中科風控：快閃記憶體晶元發展現狀分析

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華為「P10快閃記憶體門」暴露了快閃記憶體供應鏈的嚴重缺貨及快閃記憶體等智能手機核心元器件技術嚴重受制於國外廠家的行業狀況，而作為快閃記憶體晶元的使用大國，是信息化不可或缺的一部分，本文從快閃記憶體晶元的概述、現狀 、前景、政策等方面對該行業進行分析。

一、快閃記憶體晶元概述

1.1 概述

存儲晶元（Memory）又稱為存儲器，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，廣泛應用於內存、U 盤、消費電子、智能終端、固態存儲硬碟等領域，存儲晶元是應用面最廣、市場比例最高的集成電路基礎性產品之一。

存儲晶元根據斷電后所儲存的數據是否會丟失，可以分為易失性存儲器和非易失性存儲器，其中DRAM與NAND Flash分別為這兩類存儲器的代表。儘管存儲晶元種類眾多，但從產值構成來看，DRAM與NAND Flash已經成為存儲晶元產業的主要構成部分。

存儲晶元分類：

快閃記憶體晶元（Flash晶元）是最主要的存儲晶元，是一種主流的非易失性存儲器，主要分為 NOR Flash 和 NAND Flash 兩種。

1.2 特性

NOR Flash

NOR Flash主要用來存儲代碼及部分數據，分為串列和并行，串列結構相對簡單、成本更低，隨著工藝的進步，串列快閃記憶體已經能滿足一般系統對速度及數據讀寫的要求，逐步成為主要系統方案商的首選。NOR Flash傳輸效率高，屬於晶元內執行，這樣應用程序可以直接在flash快閃記憶體內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NOR Flash是手機、PC、DVD、TV、USB Key、機頂盒、物聯網設備等代碼快閃記憶體應用領域的首選，NOR flash佔據了容量為1～16MB快閃記憶體市場的大部分。

NAND Flash

NAND Flash主要用來存儲大容量數據，NAND結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度、高寫入和高擦除速度；NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少； NAND讀速度較慢；但是NAND需要I/O介面，因此使用時需要驅動程序；NAND Flash只是用在8～128MB的產品當中，多應用於大容量數據存儲，例如智能手機、平板電腦、固態硬碟等領域。

eMMC快閃記憶體

eMMC全稱為「embedded Multi Media Card」，是由MMC協會所訂立的、主要是針對手機或平板電腦等產品的內嵌式存儲器標準規格。eMMC將主控制器、快閃記憶體顆粒整合到了一個小的BGA封裝內，簡單的說，eMMC就是將普通的NAND Flash和相對應的主控IC整合到了一起。

這樣的好處除了可以有效的減少快閃記憶體佔用寶貴的設備內部空間，還可以簡化廠家對於電路的設計（因為無需單獨設計NAND Flash的主控IC部分），另外整合後主控IC對於NAND Flash的操作延遲將會更低，進而加強用戶的產品體驗。以最新的eMMC 5.1規範來說，其理論帶寬為600MB/s左右。

UFS快閃記憶體

與eMMC不同，UFS 快閃記憶體規格則採用了新的標準，它使用的是串列界面，並且它支持全雙工運行，可同時讀寫操作，還支持指令隊列。相比之下，eMMC是半雙工，讀寫必須分開執行，指令也是打包的，UFS 2.0快閃記憶體的理論極限讀寫速度可以高達每秒1400 MB，在傳輸速度方面，UFS 2.0可以說遠遠超過eMMC；

在功耗方面UFS 2.0表現也十分出色，事實上，如果從功耗方面來比較，新一代的UFS 2.0標準是能夠與eMMC持平的。在待機狀態時兩者功耗相近持平。而當UFS 2.0滿載時，所消耗的功率實際上比eMMC要多，但它可以更快地完成操作而更早地切換到待機狀態，因此在功耗方面的表現UFS 2.0與eMMC不相上下。

二、快閃記憶體晶元發展現狀

快閃記憶體晶元多依賴進口，存儲核心技術掌握在三星電子、東芝、閃迪、美光、海力士這些廠商手中，快閃記憶體晶元是國產半導體產業最薄弱的環節。近年來，隨著智能手機、可穿戴設備等領域快速發展，需求大增，快閃記憶體晶元自主化需求迫切；該行業經過多年發展，積累了一定人才，同時國家在資金、政策方面大力扶持，技術突破、進口替代趨勢加快。

2.1 NOR Flash下跌趨勢反轉，呈現供不應求態勢

全球 NOR Flash 廠商主要有美光科技、Cypress、旺宏、華邦等 IDM 企業，這些 IDM 企業將快閃記憶體晶元的設計、製造、封測等環節全部整合到一起，由企業自身獨立完成。同時，還有兆易創新、宜揚科技等 Fabless 企業，這些 Fabless企業只進行快閃記憶體晶元的設計環節，製造和封測等環節均委託第三方代工廠進行。

2016年以前NOR Flash市場規模呈現逐年下降態勢，主要是傳統應用領域需求下滑，如智能機領域被NAND Flash替代、功能手機出貨持續下滑；2016年至目前，由於NOR Flash在DVD、TV、USB Key、機頂盒等傳統領域中仍佔據重要地位，且工控、物聯網、汽車等新應用需求崛起，同時部分國際大廠宣布退出該領域，NOR Flash一改市場頹勢出現供不應求態勢。

2.2 NAND Flash寡頭壟斷

NAND Flash行業集中度高，技術與資金壁壘高，形成寡頭壟斷。NAND Flash主要用於大容量的數據存儲，廠商需要不斷推動工藝節點向前才能保持競爭力。目前NAND Flash快閃記憶體領域已經發展到7nm製程階段，3D NAND 等先進技術不斷推出，行業技術發展迅速，但NAND Flash市場全部份額幾乎被三星電子、東芝、閃迪、美光、海力士與英特爾等六大廠壟斷，而國內在該領域幾乎處於空白狀態。

2.3 技術差距大，進口替代難度高，價格上漲迅速

快閃記憶體晶元的製造工藝複雜，存儲晶元專利技術幾乎都被國際巨頭壟斷，國內的NAND Flash製造技術基本缺失，生產製造能力差。例如：武漢新芯在武漢投資240億美元建設國家存儲晶元基地，研究的32層堆棧的3DNAND快閃記憶體預計在2019年實現量產，而三星電子在2017年6月宣布，最新64層256GBV-NAND快閃記憶體已進入量產，國內外技術差距巨大。同時NAND Flash因需求大增且受制於產能、產品由2DNAND向3DNAND轉換，導致缺貨嚴重且價格上漲迅速。

2.4 國內存儲晶元投資加速

集成電路產業是「十三五」規劃的重中之重，國家和地方政府層面對存儲晶元的投資力度不斷加大，以實現經濟結構轉型，同時完成「製造2025」規劃、完成對集成電路自給率提升的目標。比如：武漢新芯存儲項目由國家集成電路產業投資基金牽頭，攜手湖北省集成電路產業投資基金、國開發展基金、湖北省科技投資集團共同出資，總投資額240億美元，項目重點發展3DNAND，同時兼顧部分2DNAND和DRAM，預計在2020年前後產能規模在30萬片/月。

三、經營

集成電路產業鏈主要由集成電路設計、晶圓製造、封裝和測試等環節組成。從經營模式來看，集成電路設計企業主要可分為IDM 模式和Fabless模式。具體情況如下：

3.1 IDM 模式

IDM模式即垂直整合製造模式，指企業業務覆蓋集成電路的設計、製造、封裝和測試的所有環節，企業不僅進行集成電路設計，還擁有自己的晶圓廠、封裝廠和測試廠。由於該模式對企業的資金實力、研發力量、工藝水平、生產管理都有極高的要求，故採用IDM模式的企業均為技術、資金實力雄厚的全球晶元行業巨頭，如三星半導體、美光科技、東芝半導體等。

3.2 Fabless 模式

Fabless模式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，將製造、封裝和測試等生產環節分別外包給專業的晶圓製造企業、封裝和測試企業來完成。由於無需花費巨額資金建立晶圓生產線，Fabless廠商可以集中資源專註於集成電路的研發設計，具有「資產輕、專業強」的特點。Fabless模式使得公司能在資金和規模有限的情況下，充分發揮公司的研發能力，集中資源進行集成電路的設計和研發，對公司的快速發展起到了至關重要的作用。大部分廠家採用該種模式。

四、企業進入壁壘及發展趨勢

4.1 壁壘

1、技術基礎薄弱，人才匱乏 快閃記憶體晶元屬於技術密集型產業，是重要的集成電路產品，製造工藝非常複雜，技術升級速度快，核心技術為國際巨頭晶元企業壟斷，國內的NAND FLASH、DRAM製造技術基本缺失。

當前，在集成電路設計環境、設計工具、設計人才和設計經驗等方面離世界先進水平還有較大距離；快閃記憶體晶元作為高端通用晶元，對人才素質要求較高，涉入該行業較晚，國內高端技術人才及運營管理人才相對稀缺。此外，快閃記憶體晶元涉及行業已形成大量的專利布局，國內企業進入存在專利壁壘。

2、資金實力不強 快閃記憶體晶元設計行業周期長、投入高、工藝技術複雜，常面臨產品剛入市即已落後、研發失敗、無法滿足目標市場等風險。因此，若要在該行業保持持續的市場競爭力，要求快閃記憶體晶元設計企業具備很強的資金實力。目前，快閃記憶體晶元設計企業的規模和資金實力與國際大廠相比差距巨大，成為制約行業發展速度的重要因素之一。

4.2 趨勢及發展前景

1、市場需求不斷增長，應用範圍更廣

快閃記憶體晶元作為信息化產品的關鍵晶元，隨著技術的逐步發展，快閃記憶體的高性能、高密度、小體積等優點已逐漸被認識，在某些場合，快閃記憶體比硬碟、光碟等傳統存儲介質具有更為突出的技術優勢和成本優勢。未來，以移動互聯網、三網融合、物聯網、雲計算、消費電子、高端裝備為代表的戰略性新興產業快速發展，快閃記憶體的應用領域將進一步拓展，將為快閃記憶體晶元提供更加廣闊的發展空間。

2、存儲晶元進口替代空間大、技術有望彎道超車

集成電路成為最大宗進口產品，工信部發布的數據顯示，2016年集成電路進口3425.5億塊，同比增長9.1％，進口金額2271億美元，連續4年超過2000億美元；而在晶元領域，存儲晶元是產值和需求量第一的晶元，占晶元總產值近25%，2015年國內的存儲晶元的市場規模接近2800億元，進口比例超過 90%。

在NAND快閃記憶體的市場部分，根據TrendForce集邦科技旗下存儲研究品牌DRAMeXchange（全球半導體觀察）的最新研究報告顯示，市場消耗的NAND快閃記憶體越來越多，2017年將佔到全球市佔率的30%，而到了2020年更將達到40%，發展潛力巨大。未來5-10年階段，國產化的存儲晶元進口替代空間巨大。

另外，從存儲晶元的技術趨勢來看，隨著存儲晶元的存儲密度指數增長，晶元的製造從傳統的2D向3D轉變，而企業與全球競爭對手在3D布局的差距相對更小，國內企業未來有望藉助3D存儲技術和貼近國內巨大需求市場實現彎道超車。

五、政策導向

集成電路產業是國民經濟支柱性行業之一，其發展程度是一個國家科技發展水平的核心指標之一，影響著社會信息化進程，因此受到政府的大力支持。2016年「十三五」規劃要求瞄準全球科技前沿，聚焦產業升級、民生改善、生態治理等重大需求，強化資源集成和協同創新，動員社會資本等各方力量參與，加快推進集成電路裝備、新葯創製等重大專項。其中，集成電路產業作為「十三五」規劃的重中之重，給國內集成電路產業的發展帶來新的機遇。

《國家集成電路產業發展推進綱要》，提出了到2020年，集成電路產業全行業銷售收入年均增速超過20%，移動智能終端、網路通信、雲計算、物聯網、大數據等重點領域集成電路設計技術達到國際領先水平的發展目標；提出了著力發展集成電路設計業，以設計業的快速增長帶動製造業的發展，加速發展集成電路製造業，持續推動先進生產線建設的重點任務；提出了國家產業投資基金、金融支持、財稅扶持、政府採購、人才培養等方面的支持政策。國家進一步扶持發展集成電路產業的政策落實也將為國內集成電路產業快速發展產生促進作用。

六、當前應用企業分析

6.1 兆易創新

公司成立於2005年4月6日，是目前國內最大的代碼型快閃記憶體晶元本土設計企業，也是最大的SPI NOR Flash設計企業，受益於國際大廠逐步淡出NOR Flash，公司該部分業務穩健增長；新瞄準小容量市場空缺，積極進行NAND存儲布局，產品容量從1Gb至8Gb，電壓涵蓋3.3V和1.8V,為國內產品系列和應用覆蓋最齊全的嵌入式應用Flash產品線。當前，通過合作方式進入3D NAND、eMMC領域。

6.2 紫光國芯（002049）

總投資300億美元的紫光南京半導體產業基地於2017年2月12日宣布開工，主要產品為3D-NAND Flash、DRAM存儲晶元，同時公司加大存儲產業的併購重組步伐，2016年12月計劃收購長江存儲51%股權，以進行產業整合、填補存儲器領域空白，但該計劃在2017年7月重組失敗。

6.3 武漢新芯

240億美元打造存儲器基地，於2013年之後開始著手3D NAND的開發，2016年3月，武漢新芯正式啟動存儲器基地項目，該項目將在5年內投資240億美元，存儲器基地預計 2018年量產，2020年實現月產能30萬片，2030年實現月產能100萬片。

6.4 上海復旦微電子（01385）

公司成立於1998年7月，是國內從事超大規模集成電路的設計、開發和提供系統解決方案的專業公司。當前生產、提供SPI NOR Flash、SPI NAND Flash存儲器。

數據來源：電子工程網、半導體協會、Choice金融終端、兆易創新招股說明書、銀河證券研究部、東方證券研究部及互聯網。