本文來(lái)自“深度報(bào)告：存儲(chǔ)市場(chǎng)柳暗花明，國(guó)產(chǎn)替代未艾方興”。存儲(chǔ)芯片屬于半導(dǎo)體中集成電路的范疇，是目前應(yīng)用面最廣、標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的集成電路基礎(chǔ)性產(chǎn)品之一。半導(dǎo)體按照產(chǎn)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(dǎo)體價(jià)值量比例最高的為集成電路，約占整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)市場(chǎng)規(guī)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(chǔ)芯片等四種。

存儲(chǔ)設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)的硬件組件，按存儲(chǔ)介質(zhì)不同可分為光學(xué)存儲(chǔ)、磁性存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)。

光存儲(chǔ)器是指用光學(xué)方法從光存儲(chǔ)媒體上讀取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一種設(shè)備，一般指光盤機(jī)、光帶機(jī)和光卡機(jī)等。

磁性存儲(chǔ)，是指利用磁能方式存儲(chǔ)信息的磁介質(zhì)設(shè)備，其存儲(chǔ)與讀取過(guò)程需要磁性盤片的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，目前廣泛應(yīng)用于 PC硬盤、移動(dòng)硬盤等領(lǐng)域；

存儲(chǔ)芯片，又稱為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，是指利用電能方式存儲(chǔ)信息的半導(dǎo)體介質(zhì)設(shè)備，其存儲(chǔ)與讀取過(guò)程體現(xiàn)為電子的存儲(chǔ)或釋放，廣泛應(yīng)用于內(nèi)存、U 盤、消費(fèi)電子、智能終端、固態(tài)存儲(chǔ)硬盤等領(lǐng)域。

按照斷電后是否保留存儲(chǔ)的信息，存儲(chǔ)芯片主要可分為易失性存儲(chǔ)芯片（RAM）和非易失性存儲(chǔ)芯片（ROM）。

RAM 為隨機(jī)存儲(chǔ)器，斷電后不會(huì)保存數(shù)據(jù)，主要產(chǎn)品包括 SRAM 和 DRAM，DRAM 即動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，使用電容存儲(chǔ)，DRAM 的一個(gè)比特使用一個(gè)電容和一個(gè)晶體管存儲(chǔ)，由于電容會(huì)漏電，因此需要定時(shí)刷新一次存儲(chǔ)單元來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)；SRAM 即靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比 DRAM 復(fù)雜，可以在不刷新電路下保存數(shù)據(jù)。

ROM 是一種存儲(chǔ)固定信息的存儲(chǔ)器，在正常工作狀態(tài)下只能讀取數(shù)據(jù)，不能即時(shí)修改或重新寫入數(shù)據(jù)，在外部電源切斷后仍能保存數(shù)據(jù)，讀取速度較慢但存儲(chǔ)容量更大，主要包括 EEPROM（帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器）、Flash (閃存芯片)、PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)等。

根據(jù)具體的功能，可以將計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器細(xì)分為寄存器、高速緩存、主存儲(chǔ)器、磁盤緩存、固定磁盤、可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)等 6 層。從 CPU Cache、內(nèi)存到 SSD 和 HDD，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)體系，各層只和相鄰的層交換數(shù)據(jù)，隨著層級(jí)由高到低，設(shè)備容量變大、離 CPU 距離變遠(yuǎn)、訪問(wèn)速度變慢、傳輸時(shí)間變長(zhǎng)，并且每字節(jié)的造價(jià)成本也越來(lái)越便宜。

CPU中的寄存器位于最頂部，記為L(zhǎng)0，它使用 SRAM 芯片做成，集成在CPU 的內(nèi)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(chǔ)器，一般作為 DRAM 的緩沖，采用 SRAM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通常也會(huì)被集成在 CPU 內(nèi)部；

主存一般由 DRAM 組成，和SRAM 不同，其存儲(chǔ)密度更高，容量更大，價(jià)格更低，速度也更慢。綜合來(lái)看，SRAM 價(jià)格貴、速度快，DRAM 價(jià)格便宜、容量更大，SSD 和 HDD 硬盤作為外部存儲(chǔ)設(shè)備容量更大、成本更低、離 CPU 更遠(yuǎn)、訪問(wèn)速度更慢。

DRAM 和 FLASH 是目前市場(chǎng)上最為主要的存儲(chǔ)芯片。FLASH 可分為 NOR 和NAND 兩種，兩者區(qū)別在于存儲(chǔ)單元連接方式不同，導(dǎo)致兩者讀取方式不同，NAND 由于引腳上復(fù)用，因此讀取速度比 NOR 慢一點(diǎn)，但是擦除和寫入速度比 NOR 快很多；NAND內(nèi)部電路更簡(jiǎn)單，因此數(shù)據(jù)密度大，體積小，成本也低，市場(chǎng)上一些大容量的 FLASH 都采用 NAND 型，例如 SSD、U 盤、SD 卡、EMMC。

相比于 Flash 與 Nor，DRAM 具有較高讀寫速度、存儲(chǔ)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，但單位成本更高，主要用于 PC 內(nèi)存(如 DDR)、手機(jī)內(nèi)存(如 LPDDR)和服務(wù)器等設(shè)備等。

存儲(chǔ)芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)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(dǎo)體材料供應(yīng)商和***、PVD、CVD、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、封測(cè)設(shè)備等半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商。

產(chǎn)業(yè)鏈中游為存儲(chǔ)芯片制造商，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)芯片的設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)，常見的存儲(chǔ)芯片包括 DRAM、NAND 閃存芯片和 NOR 閃存芯片等；

產(chǎn)業(yè)鏈下游為消費(fèi)電子、汽車電子、信息通信、人工智能等應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)，各類電子化和智能化設(shè)備都離不開存儲(chǔ)芯片應(yīng)用。

存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)鏈主要由集成電路設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝和測(cè)試、模組廠商集成等環(huán)節(jié)組成，從經(jīng)營(yíng)模式來(lái)看，主要分為 IDM 和垂直分工模式。

IDM 模式指企業(yè)業(yè)務(wù)覆蓋 IC 設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試的所有環(huán)節(jié)，大部分國(guó)際存儲(chǔ)芯片大廠均為 IDM 模式，例如東芝半導(dǎo)體、三星半導(dǎo)體、飛索半導(dǎo)體、美光科技等大型跨國(guó)企業(yè)。

垂直分工模式，即 Fabless（無(wú)晶圓制造的設(shè)計(jì)公司）+Foundry（晶圓代工廠）+OSAT（封裝測(cè)試企業(yè)），F(xiàn)abless 模式是指無(wú)晶圓生產(chǎn)線集成電路設(shè)計(jì)模式，即企業(yè)只進(jìn)行集成電路的設(shè)計(jì)和銷售，將制造、封裝和測(cè)試等生產(chǎn)環(huán)節(jié)外包，例如高通、聯(lián)發(fā)科、AMD、華大半導(dǎo)體等；Foundry 即晶圓代工廠，它是一種只負(fù)責(zé)芯片制造，不負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的一種產(chǎn)業(yè)運(yùn)作模式

在臺(tái)積電成立以前，半導(dǎo)體行業(yè)只有 IDM 一種模式，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)發(fā)展，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈逐步朝向分工和整合趨勢(shì)發(fā)展。

DDR、LPDDR、GDDR 是基于 DRAM 的三種內(nèi)存規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)（JEDEC） 定義了三種 DRAM 標(biāo)準(zhǔn)類別，幫助設(shè)計(jì)人員滿足目標(biāo)應(yīng)用的功耗、性能和規(guī)格要求。

標(biāo)準(zhǔn) DDR：面向服務(wù)器、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和消費(fèi)類應(yīng)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(fā)展路線通過(guò)提升核心頻率來(lái)提高性能。

移動(dòng) DDR（LPDDR)：面向移動(dòng)式電子產(chǎn)品和汽車這些對(duì)規(guī)格和功耗非常敏感的領(lǐng)域，提供更窄的通道寬度和多種低功耗運(yùn)行狀態(tài)，四代之前是基于同代 DDR 發(fā)展，四代之后是基于應(yīng)用端獨(dú)自發(fā)展，通過(guò)提高Prefetch 預(yù)讀取位數(shù)來(lái)提升性能。

圖形 DDR (GDDR)：面向需要極高吞吐量的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序，例如圖形相關(guān)應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)中心加速和 AI，是應(yīng)用于高端顯卡的高性能 DDR 存儲(chǔ)器，側(cè)重于數(shù)據(jù)位寬、遠(yuǎn)超同期 DDR 的運(yùn)行頻率。

LPDDR，即低功率雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，是 DDR SDRAM 的一種，又被稱為 mDDR（Mobile?DDR SDRAM），擁有比同代 DDR 內(nèi)存更低的功耗和更小的體積。

GDDR，是用于顯示的 RAM 技術(shù)，其特點(diǎn)是高帶寬、高延時(shí)，目前最新的標(biāo)準(zhǔn)是 GDDR6，2022 年 7 月，三星推出了首款具有 24Gbps 處理速度的GDDR6 顯存。

按存儲(chǔ)單元密度來(lái)分，NAND Flash 可分為 SLC、MLC、TLC、QLC 四種。

SLC 為單級(jí)單元，每單元可存儲(chǔ) 1 比特?cái)?shù)據(jù)，產(chǎn)品性能好、耐久度高，提供高達(dá) 10 萬(wàn)個(gè)P/E 周期，但容量低、成本高，常應(yīng)用于對(duì)讀寫耐久度要求很高的行業(yè)，如服務(wù)器、軍工等。

MLC 屬于多級(jí)單元，每單元可存儲(chǔ) 2 比特?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度比 SLC 要高，可以有更大的存儲(chǔ)容量，擁有 1 萬(wàn)個(gè) P/E 周期，耐久性比 SLC 低，MLC 在服務(wù)器、工規(guī)級(jí)應(yīng)用較多。

TLC 為三級(jí)單元，每單元可存儲(chǔ) 3 比特?cái)?shù)據(jù)，性能和耐久性下降，P/E 周期降至最高 3000個(gè)，但是容量可以做得更大，成本也可以更低，廣泛用于消費(fèi)類產(chǎn)品，是性價(jià)比最高的存儲(chǔ)方案，性能、價(jià)格、容量等多個(gè)方面達(dá)到了較好的平衡。

QLC 為四級(jí)單元，每單元可存儲(chǔ) 4 比特?cái)?shù)據(jù)，性能、耐久度進(jìn)一步變差，P/E 周期只有 1000 個(gè)，但價(jià)格便宜，單元空間內(nèi)的存儲(chǔ)容量更高，消費(fèi)級(jí)的大容量 SSD 就采用 QLC NAND 閃存顆粒。

NAND 經(jīng)歷了 2D NAND 時(shí)期，現(xiàn)在邁入3D NAND 時(shí)期。2D NAND 將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元水平并排地放置，放置單元的空間量有限，縮小單元?jiǎng)t會(huì)降低可靠性；3D NAND在縱向上增加疊放單元，加大單位面積內(nèi)的晶體管數(shù)量，從而獲得更高存儲(chǔ)密度，實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)容量，此外，耐久度更高、功耗更小，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致價(jià)格大幅上升。

市場(chǎng)上的 3D NAND 主要分為傳統(tǒng)并列式架構(gòu)和 CuA（CMOS under Array）架構(gòu)，2018 年，長(zhǎng)江存儲(chǔ)公布了其突破性 3D NAND 架構(gòu) Xtacking，將晶圓鍵合這一關(guān)鍵技術(shù)在3D NAND 閃存上得以實(shí)現(xiàn)，隨著層數(shù)的不斷增高，基于Xtacking 所研發(fā)制造的 3D NAND閃存將更具成本和創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。

編輯：黃飛