NAND由于引腳上復用，因此讀取速度比NOR慢一點，但是擦除和寫入速度比NOR快很多；NAND內部電路更簡單，因此數據密度大，體積小，成本也低，市場上一些大容量的FLASH都采用NAND型，例如SSD、U盤、SD卡、EMMC。小容量的2～12M的FLASH多是NOR型，NOR比較適合頻繁隨機讀寫的場合，通常用于存儲程序代碼并直接在閃存內運行。相比于Flash與Nor，DRAM具有較高讀寫速度、存儲時間短等優勢，但單位成本更高，主要用于PC內存(如DDR)、手機內存(如LPDDR)和服務器等設備等。

表 三類存儲產品差異性

資料來源：東芯股份招股說明書，公開資料整理，東海證券研究所

2.垂直分工和并購加速產業鏈整合

（1）存儲芯片是半導體產業的重要分支，下游應用空間廣闊。存儲芯片行業產業鏈上游參與者包括硅片、光刻膠、靶材、拋光材料、電子特種氣體等半導體材料供應商和***、PVD、CVD、刻蝕設備、清洗設備、封測設備等半導體設備供應商；產業鏈中游為存儲芯片制造商，主要負責存儲芯片的設計、制造和封測，常見的存儲芯片包括DRAM、NAND閃存芯片和NOR閃存芯片等；產業鏈下游為消費電子、汽車電子、信息通信、人工智能等應用領域內的企業，各類電子化和智能化設備都離不開存儲芯片應用。

圖?存儲芯片產業鏈

資料來源：中商產業研究院，東海證券研究所整理

（2）存儲芯片按照制造流程又可細分為一條完整的產業鏈。存儲芯片產業鏈主要由集成電路設計、晶圓制造、封裝和測試、模組廠商集成等環節組成，從經營模式來看，主要分為IDM和垂直分工模式。IDM模式指企業業務覆蓋IC設計、制造、封裝和測試的所有環節，大部分國際存儲芯片大廠均為IDM模式，例如東芝半導體、三星半導體、飛索半導體、美光科技等大型跨國企業。另一種模式為垂直分工模式，即Fabless（無晶圓制造的設計公司）+Foundry（晶圓代工廠）+OSAT（封裝測試企業），Fabless模式是指無晶圓生產線集成電路設計模式，即企業只進行集成電路的設計和銷售，將制造、封裝和測試等生產環節外包，例如高通、聯發科、AMD、華大半導體等；Foundr 即晶圓代工廠，它是一種只負責芯片制造，不負責芯片設計環節的一種產業運作模式，這類企業典型代表為臺積電、聯電、中芯國際等；OSAT指專門從事半導體封裝和測試的企業，比如日月光、Amkor、長電、通富微電等。

圖?存儲芯片制造全產業鏈圖

資料來源：中商產業研究院，東海證券研究所整理

（3）垂直分工模式進一步深化，降低成本同時顯著提升產業運作效率。IDM模式下，企業投入大量資金用于晶圓制造設備和生產線的建設，內部各環節協同生產，整體規模效應顯著，毛利率也會上升；但IDM模式下，企業內部管理成本增加，因此，IDM模式適合規模巨大的企業。Fabless模式注重輕資產運營，更為靈活，可以充分利用半導體產業鏈資源，集中主要精力用于產品研發和技術迭代，適應激烈的市場競爭環境，快速發展，缺點是無法實現工藝協同，同時需要承擔各種市場風險，相對來說適合小企業經營。存儲芯片標準化程度較高，國際巨頭大部分采取IDM模式運行，國內存儲企業由于規模較小，剛開始從小眾市場切入，多數采用Fabless模式，隨著企業規模的擴大，長期或將向IDM模式轉型。近些年，國內大型存儲項目長江存儲、合肥長鑫、福建晉華均是IDM模式的大型晶圓廠布局。

表 三種產業鏈經營模式優劣勢

資料來源：CSDN，東海證券研究所

（4）行業發展和技術升級驅動產業鏈模式變化，并購加速產業鏈整合。在臺積電成立以前，半導體行業只有IDM一種模式，經過半個多世紀發展，全球半導體產業鏈逐步朝向分工和整合趨勢發展。

1）產業鏈分工：摩爾定律推動半導體行業技術不斷更新迭代，同時帶動生產制造設備的升級改造，先進工藝晶圓廠資金投入增加，Foundry模式能最大化的分攤技術升級成本和利用產能，提高資本支出的收益率。IDM企業為了減少投資風險、輕資產化，逐漸采取Fablite（輕晶圓廠）策略，將部分非核心和高難度工藝制造業務轉為第三方代工，自身保留其余制造業務。

2）產業鏈整合：半導體行業進入新的發展階段，通過并購，企業間可以基于業務層面的協同互補，擴展產品條線和客戶群體，縮減成本的同時實現更強的供應鏈溢價，提升行業市占率。因此，隨著技術進步，全球分工模式越來越多，同時，大企業不斷成長又不斷合并為IDM模式，產業循環往復，推動全球技術不斷推進。

圖 1950-2010年全球半導體產業鏈模式的變遷

資料來源：TNO andCWTS，東海證券研究所

（5）近些年，隨著技術難度不斷升級，Fabless公司在全球IC銷售額中的份額持續提升。根據IC Insights數據，在銷售增長率方面，過去20年里，采取Fabless模式的公司IC銷售額增長率顯著高于采取IDM模式的公司，個別年份例如2017、2018年，Fabless公司份額增長低于IDM公司，而且相較于IDM公司，Fabless公司受市場環境波動幅度更小。在銷售份額占比方面，2003-2021年，全球Fabless公司銷售份額占IC銷售額比重穩定增長，2019年IC市場的Fabless份額較去年同期提高4.1個百分點至29.9%，隨后持續增長并在2021年達到34.8%的峰值。Fabless模式的輕資產化更為靈活，在市場周期下行的階段，能更好適應激烈的市場競爭環境。我國國產化空間巨大，大部分的存儲芯片企業成立之初均以Fabless模式為主。

圖?2003-2021年Fabless/IDM公司銷售增長率(%)

資料來源：IC Insights，東海證券研究所

圖 2003-2021年全球Fabless公司銷售額占集成電路總銷售額比重(%)

資料來源：IC Insights，東海證券研究所

3.存儲產業在空間上經歷兩次遷移

（1）存儲芯片產業發源于美國，此后經歷過兩次大的產業轉移。進入1960年代后，隨著計算機技術的發展，電子行業開始了將集成電路技術用于計算機存儲領域的嘗試，存儲芯片產業鏈從垂直整合到垂直化分工越來越明確，并經歷了兩次空間上的產業遷移，遷移路徑由美國至日本再到韓國。

1）美國：行業市占率居前的主要廠商也隨著產業遷移發生了明顯的變化，最開始由美國加州的Advanced Memory System公司生產出了世界上第一款DRAM芯片（容量僅有1KB），隨后英特爾、德州儀器（TI）、莫斯泰克（Mostek）、美光等存儲廠商逐漸發展壯大。

2）日本：1976年，為了發展半導體技術領域，日本通過舉國體制，成立了VLSI聯合研發體，隨后成功研制出64K DRAM，追平了美國研發進度；到了1980年代，日本廠商憑借質量和價格優勢，開始反超美國，市占率逐漸達到全球第一；1985年，美蘇冷戰氣氛不斷減弱，日美貿易摩擦不斷增加，美國開始對日本經濟實施打壓，在陸續的施壓下，日本存儲芯片市場份額一落千丈，很快喪失了主導權。

3）韓國：韓國企業抓住了美日半導體競爭的契機，在美國的技術轉讓和市場準入扶持下，三星電子脫穎而出，逐漸趕超日本。

（2）存儲市場加速發展，國內廠商異軍突起。2016年之前，國內沒有生產DRAM、Flash的能力，直到合肥長鑫、長江存儲成立。2019年，中國大陸公司開始全面進軍存儲器市場，長江存儲64層3D NAND Flash進入量產階段，緊接著合肥長鑫宣布中國大陸第一座12英寸DRAM工廠投產，并宣布首個19納米工藝制造的8Gb DDR4。三年時間里，國內相繼攻克了3D NAND Flash和DRAM技術，在一定程度上打破了內存和閃存制造國際寡頭壟斷的局面。國內存儲芯片起步晚，要實現全球領先任重道遠，先進制造技術仍掌握在國際大廠的手里，因此，存儲芯片產業發展需要長期的資金投入和技術革新，解決生產制造中不良率的下降以及產能的上升，提高性能指標。

圖?國內存儲芯片發展歷程

資料來源：中商產業研究院，東海證券研究所

4.存儲芯片技術發展趨勢

（1）DDR、LPDDR、GDDR是基于DRAM的三種內存規范或標準。固態技術協會（JEDEC）定義了三種DRAM標準類別，幫助設計人員滿足目標應用的功耗、性能和規格要求。標準DDR：面向服務器、云計算、網絡、筆記本電腦、臺式機和消費類應用，支持更寬的通道寬度、更高的密度和不同的形狀尺寸，其發展路線通過提升核心頻率來提高性能。移動DDR（LPDDR)：面向移動式電子產品和汽車這些對規格和功耗非常敏感的領域，提供更窄的通道寬度和多種低功耗運行狀態，四代之前是基于同代DDR發展，四代之后是基于應用端獨自發展，通過提高Prefetch預讀取位數來提升性能。圖形DD (GDDR)：面向需要極高吞吐量的數據密集型應用程序，例如圖形相關應用程序、數據中心加速和AI，是應用于高端顯卡的高性能DDR存儲器，側重于數據位寬、遠超同期DDR的運行頻率。

圖?JEDEC 定義了三類DRAM 標準

圖?三種主流內存技術的速度對比和應用場合

資料來源：CSDN，東海證券研究所，電子發燒友，東海證券研究所

（2）DDR因其性能和成本優勢成為目前PC和服務器端主流內存。SDRAM也可稱為SDR SDRAM，即單倍數據傳輸率，SDR SDRAM的核心、I/O、等效頻率皆相同，在1個周期內只能讀寫1次，若需要同時寫入與讀取，必須等到先前的指令執行完畢，才能接著存取。DDR是用于系統的RAM技術，規范名稱為DDR ?SDRAM，即雙倍速率同步動態隨機存儲器，其特點是高帶寬、低延時，DDR總線每個通道是64bit寬度，每根Data的管腳可以進行讀操作或寫操作（不同時）。目前已推出的DDR1-DDR5是由JEDEC制定的產品標準，從DDR1到DDR5的演進路線來看，DDR的能耗越來越低，傳輸速度越來越快、存儲容量也越來越大，目前的最新標準是DDR5，起步速率為4800MT/S，最高可達6400MT/S，電壓則從1.2V降至1.1V，功耗減少30%。目前，三星已經率先開始了下一代DDR6內存的早期開發，預計其DDR6設計將在2024年之前完成，在2025年之后開始商業應用。

3）受益于終端需求快速發展，LPDDR和GDDR步入高速迭代期。LPDDR，即低功率雙倍速率同步動態隨機存儲器，是DDR SDRAM的一種，又被稱為mDDR（Mobile DDR SDRAM），擁有比同代DDR內存更低的功耗和更小的體積。目前智能手機普遍使用的LPDDR5內存標準是2019年2月由JEDEC協會正式發布，相較于上一代LPDDR4標準，LPDDR5的I/O速度提升到6400 MT/s，是LPDDR4速度的兩倍，比LPDDR4X的4266MT/S快了50%。

圖 LPDDR發展

GDDR，是用于顯示的RAM技術，其特點是高帶寬、高延時，目前最新的標準是GDDR7，2023年7月，三星推出了首款具有32Gbps處理速度的GDDR7顯存。

編輯：黃飛

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