存储芯片行业深度报告

存储芯片行业深度报告一、存储芯片：现代信息存储媒介1.1半导体存储：主流存储媒介，DRAM和NAND为其核心构成早期信息存储以纸张、磁性媒介为主。早期的信息存储主要依靠纸张，1725年法国人发明了打孔卡和打孔纸带，这是最早的机械化信息存储形式。1928年磁带问世，磁性存储时代开始，随后在1932年，硬盘驱动器前身即磁鼓内存问世，存储容量约62.5千字节。1936年，世界上第一台电子数字计算机诞生，使用真空二极管处理二进制数据，使用再生电容磁鼓存储器存储数据，但体积庞大。1946年，第一个随机存取数字存储器诞生，存储容量4000字节，因体积过大后来被1956年IBM发明的硬盘驱动器（HDD）替代。随后，1965年只读式光盘存储器（光盘，CD-ROM）普及。半导体存储技术发展已有半个世纪。1966年动态随机存取存储器（DRAM）问世，存储器进入半导体时代，最早单颗裸片（Die）容量为1kb，如今已达16Gb及以上。直到1980年，东芝发明了闪存

（Flash），此后90年代，先后出现了USB、SD卡等多种Flash应用。2008年，3DNAND技术萌芽，到2014年正式商用量产。由此看，半导体存储器发展已有55年，其中DRAM发展已有55年，Flash发展已有40年，由于2DNAND和3DNAND技术差别巨大，实际上3DNAND发展历史仅仅十余年，技术成熟度远不如DRAM。半导体存储器又称存储芯片，是以半导体电路作为存储媒介的存储器，用于保存二进制数据的记忆设备，是现代数字系统的重要组成部分。半导体存储器具有体积小、存储速度快等特点，广泛应用服务器、PC、智能手机、汽车、物联网、移动存储等领域。根据存储原理的不同，半导体存储器可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）：（1）随机存储器（RAM）。与CPU直接交换数据的内部存储器。可随时读写且速度快，断电后存储数据丢失，是易失性存储器。RAM又可进一步细分为动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。DRAM用作内存，需求量远高于SRAM。SRAM速度很快但成本高，一般用于作CPU的高速缓存。（2）只读存储器（ROM）。只能读取事先存储的信息的存储器。断电后所存数据不会丢失，根据可编程、可抹除功能，ROM可分为PROM、EPROM、OTPROM、EEPROM和Flash等。Flash是当前主流的存储器，具备电子可擦除可编程的性能，能够快速读取数据而且断电时不会丢失数据，往往与DRAM搭配使用。Flash可进一步细分为NANDFlash和NORFlash：NANDFlash写入和擦除的速度快，存储密度高，容量大，但不能直接运行NANDFlash上的代码，适用于高容量数据的存储。NORFlash的优势是芯片内执行——无需系统RAM就可直接运行NORFlash里面的代码，容量较小，一般为1Mb-2Gb。DRAM和NANDFlash为最重要的两类存储芯片。按照市场规模计算，DRAM约占存储器市场53%，NANDFlash约占45%，二者份额合计达98%，为存储器市场主要构成产品。1.2发展趋势：DRAM聚焦制程迭代，NAND聚焦3D堆叠1.2.1DRAM：向高性能和低功耗发展，3D堆叠、先进工艺、EUV等是未来趋势DRAM的工作原理是利用电容内存储电荷的多寡来代表一个二进制比特（bit），具备运算速度快、掉电后数据丢失的特点，常应用于系统硬件的运行内存，主要应用于服务器、PC和手机等。在结构升级方面，DRAM分为同步和异步两种，两者区别在于读/写时钟与CPU时钟不同。传统的DRAM为异步DRAM，已经被淘汰，SDRAM（SynchronousDRAM，同步动态随机存储器）为DRAM的一种升级，读/写时钟与CPU时钟严格同步，主要包括DDR、LPDDR、GDDR、HBM等：（1）DDRSDRAM（DoubleDataRateSDRAM，双信道同步动态随机存取内存）可以在一个时钟读写两次数据，使得传输数据加倍，目前已发展到第五代，每一代升级都伴随传输速度的提升以及工作电压的下降。根据Yole预测，随着DDR5的上市，市场将快速进行产品升级换代，预计2025年DDR5的份额将接近80%。（2）LPDDR（LowPowerDDR，低功耗双信道同步动态随机存取内存）通过与处理器紧邻（焊接在主机板上而非插入或以封装层叠技术直接堆在处理器上方）、减少通道宽度以及其他一些牺牲部分反应时间的方法来降低体积和功耗。LPDDR内存多用于智能手机、笔记本、新能源车上，而DDR多用于服务器、台式机、普通笔记本上。（3）GDDR（GraphicsDDR，绘图用双信道同步动态随机存取内存）为专门适配高端绘图显卡而特别设计的高性能DDR储存器。GDDR与一般DDR不能共用，时钟频率更高，发热量更小，一般用于电竞终端和工作站。高性能和低功耗是性能升级的两大主要趋势。一般来说，绘图用DRAM数据传输速度高于计算机用DRAM，计算机用DRAM高于手机用DRAM。近年来，各类DRAM更新迭代快速，高性能和低功耗是两大主要趋势，目前DDR、LPDDR、GDDR已发展至第5~6代，较前一代传输速率大幅提升，功耗大幅度降低。手机DRAM方面，目前业内已量产LDDR5；计算机用DRAM方面，目前已演进至DDR5；绘图用DRAM方面，最新一代的GDDR6已商用数年。从2D架构转向3D架构演变可能是未来DRAM的技术趋势之一。2DDRAM内存单元数组与内存逻辑电路分占两侧，3DDRAM则是将内存单元数组堆栈在内存逻辑电路的上方，因此裸晶尺寸会变得比较小，每片晶圆的裸晶产出量会更多，意味着3DDRAM在成本上具备优势。DRAM从2D架构转向3D架构演变的典型产品为HBM。HBM（HighBandwidthMemory，高带宽储存器）是AMD和SK海力士推出的一种基于3D堆栈工艺的高性能DRAM，适用于高储存器带宽需求的应用场合，如图形处理器、网络交换及转发设备（交换机、路由器）等。HBM与GDDR都与GPU紧密整合，但HBM的位置不在GPU旁，而是在连接GPU与逻辑电路的中介层上。这些DRAM芯片具有大量的硅通孔（TSV），连接HBM内的各个芯片，以及其底部的逻辑芯片。因此，DRAM颗粒可以相互堆叠，使得芯片在垂直面上能实现小面积和高容量。DRAM工艺制程演进至10+nm，将继续向10nm逼近。DRAM的制程接近10nm，各厂家都处于10nm+阶段。业界命名DRAM前三代10nm+制程分别为1X（16-19nm）、1Y（14-16nm）、1Z（12-14nm）。行业龙头三星电子、SK海力士和美光在2016~2017年期间进入1Xnm阶段，2018~2019年进入1Ynm阶段，2020年后进入1Znm阶段。最新的1αnm仍处于10+nm阶段，三星于2020年3月率先完成技术开发，美光和海力士紧随其后，各家大厂将继续向10nm逼近。光刻技术由DUV转向EUV。目前DRAM使用最为成熟的光刻技术是193nm的DUV光刻机，EUV光刻机使用13.5nm波长，可通过减少光罩次数来进一步压低成本，提高精度和产能。在工艺制程达到14nm后，采用EUV的经济性开始显现，而DUV需使用多重曝光（SAQP）技术才能形成更细线宽的电路，因此成本上处于劣势。目前DRAM厂商仍可通过工艺改进使用DUV生产10+nmDRAM，未来DRAM生产转向EUV将是必然。三星、SK海力士分别于2020年和2021年引入EUV技术来制造DRAM，美光预计在2024年生产基于EUV的DRAM。目前EUV经济效益低于DUV，但EUV将带来更简化的流程，且成本会随着工艺完善而不断降低。1.2.2NAND：3DNAND商用时间短，高密度存储、3D堆叠是未来趋势20世纪80年代，2DNAND技术诞生并商业化，闪存行业获得高速发展。1967年，Dawonhng和SimonS共同发明了浮栅MOSFET，这是所有闪存、EEPROM和EPROM的基础。1984年，闪存之父FujioMasuoka代表东芝在IEEE1984综合电子设备大会上正式介绍了闪存。1986年，英特尔推出了闪存卡概念，成立了SSD部门。1987年，Masuoka发明2DNAND，此后，英特尔、三星电子和东芝先后推出2DNAND产品。90年代初，闪存市场迅速扩张，1991年产值仅1.7亿美元，1995年达到18亿美元,复合增速达80%。2001年，东芝与闪迪宣布推出1GBMLCNAND。2004年，基于同等密度，NAND的价格首次降至DRAM之下，成本效应将闪存带入计算领域。3DNAND于2014年开始商业化量产，主流厂商基本实现产品转换。2007年，东芝最早推出BiCS类型的3DNAND。2013年三星推出第一代V-NAND类型的3DNAND。2014年，SanDisk和东芝宣布推出3DNAND生产设备，三星率先发售32层MLC3DV-NAND，至此3DNAND市场开始快速扩张。3DNAND存储单元向TLC、QLC等高密度存储演进。NANDFlash根据存储单元密度可分为SLC、MLC、TLC、QLC等，对应1个存储单元分别可存放1、2、3和4bit的数据。存储单元密度越大，寿命越短、速度越慢，但容量越大、成本越低。目前NANDFlash以TLC为主，QLC比重在逐步提高。3D堆叠大幅提升容量，相同单元密度下寿命较2D结构延长。3DNAND是一项革命性的新技术，首先重新构建了存储单元的结构，并将存储单元堆叠起来。3DNAND带来的变化有：（1）总体容量大幅提升；（2）单位面积容量提高。对于特定容量的芯片，3DNAND所需制程比2DNAND要低得多（更大线宽），因而可以有效抑制干扰，保存更多的电量，稳定性增强，例如同为TLC的3DNAND寿命较2DNAND延长。工艺制程演进相对缓慢，3D堆叠层数增长迅速。从2014年到2020年，各家厂商3DNAND堆叠层数从32层增长至128层，大致3年层数翻一倍，而工艺制程在2DNAND时期就达到19nm，转换成3DNAND工艺制程倒退至20-40nm，而后又逐步往更高制程演进，制程演进相对逻辑芯片较慢。从各厂商的技术蓝图来看，NANDFlash堆叠层数预计在2022年将达到2XX层，而工艺制程则可能停留在20-19nm左右。堆叠层数仍有较大提升空间。按照SK海力士的预测，3DNAND在发展到层数超过600层的阶段时才会遇到瓶颈，目前市场上主流产品低于200层，未来技术升级空间较大。主流厂商基本实现从2DNAND到3DNAND的产品转换，三星电子领先1-2年。从2014年3DNAND量产开始，到2018年主要NAND厂商基本完成从2D到3D的产品转换。2018年NANDFlash厂商三星电子、东芝/西部数据、美光、英特尔等原厂的3DNAND生产比重己超过80%，美光甚至达到90%。目前，各家厂家已实现128层（铠侠和西部数据是112层）的量产，176层正成为主流，2XX层以上的研发和量产正在推进，其中三星研发进度最为领先，比其他厂商领先1-2年。1.3新兴技术：市场应用有限，尚无法构成实质性替代除DRAM和NANDFlash以外，NORFlash近年来受到越来越多的关注。NORFlash制程迭代重启，向55/40nm节点推进。1988年，Intel推出第一款NORFlash商用产品，制程1.5um，2005年Intel推出65nm产品。然而，受市场萎缩的影响，NORFlash制程进展长期停滞。但近年来随着可穿戴设备、AMOLED/TDDI和汽车电子等需求增长，NORFlash行业自2016年以来恢复增长。目前高密度NORFlash产品的主流工艺从65nm节点向55nm/40nm节点推进，而低密度NORFlash产品仍在以65nm及以上节点制造。SPI接口NORFlash为主流，具有体积小、功耗低、成本低和速率高等优点。NORFlash主要有两种传输接口：SPI（串行外设接口）和I2C（并行存取接口）。相比于I2C，SPI仅需6个信号便可实现控制器和存储器之间的通信，减少了设计复杂性，缩小了电路板面积，降低了功耗和系统总成本。SPI传输速度一般为几十Mbps，而I2C的传输速率一般在400Kbps。使用SPI技术的NORFlash一般被称为SPINORFlash，而使用I2C的被称为ParallelNORFlash。目前国内的NORFlash厂商众多，两种接口的NORFlash均有研发生产。新兴存储技术应用有限，预计市场份额将长期处于低水平。根据Yole，目前市场上除DRAM、NANDFlash、NORFlash其他存储技术的市场份额合计仅2%，预计到2026年新兴的存储技术，包括PCM、MRAM、RERAM等，份额仍将不到全市场的3%。SRAM、EPROM、EEPROM基本被替代或应用于较为局限的场景。（1）SRAM成本高昂，用于CPU高速缓存。相比于DRAM，SRAM快速且功耗低，但是成本高昂，且由于内部结构复杂，SRAM占用面积大，因此成本高，不适合用于高密度存储低。一般用小容量的SRAM作为高速CPU和低速DRAM之间的缓存（cache）。（2）EPROM已被替代。EPROM中存储的信息在掉电时也能保持，可通过强紫外线照射对信息进行擦除，是一种可重写的存储器芯片。EPROM在Flash推出后被取代。（3）EEPROM用于模组芯片小容量信息存储。EEPROM与EPROM一样是只读的，其擦除信息的速度极快。相比于Flash，EEPROM储存密度小，成本高。一般地，EEPROM用于解决模组芯片的数据存储需求，如摄像头模组内存储镜头与图像的矫正参数、液晶面板内存储参数和配置文件、蓝牙模块内存储控制参数、内存条温度传感器内存储温度参数等等。新型存储发展方向均是将DRAM的读写速度与Flash的非易失性结合起来，目前尚无方案可替代DRAM和NANDFlash。目前较为流行的新型存储有四种：PCM、FRAM、MRAM、ReRAM：（1）PCRAM（相变随机存储器）。具有工艺尺寸小、存储密度高、读写速度快、功耗低、可拓展性强等优点，但由于PCM必须逐层构建，且每一层都必须采用关键的光刻和蚀刻步骤，导致成本与层数等比例增加，因此其不具备规模效益。目前布局的厂商有Intel、美光、三星等。（2）FRAM（铁电存储器）。可实现超低功耗、快速存储，有望在消费类小型设备中得到应用，如手机、功率表、智能卡以及安全系统。但由于FRAM存储密度低，且因铁电晶体的固有缺点，访问次数有限，超出了限度，FRAM就不再具有非易失性，因此FRAM无法替代Flash。目前布局的厂商有Fujitsu、德仪、Cypress等。（3）MRAM（非挥发性的磁性随机存储器）。具有SRAM的高速读写能力，以及DRAM的高集成度，可以无限次重复写入，价格昂贵，工艺复杂，设计难度高。布局的厂商有三星电子、IBM、NXP等。（4）ReRAM（电阻式随机存储器）。与闪存相比，其优势是读取延迟更低且写入速度更快，但由于ReRAM技术在物理方面非常困难，且性能和可靠性不具备竞争力。目前在研厂商包括松下、台积电、联电等。二、供需分析：高成长与强周期并存2.1需求端：存储为长期高成长赛道，数据中心、AI、自动驾驶驱动成长存储芯片是长期高成长的赛道。只要有数据就离不开存储，新型终端或应用的诞生及爆发，拉动数据存储需求不断增长。复盘历史，存储器市场出现过多轮新终端或应用驱动的成长周期，如90年代PC的渗透，2000年代功能机的渗透及iPod等推出，2010年代智能机的渗透及云计算的爆发，未来存储器需求将在5G、AI以及汽车智能化的驱动下步入下一轮成长周期。存储芯片市场规模维持长期增长，在半导体市场的占比波动上行。全球存储芯片市场于波动中保持上升趋势，市场规模从2005年的546亿美元增至2020年的1229亿美元，复合增速达5.6%，ICInsights预计2021年全球存储芯片市场规模将同比增长22%，2023年将超过2000亿美元。存储芯片在整个半导体中的占比2002年在10%出头，到上一轮景气度高点2018年，达到33.1%，整体处于波动上行的状态。2019年和2020年，由于存储器周期下行，该比例有所下降，根据WSTS，2020年该比例约为27%。从结构上看，DRAM和NANDFlash为存储芯片的核心品类。根据IDC，DRAM和NANDFlash两者自2005年以来一直占据存储芯片市场的大部分份额，两者合计占比达75%，2020年该份额上升至96%。受到5G手机、服务器、PC等下游需求驱动，存储芯片市场规模将快速扩张。2020年DRAM下游市场中，计算、无线通讯、消费和工业分别占45.9%、36.5%、9.6%、4.5%，而NANDFlash下游市场中，计算、无线通讯、消费和工业分别占54.8%、34.1%、6.1%、2.6%（注：IDC的分类中，“计算”包含服务器和PC，“无线通讯”包含智能手机）。智能手机5G升级，带动智能手机单机容量提升，云计算和AI发展，推动存储需求不断上行。另外，2020年至今新冠疫情带来的工作、生活方式的转变，远程服务的诸多应用持续带动服务器需求，而平板、笔记本电脑等也因远程办公、教学需求，出货量大幅增长。下游市场发展将带动DRAM和NANDFlash快速发展。从应用结构变化趋势看，服务器和智能手机成为近10年存储需求增长的主要驱动力。（1）智能手机：

2010年智能手机爆发，对存储芯片的需求随之爆发，DRAM下游应用中智能手机占比开始快速上升，手机DRAM市场规模从2005年的21亿美元增长至2020年的239亿美元，复合增速17.8%，手机NAND市场规模从2005年的70亿美元增长至2020年的189亿美元，复合增速6.8%。（2）计算（服务器及PC）：

计算市场稳定增长，计算用DRAM销售额持续增长，销售额从2005年的233亿美元增长至2020年的300亿美元，复合增速1.7%，增速较低是因为PC市场自2010年以来有所衰退。而NANDFlash下游应用中计算占比开始快速上升，销售额从2005年的84亿美元增长至2020年的304亿美元，复合增速8.9%。2.1.1服务器：云服务资本开支高增，服务器平台升级服务器出货量稳健增长。根据IDC统计，2016-2020年，由于云计算浪潮、AI、企业数字化转型、物联网等的推动，全球服务器出货量从956万台增长至1224万台，复合增速达6.4%。云服务厂商资本开支维持高增速，服务器出货增长动能强劲。在短期驱动力（宅经济）和长期驱动力（AI、云计算）的作用下，全球云服务厂商加速采购服务器，20Q1-21Q2服务器采购经历了先补库存后去库存，21Q3以来服务器需求恢复。短期来看，服务器需求企稳，而全球云服务厂商的资本支出维持40%上下的高增长，我们判断服务器需求有较强支撑。长期来看，5G、云计算浪潮、AI、企业数字化转型、物联网等快速发展，将促使企业增购服务器。IDC预计2021-2025年维持稳定增长，2021年出货量达到1299万台，到2025年达到1676万台，复合增速为6.5%。服务器平台升级带来存储芯片容量提升和规格升级。服务器更新换代带来DRAM和NANDFlash搭载容量的提升，据DRAMeXchange测算，服务器的DRAM平均单机容量从2019年的304GB上升至2020年的397GB，涨幅达30%。据ChinaFlashMarket测算，服务器的NANDFlash平均单机容量从2019年的2300GB增至2020年的2700GB，增幅达17%。目前，英特尔平台的服务器占市场主导地位，以其为例，其服务器正从Purely平台向Whitley平台切换，同时下一代EagleStream平台将于2022年起量，服务器平台切换带来DRAM和NANDFlash搭载量和规格的提升，如内存通道从6提升至8，DRAM从DDR4升级至DDR5。2.1.2智能手机：5G快速渗透，单机存储容量提升智能手机进入存量升级时代，存储芯片单机搭载容量维持高增长。智能手机经历过2008-2016年的爆发式增长，出货量于2016年达到峰值，近年来出货量有所下降。随着5G换机的推进，智能手机出货量有望恢复小幅增长，整体智能手机市场属于存量市场。其搭载的DRAM平均单机容量从2010年的0.5GB增长至2020年4.3GB，复合增速达24%，NANDFlash平均单机容量从2014年的21GB增长至2020年的108GB，复合增速达31%。预计2025年全球5G渗透率接近70%，5G换机拉动存储容量提升。随着全球更多地区开始5G商用部署、各品牌陆续推出5G机型，5G智能手机渗透快速提升。根据IDC预测，2021年5G智能手机出货量将占全球销量的40%以上，并在2025年增长至69%。国内5G渗透率全球领先，2021年12月已达81%。5G手机升级带来存储容量升级，根据美光，高清视频、高像素拍摄、5G传输和云游戏需求不断增长，智能手机从4G切换至5G，旗舰机DRAM配置将从6GB+提升至8GB+，NAND配置将从128/256GB提升至256/512GB，智能手机单机存储芯片搭载容量持续提升。2.1.3PC及平板：存量升级，存储容量稳定提升2021年全球PC出货量接近历史峰值水平，未来出货量将维持稳定。在疫情远程办公和教育的推动下，2020年全球PC市场扭转颓势，同比增长13.5%。疫情并非长期性事件，PC需求量持续高速增长存在较大不确定性。IDC预计2021年全球PC出货量至3.45亿台，同比增长13.5%，接近2011年的历史峰值，预计出货量到2025年维持在3.5亿台水平。若考虑进平板电脑，则2021年全球PC+平板出货量达5.2亿台，至2025年小幅下降至5.1亿台。因此，从出货量看，未来PC+平板为存量市场，其存储芯片需求主要来自单机搭载容量的提升。未来PCDRAM和NANDFlash平均容量将保持高速增长。随着数据存储需求的不断增长，PC存储配置逐年升级，根据PCMaticResearch，PCDRAM容量自2000年以来持续增长，到2020年单机接近10GB，NANDFlash容量变化趋势与之类似。根据Yole预测，2020年PC平均DRAM容量约为10GB，2026年PC平均DRAM容量将近18GB，复合增速约为10%。而2020年PC平均NANDFlash搭载量约为450GB，2026年PC平均NANDFlash搭载量将高于1000GB，复合增速约为15%。2.1.4汽车：自动驾驶高速渗透，单车存储需求高增汽车自动驾驶等级提升，大容量数据存储需求增长。自动驾驶汽车可以减少人为干预对于驾驶的必要性，英飞凌预计2020年L1及以上新车渗透率接近50%，L2渗透率达7%，未来将从目前的L2阶段发展至完全不需要驾驶员干预的L4及L5阶段。随着自动驾驶等级的提升，以及车载信息娱乐系统（IVI）、多摄像头视觉处理、长寿命电池和超高速5G网络的引入，车内车外数据流量大大提升，超大计算处理成为必需品，相应地大容量数据缓存（DRAM、SRAM）、存储（NAND）和其他存储（NORFlash、EEPROM等）需求大幅增长。汽车智能化驱动数据存储需求，车载存储市场有望提速增长。2020年全球车载存储市场规模约46亿美元，在整体存储市场占比不足5%，但成长速度较高，2016-2020年复合增速为11.4%，预计随着汽车智能化水平的提升，车载存储市场提速增长，主要体现在DRAM（尤其是新能源车用的LPDDR）、NAND等需求高速增长，2021年车载存储市场将达到56.6亿美元，2025年增长至119.4亿美元，2021-2025年复合增速为21.0%。从结构看，车载存储市场以DRAM和NAND为主，占比分别为57%和23%，其他小类的存储芯片如NORFlash、SRAM和EPROM/EEPROM也在车内有广泛应用。目前汽车存储容量与智能手机相当。当前汽车对储存的需求主要来源于ADAS系统和IVI系统，其中ADAS占比超过10%，IVI约占80%。根据中国闪存市场，目前高端车型至多搭载12GBDRAM和256GBNAND，与当前旗舰智能手机相当；而在中端车型中，2~4GBDRAM和32~64GBNANDFlash则为常见配置；在低端车型中，DRAM和NANDFlash容量需求更低，仅为1~2GB和8~32GB。单车DRAM和NANDFlash容量有巨大提升空间。随着自动驾驶等级提升，用于收集车辆运行和周边环境数据的各类传感器将会越来越多，包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达等，OTA（空中下载技术）、V2X（vehicle-to-everything）等网络通信功能也将产生大量数据。英特尔估计自动驾驶汽车每天将产生4000GB的数据量。即使低等级自动驾驶的车辆也需要大量车载数据存储，因为座舱IVI系统正逐步搭配更多大尺寸、高分辨率屏幕。根据中国闪存市场预测，L4、L5的汽车将配备40GB以上的DRAM和3TB以上的NANDFlash，该配置远高于当前的智能手机。2.2供给端：产能稳定扩张，工艺制程迭代持续推进存储芯片位元（bit）供给增长来自两方面：（1）工艺制程迭代带来单片晶圆中位元增长。（2）晶圆产能的扩张。（1）工艺迭代：龙头厂商将主要精力投向制程迭代，以满足高速增长的位元（GB）需求。DRAM方面，根据SK海力士预计，DRAM工艺制程从1Znm到1αnm，单片晶圆可切出的晶粒数量增长25%，在晶圆产能不增长的情况下，仍将驱动DRAM位元供给增长。目前，三星电子、美光、SK海力士等DRAM产品生产正在引入EUV光刻，工艺制程正在从1Znm往1αnm转换，以满足DRAM位元增长的需求。NAND方面，3D堆叠工艺持续演进，176层渐渐成为3DNAND主流，目前头部厂商正在推进2XX层3DNAND的研发和量产，预计显著提升单片晶圆的位元产出量。（2）产能扩张：2021-2022年DRAM和NANDFlash产能稳定增长。我们统计了DRAM和NANDFlash主要厂商的产能及预测，DRAM厂商选取三星电子、美光、SK海力士、南亚科技、长鑫存储等5家，NANDFlash厂商选取三星电子、美光、SK海力士、FlashAlliance（东芝+西部数据）、英特尔、旺宏、长江存储等7家。整体来看，2020年、2021年、2022年DRAM产能分别同比增长4.5%、9.9%、7.0%至531、584、625万片/年，NANDFlash产能分别同比增长1.7%、6.7%、5.9%至688、734、777万片/年，加上部分无法归属于DRAM或NANDFlash以及NORFlash、SRAM等小类存储的产能，2020年、2021年、2022年存储芯片整体产能分别同比增长0.0%、7.6%、5.6%至1258、1354、1429万片/年，产能稳定增长。存储新增产能投放集中在2021-2022年。分厂商看，三星电子的西安二期扩产，主要为NANDFlash，于2021年中投产，而平泽P2和P3的新增产能（DRAM、NANDFlash及晶圆代工）分别于2021年中和2022年投产。铠侠/西部数据的K2和Fab7产能（NANDFlash）将于2022年春投产。SK海力士和美光的DRAM扩产则分别于2021年Q1和年中投产，而国内的长鑫存储和长江存储近两年及未来两年持续有产能开出，但爬坡需要一定的时间，实际产能相较于全球产能影响有限。整体来看，存储大厂新增产能释放主要在2021-2022年，2021年产能投放较多，预计2022年仍有产能投放，但增速放缓。往2023年以后看，暂无确定的新增产能落地。往2023年以后看，三星电子暂无扩产计划；美光计划在日本广岛投资约70亿美元扩产DRAM，新工厂将于2024年开始投入运营；SK海力士将在未来十年于韩国首尔投资1060亿美元用于扩产DRAM，新工厂于21Q4动工，将于2025年完成所有工程项目，之后启动量产。从各厂商的扩产规划看，目前2023年及以后存储芯片确定的新增产能较少。工艺迭代难以完全满足位元增长需求，预计2023年以后存储产能增长达到5~10%。根据SUMCO预测，2021-2025年DRAM位元需求复合增速达20%，其中10%的增速可由DRAM工艺迭代满足，剩余不足10%的增速仍需凭借产能扩张（即DRAM晶圆供给的复合增速仍需达到10%）。而2021-2025年3DNAND位元需求复合增速达31%，其中30%的增速可由3DNAND工艺迭代满足，由于近两年3DNAND位元供给增长较多，预计2021-2023年3DNAND所需晶圆的供给增速为1%（当前扩产速度超过所需，因此导致供给过剩），2023-2025年恢复至8%的复合增速。因此，我们预计2023年以后DRAM和3DNAND产能增长仍可达到5~10%。2.3周期性：短期价格周期波动，长期单位成本下降存储芯片具有大宗商品的属性，供需错配导致价格周期性波动。存储芯片下游需求量大，需要通过规模扩张才能维持经济效益，同时产品多为标准化产品，因此具有大宗商品的属性。当行业需求旺盛，处于上行周期时，当一家存储厂商选择扩产以扩大市场份额时，通常其他厂商也会跟随扩产，导致产能集中落地，从而造成产能过剩，最终引发存储芯片价格下跌。当行业需求低迷，处于下行周期时，由于相反的原因，最终导致市场供小于求，存储芯片价格逐步上涨，由此形成一定的周期性。DRAM和NAND行业已形成垄断格局，DRAM尤为明显，因此各家扩产与定价策略类似，资本支出的开出较为集中，使得存储芯片的周期性显著强于其他半导体品类。以美光和SK海力士为例，每轮大规模资本支出后的1-3年内，产品进入降价周期，毛利率下降。三星电子为存储芯片龙头，产品毛利率波动小于美光和SK海力士。一方面，三星电子为集团型公司，存储芯片仅贡献20%~30%营收。另一方面，三星电子在市场中占据主导权，多次扩产时机早于美光和SK海力士，因此在每轮价格下跌前获得更高的收益。这份主导权来自于三星电子的技术优势、资金规模和早期多次逆周期扩产带来的份额优势。中短周期看，价格呈现周期波动。1、DRAM的价格周期性：每轮周期约3~4年。从价格周期看，DRAM从2012年至今经历三轮周期。存储芯片，包括DRAM和NAND，具有较强的周期性，这主要是需求与供给的错配导致。从时间维度看，DRAM的价格大致以3-4年为一个周期。（1）第一轮周期：12Q3~16Q2年。12Q3至14Q2：周期上行，主要驱动力为智能手机爆发，对DRAM的需求增长；14Q3至16Q2，周期下行，以4Gb（512Mb×8）1600MHz的DRAM颗粒为例，其单价从4.43美元跌至1.44美元，区间跌幅67%，主要因为各厂商扩产落地导致供大于求。（2）第二轮周期：16Q3~19Q4。16Q3至18Q2，周期上行，主要因为主要厂商如美光、三星、SK海力士将主要产能转移生产3DNANDFlash，DRAM没有扩产计划，同时需求增长导致DRAM颗粒产能不足并缺货，价格上行，4Gb（512Mb×8）1600MHz的DRAM颗粒价格区间涨幅187%；18Q3至19Q4，周期下行，中美贸易摩擦导致全球下游需求萎靡，服务器、PC、笔电等需求不佳，Dram供过于求，4Gb

（512Mb×8）1600MHz的DRAM颗粒价格区间跌幅67%。（3）第三轮周期：20Q1至今。疫情下，线上经济、居家办公等需求拉动服务器、TV、PC出货激增，5G手机升级驱动单机容量升级，带动DRAM价格回升。目前来看，21Q2PC需求旺厂商备货，服务