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一、半导体产品分类

按照国际通行的半导体产品标准方式进行分类,半导体可以分为四类:集成电路,分立器件,传感器和光电子器件。半导体产品分类:


二、存储芯片

1. 定义

存储芯片又叫做半导体存储器,是以半导体电路作为存储媒介的存储器,通过对存储介质进行电子或电荷的充放电标记不同的存储状态,从而实现数据存储功能。

2. 分类

(1)易失性存储芯片: 这类存储芯片在断电后会丢失其存储的数据。它们通常用于临时存储数据,如运行中的程序和处理器的缓存。

  • RAM(Random Access Memory,随机存取存储器):快速临时数据存储,用于CPU的运算处理。

    • DRAM(Dynamic RAM,动态随机存取存储器):需要定期刷新电子信息,以维持存储的数据。

    • SRAM(Static RAM,静态随机存取存储器):不需要定期刷新,比DRAM更快但更贵,常见于高速缓存中。

(2)非易失性存储芯片: 这些芯片即使在没有电源的情况下也能长期保存数据,适用于存储程序代码和用户数据。

  • ROM(Read-Only Memory,只读存储器):预先编程的存储芯片,通常包含不能或难以更改的数据。

    • PROM(Programmable ROM,一次性编程的只读存储器):可以由用户编程一次,之后就变成只读。

    • EPROM(Erasable Programmable ROM,可擦写可编程只读存储器):可以通过紫外线擦除数据并重编程。

    • EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM,电可擦写可编程只读存储器):可以电流擦除和重编程,操作更加方便。

  • Flash Memory:一种广泛使用的电脑擦写可编程存储技术,用于USB闪存驱动器、固态硬盘等设备。

    • NAND Flash:具有高存储密度、较低的每位成本,适用于大容量存储。

    • NOR Flash:具有更快的读取速度,适用于代码执行和较小容量存储。

其中,DRAM、NAND、NOR 是三大主流存储。存储芯片按照断电后数据是否丢失, 可分为易失性存储芯片和非易失性存储芯片。易失性存储器断电后会丢失数据,主 要包括DRAM,非易失性存储器断电后能保留数据,主要包括NAND、NOR FLASH。

  • 根据Digitimes 统计,在2022 年全球存储芯片市场中,DRAM、NAND、NOR 分别 占据了57%、40%、2%的份额。目前在DRAM 产品中,DDR4 仍然是市场主流, 其具有良好的性价比和广泛的适配性,但在容量、功耗等方面存在劣势,未来在服 务器等需求带动下,DDR5 和HBM 渗透率将会不断提升。

  • 在NAND 产品中,TLC占据了主要市场,是使用最广泛的闪存。3D 堆叠是NAND 的主流工艺,堆叠的层数将会持续增加,向高密度、大容量方向不断发展。

  • 相比于DRAM 和NAND,NOR Flash 的制程演进较为缓慢,目前主流制程在5xnm 和4xnm。随着物联网、消费类电子、汽车电子的快速发展,NOR 产品需求将不断增加,旺宏、华邦电子等头部厂商已投入3D NOR 的研发,未来NOR Flash 产品将不断向中大容量迈进

3. 行业分析

(1)市场规模

存储行业市场空间巨大,是最大的细分半导体市场。

存储器市场空间巨大,据WSTS 预测,2023 年全球存储芯片市场规模将达到 1675 亿美元,其中中国存储芯片市场规模将达 6492 亿元(约 942 亿美元)。同时,存储器也是半导体各类细分行业中最大的部分,其市场规模约占整个半导体行业的 27%。

(2)存储芯片市场竞争格局

  • 全球存储芯片市场

在全球存储芯片市场中,三星、海力士、美光三大厂商在 DRAM 供给端占据龙头地位。根据 Gartner,三大厂商出货量占比超过 95%。三星占比最高,份额长期在 40%以上。海力士占比约为 30%,美光占比超过 20%。

NAND Flash 市场竞争较 DRAM 更加激烈。NAND Flash 供给端存在三星、铠侠、美光、西部电子、海力士等多家厂商占据较大份额。三星占比最大,超过 30%,其次为铠侠,占比为 20%左右。美光、西部电子、海力士占比相差较小,均为 10%-15%,存在小幅波动。

  • 中国存储芯片市场

从中国存储芯片行业的上市公司业务情况来看,兆易创新为国内行业龙头企业,2022年存储芯片业务营收达到48.26亿元,此外北京君正存储芯片业务营收达到40.55亿元,澜起科技互联类芯片业务营收在27.35亿元,其余企业营收规模较小,均在10亿元以下。整体来看,中国存储芯片企业产品仍处于投产初期,与国外存储芯片制造商相比竞争力仍然较弱。

目前,DRAM 和NAND 主要由三星、SK 海力士、美光等海外厂商掌控,国内厂商市占率较低,国产替代空间广阔。在NOR 方面,我国本土企业已占据一定的市场份额。

国内厂商多集中于利基型存储。从存储芯片的产品布局来看,海外巨头多聚焦于DRAM、NAND 主要领域等高端市场,业务重心在大容量存储产品。而国内存储厂商则主要布局于利基型存储,包括利基DRAM、SLC NAND、NOR Flash 等中小容量产品,代表厂商有华邦电子、旺宏电子、兆易创新、北京君正、东芯股份等。利基DRAM 方面,华邦、兆易创新、北京君正规模较大;SLC NAND 领域,东芯股份为本土SLC NAND 龙头,;NOR 方面,领先厂商包括华邦、旺宏、兆易创新等。目前,由于利基型存储竞争格局较为分散,且海外巨头正逐渐淡出利基型存储市场,随着国产化需求提升,具备研发能力的国内存储厂商将迎来良好的替代机遇。

4. AI服务器带来存储芯片的全新增量

根据TrendForce 调查数据,现阶段普通服务器DRAM(不含HBM)平均容量约为500~600GB,而AI 服务器平均容量可达1.2~1.7TB,所需DRAM 容量远高于普通服务器。与普通服务器相比,AI 服务器除原有DRAM 外还会用到HBM。AI 服务器由于需要在短时间内处理大量数据,追求的速度更高,对高带宽的需求大幅提升。

HBM即高带宽存储器,基于3D 堆叠工艺,其通过中介层(Interposer)连接至GPU 而非直接与GPU 集成。HBM 是当前数据处理速度最快的DRAM 产品,能为AI 服务器带来更高的效率以及更高的传输带宽,已成为高端GPU 的标配,是AI 服务器带来的全新增量。

HBM通过中介层(Interposer)与GPU连接

除了性能和功耗外,HBM 在节省产品空间方面也独具匠心。随着游戏玩家对更轻便高效的电脑追求,HBM 应运而生,它小巧的外形令人惊叹,使游戏玩家可以摆脱笨重的 GDDR5 芯片,尽享高效。此外,HBM 比 GDDR5 节省了 94% 的表面积!

受益于AI 服务器需求带动,HBM 市场规模持续增长。据TrendForce 数据,目前高端AI 服务器GPU 搭载HBM 已成为主流,预计2023 年全球HBM 需求量达2.9亿GB,年增长近六成,且2024 年将再增长三成。市场规模来看,根据Omdia 数据,2020 年全球HBM 市场规模为4.58 亿美元,预计2025 年将达到25 亿美元,年复合增长率为40.38%。