驱动存储芯片行业重大变局——3D NAND FLASH 深度分析报告

驱动存储芯片行业重大变局——3D NAND FLASH 深度分析报告

　3 存储芯片行业供需状况稳定，过剩概率不大

　　3.1 传统上存储芯片市场周期性较为明显

　　2015年因Flash原厂扩大1ynmTLC量产，以及受全球智能手机出货量增长放缓，平板出货下滑，PC需求持续不振等影响，中国闪存市场网数据，NANDFlash综合价格指数累积跌幅高达35%，再加上DRAM价格持续下跌，存储产业链厂商营收成长均受到了一定的冲击。

　　而2016年第一季度市场需求复苏迟缓，NANDFlash价格依然持续跌势，累积2个多月NANDFlash综合价格指数跌幅达3.3%。

　　二季度以来，随着上游Flash原厂3D技术量产不顺以及产线转换等影响，3D NAND产出相对有限，2D NAND产能供应减少。在苹果iPhone SE备货、SSD强劲的需求带动下，NAND Flash市场迎来首波涨价潮，NAND Flash综合价格指数短时间内上涨4%，打破了常规的传统淡季。

　　随着旺季即将到来，为了满足SSD需求的增长以及中高端手机对内嵌高容量的需求，Flash原厂对市场供应的Wafer数量减少且提高15%的价格，5月下旬市场NAND Flash价格再次上涨。其中，闪存卡价格最先拉涨，eMMC/eMCP价格也已明显止跌，市场更传出4GB-16GB eMMC、4+4/8+4/8+8 eMCP等低容量喊涨等消息，似乎预警NAND Flash市场已提前进入紧张的供应状态。

　　3.2 资金+技术两大壁垒

　　3D NAND FLASH行业两大壁垒：资金壁垒、技术壁垒。这使得业内领先企业优势明显。

　　3D NAND FLASH 需要投入大量资金。主要厂商建设厂房和设计生产均投入了大量资金。资金雄厚的公司才能立于有利地位。这使得资金不足的厂商进入比较困难。

　　表格5 部分厂商3D NAND FLASH投资金额 资料来源：上市公司公告

　　生产3D NAND FLASH需较高的技术。相对于2D NAND对微缩技术的要求，3D NAND的关键技术是极度复杂的刻蚀和薄膜工艺。另外，克服良率与成本也需要较好技术，如美光(Micron)与英特尔(Intel)阵营开发Cellon Peripheral Circuit技术试图解决良率与成本问题。3D NAND FLASH中，由于厂商不一定公布很多技术细节，特别是很少提及具体的制程工艺，除了三星之外其他厂商的3D NAND FLASH现在才开始推向市场，代表性产品也不足。

　　表格6 部分厂商3D NAND 芯片技术特征

　　l 三星：最早量产的V-NAND闪存

　　三星是NAND FLASH市场最强大的厂商，在3D NAND FLASH上也是一路领先，他们最早在2013年就开始量产3D NAND FLASH了。在3D NAND路线上，三星也研究过多种方案，最终量产的是VG垂直栅极结构的V-NAND FLASH，目前已经发展了三代V-NAND技术，堆栈层数从之前的24层提高到了48层，TLC类型的3D NAND核心容量可达到256Gb容量，在自家的840、850及950系列SSD上都有使用。

　　值得一提的是，三星在3D NAND FLASH上领先不光是技术、资金的优势，他们首先选择了CTF电荷撷取闪存(charge trap flash，简称CTF)路线，相比传统的FG(Floating Gate，浮栅极)技术难度要小一些，这多少也帮助三星占了时间优势。

　　l 东芝/闪迪：独辟蹊径的BiCS技术

　　东芝是闪存技术的发明人，虽然现在的份额和产能被三星超越，不过东芝在NAND及技术领域依然非常强大，很早就投入3D NAND研发了，2007年他们独辟蹊径推出了BiCS技术的3D NAND。虽然2D NAND FLASH简单堆栈是可以作出3D NAND FLASH的，但制造工艺复杂，要求很高，而东芝的BiCS FLASH是Bit Cost Scaling，强调的就是随NAND规模而降低成本，号称在所有3D NAND FLASH中BiCS技术的闪存核心面积最低，也意味着成本更低。

　　东芝和闪迪是战略合作伙伴，双方在NAND领域是共享技术的，他们的BiCS FLASH去年开始量产，目前的堆栈层数是48层，MLC类型的核心容量128Gb，TLC类型的容量可达256Gb，预计会在日本四日市的Fab 2工厂规模量产，2016年可以大量出货了。

　　l SK Hynix：今年推第四的3D NAND

　　在这几家NAND厂商中，SK Hynix的3D NAND最为低调，不过从官网公布的信息来看，SK Hynix的3D NAND FLASH已经发展了3代，2014年Q4推出的第一代，2015年Q3季度推出的第二代，去年Q4推出的则是第三代3D NAND FLASH，只不过前面三代产品主要面向eMCC 5.0/5.1、UFS 2.0等移动市场，今年推出的第四代3D NAND FLASH则会针对UFS 2.1、SATA及PCI-E产品市场。

　　SK Hynix的3D NAND FLASH堆栈层数从36层起步，不过真正量产的是48层堆栈的3D NAND FLASH，MLC类型的容量128Gb，TLC类型的也可以做到256Gb容量。

　　l Intel/美光：大容量的FG浮栅极

　　这几家厂商中，Intel、美光的3D NAND FLASH来的最晚，去年才算正式亮相，虽然进度上落后了点，但美光的3D NAND有很多独特之处，首先是他们的3D NAND第一款采用FG浮栅极技术量产的，所以在成本及容量上更有优势，其MLC类型闪存核心容量就有256Gb，而TLC闪存则可以做到384Gb，是目前TLC类型3D NAND FLASH存中容量最大的。384Gb容量还不终点，今年的ISSCC大会上美光还公布了容量高达768Gb的3D NAND FLASH论文，虽然短时间可能不会量产，但已经给人带来了希望。

　　l Intel：3D XPoint闪存

　　Intel在中国大连投资55亿升级晶圆厂，准备量产新一代3D XPoint闪存。根据Intel官方说法，3D XPoint闪存各方面都超越了目前的内存及闪存，性能是普通显存的1000倍，可靠性也是普通闪存的1000倍，容量密度是内存的10倍，而且是非易失性的，断电也不会损失数据。

　　由于还没有上市，而且Intel对3D XPoint闪存口风很严，目前无法确定3D XPpoint闪存背后到底是什么，不过比较靠谱的说法是基于PCM相变存储技术。相比目前的3D NAND FLASH，3D XPoint闪存有可能革掉NAND及DRAM内存的命，因为它同时具备这两方面的优势，所以除了做各种规格的SSD硬盘之外，Intel还准备推出DIMM插槽的3D XPoint硬盘，现在还不能取代DDR内存，但未来一切皆有可能。

　　2016年下半年除东芝就64层3D NAND FLASH展开送样出货外，三星电子，美光，SK海力士等亦将陆续量产，将促使3D NAND FLASH垂直堆叠最高层数自64层朝2017年的80层迈进。DIGITIMES研究观察，由于干蚀刻使用在64层以上更高堆叠层数的三维NAND闪存，其蚀刻速度与正确性可望优于湿蚀刻，将使三星于64层以上的3D NAND闪存转向干蚀刻发展的可能性提升。

　　垂直信道构造的3D NAND FLASH系指字符线与位线构造，垂直通道具备成本优势，成为厂商发展的3D NAND FLASH所采用主流构造。随着3D NAND Flash持续朝64层以上更高垂直堆栈层数迈进，制程中需贯通至底部的蚀刻厚度将较以往增加，且蚀刻精密度亦将提升。

　　3.3 技术变革改变行业周期属性

　　尽管存储芯片市场呈现周期性波动，但我们认为，随着3DNANDFLASH技术的发展，存储芯片行业的周期性将让位于成长性，在较长时间内进入相对供需稳定状态，没有产能大幅过剩的担忧，相关企业将能够保持相对稳定的盈利能力。主要原因如下：

　　1)供给端看：行业壁垒高，资金+技术构成了极高的壁垒。行业内企业大量减少，少数企业占据了主导地位。

　　其一，存储芯片行业不断出现的破产、并购使得行业产能收缩，产业集中度也进一步提高。2013年存储芯片行业前五大厂商合计市场份额约为95%，中小型厂商基本被消灭。各大厂商经历过过去因行业产能过剩而造成的巨额亏损，从而扩产更为谨慎，不像过去中小型厂商为了抢占市场份额而往往率先扩产。这样存储芯片产业就在较长一段时间内保持了较为稳定的状态。

　　其二，存储芯片行业扩产难度相比过去已经大大提高。DRAM目前主流的制程为20nm~30nm，NAND也进入20nm以下制程的时代，进一步缩小制程所需的研发与建厂投资大大增加，新建厂房往往需要花费数十亿美元。所以，从整体上来看，存储芯片厂商的扩产意愿和扩产能力都不强。

　　2)需求端看：下游应用范围大大扩展,智能移动终端和3D SSD需求旺盛。智能移动终端兴起一方面使得对存储芯片的需求大大提高，抵消了近些年来PC销量不振造成的影响，另一方面也平抑了原来因PC出货周期而导致的存储芯片需求周期。3D固态硬盘需求逐渐增大，未来将逐渐取代HDD。（责编：振鹏）

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