中国存储行业景气度高，预计2020年存储器行业总量379亿元，NOR-Flash增量规模大，行业前景广阔[图]

    一、存储器行业发展现状

    随着智能制造的发展，我们的生活正在改变，图像识别、语音识别、人机大战、智能机器人、深度学习、自动驾驶等应用层出不穷，数据作为这些技术的核心力量，也处于爆炸式增长的阶段。2018年，全球生产的全部闪存容量为0.25ZettaBytes。而2019年全球预计数据总量40ZettaBytes。2025年全球数据将有175ZettaBytes的总量。如此惊人而又庞大的数据量，半导体存储器将具有极大的市场。所有的现代计算机系统中都使用存储器结构层次来使得软件和硬件互相补充，一般而言，从高层往底层走，存储设备变得更慢、更便宜和更大。

    目前，市场上主流的存储器呈现三强鼎立的局面。由于上半年价格的暴跌，全球存储器市场在2016年整年里同比下降1%，2017年起市场将整体"回暖"，2020年其市场规模将达1000亿美元。

    存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存),也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

    存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广，有很多层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器;在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等;在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。在计算机的运算过程中，输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都会保存在存储器里，可以说存储器是现代信息技术发展的核心部件之一。

    国内智能计量市场上，智能电表年产量接近1亿台/年，智能燃气表年需求量大约2000万台。

    由于中国拥有庞大内需市场优势，目前已成为全球最大集成电路消费市场。中国集成电路产业是获得中国政府大力支持的一个战略性产业，历年集成电路设计公司规模持续增长及设计能力显著提升。尽管中国集成电路设计公司的平均规模仍落后于世界顶尖的集成电路企业，但差距已日益缩小。

    但是存储器作为我国集成电路产业中占比最大的领域之一，势必会在我国信息产业发展中扮演极为重要的角色，而云计算、物联网、大数据等领域的布局，集成电路相关政策的发布，更是为存储器产业发展奠定了市场、政策等基础。

    由于存储器产品的特殊性，它的设计相对简单，因此产品的线宽、产能、成品率与折旧，成为成本的最大项目。任何新进者，由于产能爬坡，折旧等因素几乎无法与三星等相匹敌，所以即便舍得投入巨资，恐怕也难以取胜，其中还有专利等问题。

    中国半导体业面临艰难的抉择，现实的方案是可能在处理器(CPU)与存储器两者之中选一，众所周知，处理器己经投入近20年，龙芯的结果是有成绩，但是难予推广应用。所以只能选择存储器是众望所归，仅是感觉难度太大，多数人在开始时表示犹豫而己。如今“木己成舟”，只能齐心协力，努力拼搏向前。

    智研咨询发布的《2020-2026年中国存储芯片行业市场专项调查及投资盈利分析报告》显示：预期最困难的是第二个难关，开始产能的爬坡，以及拼产品的成本与价格阶段。它们两者联在一起，当成本差异大时，产能爬坡的速率一定会放缓，很难马上扩充产能达到50，000-100，000片。因为与对手相比较，在通线时产能仅5，000至10，000片，对手己是超过100，000片，它的成品率近90%，而可能在70-80%。三星己经64层 3D NAND量产，可能尚在32层，它的折旧在30%，或者以下，而可能大於50%，以及它们的线宽尺寸小，每个12英寸硅片可能有900个管芯，而中国仅800个，或更少等。所以不容怀疑成本差异是非常明显，要看国内企业从资金方面能够忍受多长时间的亏损。

2019-2025年存储器行业总量

数据来源：公开资料整理

    二、存储行业景气度高：NOR-Flash增量大，DRAM打开业务天花板

    （一）、半导体存储领域产品总梳理

    半导体存储从应用上划分又可分为随机存储存储器（RandomAccessMemory，缩写RAM），只读存储器（Read-OnlyMemory，缩写ROM）。

    RAM：RAM又称主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。除刷新时，RAM工作时可随时以较高速度从任一地址读写数据。与ROM相比，RAM最大特点在于数据的易失性，一旦断电数据不能保存，因此通常作为操作系统或其他正在运行中程序的临时数据存储介质或存储中间结果。

    进一步可将RAM分为动态随机存储（DynamicRandomAccessMemory缩写DRAM）和静态随机存储（StaticRandom-AccessMemory,缩写SRAM）。DRAM每个存储单元由一个电容和一个晶体管组成，通过电容内存储数据的多寡表示二进制bit是0还是1。其工作原理决定DRAM只能将数据保存较短时间，并需按时刷新以克服漏电问题。从传输速度来看，DRAM在10~100ns量级，慢于SRAM,但仍然快于ROM。DRAM具备集成度高，低功耗，低成本，体积小等显著优势，通常作为读写频繁的程序内存或容量较大的主存储器，如智能手机，服务器内存等。SRAM单元结构由六管NMOS或OS构成，通过触发器存储数据。与DRAM相比，SRAM最大特点是只要充电即可将数据恒常保存，不需周期性更新；但SRAM在电力供应停止后仍会丢失数据（即volatilememory），与ROM有根本不同。SRAM是目前读写速度最快的存储设备,但集成度较低，价格昂贵，多用于CPU的一级缓存，二级缓存(L1/L2Cache)。

DRAM与SRAM性能对比

数据来源：公开资料整理

ROM：与RAM相比，ROM的特点体现在

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    FlashROM又可分为NOR-Flash和NADNFlash。NOR和NAND都是将浮栅场效应管作为基本存储单位，存储单元又分为三端器件，即源级，漏级和栅级。栅级为复合结构，与外界电源接触的是控制栅极，不接触的为浮栅。控制栅与浮栅，浮栅与硅衬底之间有二氧化硅绝缘层，以保护栅极中电荷不泄露。NAND作为电压控制器件，其读写基于隧穿效应，通过对控制栅施加足够正电压使电流隧穿浮栅与硅衬底之间绝缘层，穿过后的电子形成“记忆“效应，通过充电实现以页为单位的数据写入，放电实现以块为单位的数据擦除。NOR闪存擦除数据同样基于隧穿效应，只是采用热电子注入方式（电流从浮置栅极到源极）。

    NOR最小读写单位是“字节”，擦除仍要按块来擦，成本限制下不易做到大容量，一般小容量NOR读写速度在120ns量级，写入较慢。由于NOR数据线和地址线分开，可实现随机寻址功能，且支持片上执行代码（XIP：executeinplace），即应用程序直接在闪存内运行而无需读取到RAM系统，因此适用于开机就要执行的代码存储。

    NOR多应用在PC的开机启动系统BIOS，功能机开机启动系统，车载系统等。NAND以页为单位读取数据，块为单位擦除数据（NOR没有页）。NAND数据线和地址线复用，不能像NOR一样实现随机寻址，因此读取速度比NOR慢，但写入和擦除速度更快。NAND内部电路更为简单，数据密度大，体积更小，成本更低，目前多作为大容量存储，最常见应用是嵌入式系统采用的DOC（DiskOnChip）和通常用的"闪盘"。

NAND与NOR性能对比

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    按照每存储单元存储bit个数不同，NAND可分成SLC，MLC和TLC三类，每单位分别存储1/2/3bit。每单位bit数增加不仅使设计难度增加，还使每个状态所分得电压减少，所有状态以极小的电压区隔，电压区隔越小越难控制，同时干扰也越复杂，导致读写性能下降，寿命变短，可靠性降低等问题，相应成本也会降低。目前市场上也出现了QLC，容量更大，寿命更短，理论上擦写150次。从应用上看，现在高端SSD会选取MLC，SLC甚至QLC，低端SSD则选取TLC，SD卡一般选取TLC。

SLC、MLC、TLC性能对比

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    综上，半导体存储器虽然种类较多，但因性能和成本差别各有市场。NOR-Flash自NAND面世以来市场不断被挤压，但目前NAND替代已经完成。受人口老龄化趋势与收入结构影响，功能机市场在日本、非洲、东南亚等国仍有广阔市场，且在5G基站、AMOLED屏幕和物联网的推动下，未来NOR-FLASH具备旺盛需求。SLC市场被MLC、SLC和QLC挤压，但速度、可靠性和寿命等核心性能领先，在市场上具备不可替代性，常用作企业关键数据存储。目前SLCNAND在网络通讯、语音存储、智能电视、工业控制、机顶盒、打印机、穿戴式设备等方面得到广泛应用。

    （二）、NOR-Flash行业景气度提升

    1、需求端：下游需求多样，行业景气度提升

    NOR-Flash去年经历行业低谷后，今年市场快速回温。2018-2023年功能机市场将持续增长，继续为NOR-Flash筑底需求。此外伴随5G建设及AI-IoT等技术发展，下游客户出现TWS、汽车电子、AMOLED/TDDI屏幕等大批新增需求，助力行业迈入上行周期。

智能手机和功能机增长率对比

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    TWS高速成长带来行业最大红利。TWS市场如日中天，未来市场增幅巨大。TWS(TrueWirelessStereo)耳机即真无线蓝牙耳机,由主耳机通过无线方式向副耳机传输音频信号，左右两个耳机通过蓝牙组成立体声系统，其优势在于完全解决物理线材束缚，便携性与功能多样性大幅提升。在蓝牙5.0技术和智能无孔化趋势的共同推动下，TWS市场增幅巨大根据统计TWS无线耳机的市场渗透率仅为15%，渗透率较低，因此受疫情影响极为有限。2020年仍然能够维持高增长。预测2020年TWS无线耳机的出货量将达到2.3亿副，TWS无线耳机的市场渗透率仅15%，

2016-2020年全球TWS耳机出货量

数据来源：公开资料整理

    NOR-Flash成TWS标配，享受行业最大红利。TWS核心技术在于解决一对二音频传输问题。苹果设计方案是左耳机与手机一对一连接，连接时需要配对密码，左耳机把密钥分享给右耳机，从而实现一对二连接效果。从对Airpods1.5代的拆解结果来看，每只Airpod搭载一颗高阶128MNOR-Flash。伴随功能不断升级，2020年Airpodspro有望搭载256MNOR-Flash以存储更高阶代码。由于苹果对其设计方案进行专利封锁，安卓厂家过去只能采取转发方案，导致产品稳定性降低，延迟提高，功耗增加等多种问题。但是在2019年前三季度，络达、高通、华为依次实现技术突破，均配置NOR-Flash解决核心技术问题，为市场注入新一波成长动能。容量方面以三星TWS耳机GalaxyBuds为例，该耳机搭载华邦电64MbNOR-Flash，合理推测安卓阵营搭载NOR-Flash容量在4-64Mb之间。

    智能手机屏幕：AMOLED/TDDI助NOR-Flash迎来第二春

    AMOLED屏幕带动小容量NOR-Flash需求。AMOLED屏幕是指以AMOLED材料为主的屏幕，是OLED主流技术，具备反应速度较快、对比度更高、视角较广等特点。AMOLED面板技术难度较高，容易出现亮度均匀性和残像两大难题，需要通过外部驱动电路感知像素的电学或光学特性并进行补偿（De-mura）。因De-mura编码整合进入驱动IC成本过高，必须外挂一颗8Mb或16Mb的NOR-Flash存储DeMura所需的编码。

    AMOLED市场渗透率提升，可折叠趋势带来下游新需求。2018年苹果和三星的AMOLED渗透率已高达63.2%和65.7%，但受制于产能和良率，整体市场渗透率不高。2019年受益全球面板厂商显示技术，良率和产能规模改善，小米、vivo等品牌将AMOLED纳入旗舰机。同时2019年三星推出第一款可折叠手机GalaxyFold引发柔性屏创新热潮，带来AMOLED屏幕新增量。2019年可折叠手机渗透率约为0.1％，对应约150万台出货量，2020年有望提升至0.7％，对应约1000万台出货量。AMOLED渗透率从2017年的17.7%增长至2019年的23.9%，预计到2020年超过LTPSLCD达到29.6%，未来仍有较大空间。

AMOLED出货量变化

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    TDDI催生NOR-Flash又一需求。TDDI（TouchandDisplayDriverIntegration）指触控与现实驱动器集成。传统智能手机触控和显示功能由两篇芯片独立控制，而TDDI将触控芯片和显示芯片二合一，推动智能手机构架进入新阶段。TDDI技术支持无边框设计及，有效提高屏占比，并兼具低成本、高集成度、显示色彩更明亮,供应链简化等多重优势。TDDI触控功能所需编码容量较大，无法一并整合至芯片，需外挂一颗4-16Mb的NOR-Flash存储所需分位编码，并辅助TDDI进行参数调整。

    全面屏趋势驱动TDDI市场快速成长。三星2017年3月推出S8旗舰机，屏占比84%，得到不俗市场反馈，随后苹果推出iPhoneX点燃全球全面屏市场。目前，苹果、三星、华为、小米、OPPO、索尼、LG等主流品牌都已采用全面屏设计，TDDI技术进入大规模量产时代。根2019年全球TDDI出货量突破5亿颗，渗透率达28%。

TDDI出货量稳健增长

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    AI-IoT领域打造NOR-Flash市场潜力。物联网（IoT）技术是指在通过互联网等信息载体在所有行使独立功能的物体之间实现万物互联，物联网催生海量数据信息，AI对信息进行整合分析，两项技术结合对下游应用端产生革命性影响。NOR-Flash被认为是物联网设备存储数据信息首选，并触及到大容量NAND市场。因为IoT应用受系统成本以及设计尺寸的限制，通常会减小或者去除DRAM，NOR-Flash可直接读取代码完成芯片内执行，不用将代码再读到系统RAM中。而AI运算必须频繁调动闪存内的数据库和算法，只有保证数据吞吐量才能使AI高效运行。高性能大容量SPINOR能以极高速度完成数据库、代码和算法读取，并在整个过程中保证实时响应。未来三年对NOR-Flash影响较为显著且确定性最强的是汽车电子和智能家居领域。智能家居带动NOR-Flash稳健增长。2019年全球智能家居市场出货量达8.8亿台，市场规模达1030亿美元，同比增长12.5%。智能家居细分市场包括智能家电、智能照明、家庭安防、智能连接与控制多个领域，单个设备搭载单个NOR-Flash，容量在1-128Mb之间。

全球智能家居出货量变化

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    在汽车电子领域，ADAS车载系统带来显著NOR-Flash市场增量。ADAS即高级驾驶辅助系统，在汽车启动后，高分辨率显示屏需要在极短时间内显示仪表盘、导航地图，以及可支持ADAS的后视摄像机画面等高解析图形，符合xSPI规范的8通道SPINOR-Flash的即时启动特性可将整个过程缩短在1s以内，解决当前ADAS系统缓慢上电问题。单个ADAS系统需搭载一颗或多颗32-128Mb容量的NOR-Flash,更高端ADAS系统需配置1Gb的NOR-Flash。据预测，2015-2021年ADAS系统将加速渗透，出货量从8800万单元增长至2.8亿单元，年复合增长率高达28%。

ADAS加速渗透

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    5G基站需要大容量NOR-Flash。在无线基础设施上，现场可编程门阵列（FPGA）以及互补式片上系统（SoC）得到了广泛的应用。由于NOR-Flash存储器在初始响应和启动时提供高可靠性，读取数据速度快，数据保存时间长达十年，因此被广泛应用到无线基础设施中来配置FPGA和SoC，以快速启动这些设备。此外NOR-Flash还具备两个重要优势，其低功耗特性利于解决无线基础设施户外恶劣高温环境的散热问题，且有些NOR-Flash已添加安全功能（如基于公钥基础设施的身份验证和访问控制以及安全启动），可确保特有IP安全性，保证网络持续安全可用。5G基站对512Mbit的NOR-Flash需求量较大，每个基站大约需要4-6颗。预测全球5G基站增量在2019/2020/2021年分别达到20/105/200万座。

    2、供给端：供应商扩产存在困难

    从上游供给来看，整个半导体存储行业处于上行周期，DRAM和NAND需求上行，数据显示主流存储器厂商为备产已造成300mm裸晶圆需求同比上涨4.5%，裸晶圆扩产周期较长，在短期供给没有明显增加的情况下，裸晶圆供给紧张会传导到下游NOR-Flash，裸晶圆价格上涨导致NOR-Flash成本提高，引起NOR-Flash涨价。

裸晶圆涨价趋势

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    从各大厂商投产计划来看，上文中已经提到，2016年起国际大厂为追求高水平毛利率减产NOR-Flash，全球前五大NOR-Flash厂商中，美光淘汰中低容量NORFlash，2017年停掉其8寸NOR-Flash产线，对应月产能2万片/月。同年，Cypress退出中低容量的NOR，宣布在未来2-4年减产50%至1万片/月。台系厂商借机扩大产能，因此部分中低容量供给缺口外溢至旺宏、华邦电、兆易创新等，但仍造成供给缺口。

    NOR-Flash扩产周期长，上游裸晶圆供应有限，短期产能未能有明显变化，结合供需两端， 20-21年NOR-Flash将继续保持供需剪刀差，判断2019年底NOR-Flash价格已落底回稳，保守估计2020年第一季度价格涨幅在5%左右。现在根据价格趋势和上文分析NOR-Flash新增需求测算NOR-Flash市场规模增量。

2019—2021年NOR-Flash供需剪刀差

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2018-2022年TWS NOR-Flash新增市场规模预测

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2018-2022年Airpodspro NOR-Flash新增市场规模预测

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2018-2022年安卓 NOR-Flash新增市场规模预测

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2018-2022年智能手机屏幕 NOR-Flash新增市场规模预测

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2018-2022年TDDI渗 NOR-Flash新增市场规模预测

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2018-2022年AI-oT NOR-Flash新增市场规模预测

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2018-2022年汽车行业 NOR-Flash新增市场规模预测

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2018-2022年5G基站行业 NOR-Flash新增市场规模预测

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2018-2022年NOR-Flash新增市场规模预测

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NOR-Flash新增市场规模预测

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