半导体存储行业专题报告:存储复盘,拐点已至,AI存力革新

本文转载于“行业报告研究院”,报告出品方/作者:方正证券,佘凌星、钟琳、刘嘉元;如有侵权,请联系站务删除。


1 存储器:半导体第二大子版块,强周期属性


2022 年全球存储市场规模达 1298 亿美元,集成电路市场占比 27.4%。WSTS 将半 导体行业分为集成电路、分立器件、光电器件和传感器几大领域进行统计。根据 WSTS,2022 年全球半导体市场规模达到 5741 亿美金,其中集成电路市场规模 4744 亿美金,占比 82.6%,存储器是集成电路的重要组成部分,2022 年市场规模 1298 亿美金,占集成电路市场的 27.4%,占半导体市场 22.6%,是整个半导体行业第 二大细分领域(第一大为逻辑电路)。

存储芯片周期波动性较半导体行业整体更强。作为半导体行业的重要分支,存储 芯片周期变化情况基本与半导体行业周期变化情况保持一致,比较存储芯片市场 规模与半导体行业市场规模 2004 年-2024E 同比变化情况,存储芯片同比变化曲 线更为陡峭,其波动性更强,半导体周期景气下,存储芯片市场贡献更为突出。

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DRAM 和 NAND Flash 在存储市场中占主导地位。存储器按照是否需要持续通电以 维持数据分为易失性存储(RAM)和非易失性存储(ROM),在 RAM 中,动态随机存 取存储器(DRAM)需要在维持通电的同时,通过周期性刷新来维持数据,DRAM 结构简单,单位面积的存储密度显著高于 SRAM,DRAM 作为一种高密度的易失性存 储器,主要用作 CPU 处理数据的临时存储装置,广泛应用于智能手机、个人电脑、 服务器等主流应用市场。在 ROM 中,NAND Flash 是使用电可擦技术的高密度非易 失性存储,其存储密度远高于其他 ROM,同时能够实现快速读写和擦除。NAND Flash 为大容量数据存储的实现提供了廉价有效的解决方案,是目前全球市场大 容量非易失存储的主流技术方案。根据彭博,2021 年 DRAM 和 NAND 合计市场规模 占比超 95%,分别占比约 57.3%,38.3%。据 CFM 闪存市场预计,2022 年 NAND Flash 市场容量规模增长 6%达到 610 B GB,DRAM 市场容量规模增长 4%达到 194 B Gb。

中国在全球存储市场占据重要地位。在国内市场,随着中国在电子制造领域水平 的不断提升,国内存储芯片产品的需求量逐步攀升,根据世界半导体贸易统计协 会数据,2018 年中国存储芯片市场规模达到 5,775 亿元,发展空间广阔。根据 Yole 最新统计,2022 年中国企业在全球 DRAM 市场份额为 30%,在 NAND 市场份额 为 33%,中国企业 DRAM 和 NAND 合计市场规模约 432.8 亿美金(不含外国企业在 国内生产的进口量)。

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下游应用市场广阔,计算与无线通信合计占比超 80%。存储产业链下游涵盖智能 手机、平板电脑、计算机、网络通信设备、可穿戴设备、物联网硬件、安防监控、 工业控制、汽车电子等行业以及个人移动存储等领域,应用市场广阔。云计算、大数据、物联网、人工智能等市场规模扩大,数据量激增,通信技术发展带动, 2021 年计算与无线通信领域存储产品应用占比分别达 47.0%,37.3%,是存储产 品下游应用重要领域。

DDR 和 LPDDR 是 DRAM 应用最广泛品类,DDR5 渗透率逐步提升。DRAM 按照产品分 类分为 DDR/LPDDR/GDDR 和传统型(Legacy/SDR)DRAM。DDR 是双倍速率同步动态 随机存储器,主要应用在 PC、服务器上等领域,目前主流的 DDR 标准是 DDR4, DDR5 渗透率在逐步提升过程中;LPDDR 是 Low Power DDR,主要应用于移动端电 子产品;GDDR(Graphics DDR)主要应用于图像处理领域;相比较 DDR 的双倍速 率(在时钟上升沿和下降沿都可以读取数据),传统 DRAM 只在时钟上升沿读取数 据,速度相对慢。根据 Yole 统计,DDR/LPDDR 合计占 DRAM 应用比例约 90%。

3D NAND 是 NAND Flash 主流,存储密度持续提升。存储密度提升的主要技术路 径包括提高存储单元的可存储数位(bit)量和提升 3D NAND Flash 的堆叠层数。 根据每个存储单元存储的可存储数位量,NAND Flash 分为 SLC(Single-level Cell)、MLC(Multi-level Cell)、TLC(Triple-level Cell)、QLC(Quad-Level Cell)。SLC 为每个存储单元存储的数据只有 1 位,MLC、TLC 和 QLC 每个存储单 元存储的数据分别为 2/3/4 位,存储密度梯度提升。传统 NAND Flash 为平面闪 存(2D NAND),3D NAND 使用多层垂直堆叠技术,拥有更大容量、更低功耗、更 优耐用性以及更低成本的优势。三星电子 2013 年率先开发出可以商业化应用的 24 层 3D NAND,2020 年 3D NAND 高端先进制程进入 176 层阶段,2022 年美光宣 布 232 层 3D NAND 实现量产。

主流存储市场海外厂商高度垄断。与逻辑芯片不同,DRAM 和 NAND Flash 等半导 体存储器的核心功能为数据存储,存储晶圆的设计及制造标准化程度较高,各晶 圆厂同代产品在容量、带宽、稳定性等方面,技术规格趋同。因此头部厂商通过 产能扩大规模化优势及技术持续升级迭代保持竞争力。DRAM 领域,三星、美光、 SK 海力士垄断了近 95%的市场份额,行业龙头三星电子 2014 年率先实现 20nm 量 产,此后 DRAM 制程大约每两年实现一次突破,从 1Xnm(16nm-19nm)到 1Ynm(14nm16nm)到 1Znm(12-14nm)。2021 年 1 月,美光科技率先宣布量产 1αnm(接近 10nm)DRAM 产品,主流原厂开始进入 1αnm 制程阶段。目前市场高端制程为 1Znm, 该制程生产的芯片主要标准规格包括 DDR4X/5 及 LPDDR4X/5。

NAND 领域,竞争格局同样较为集中,由三星电子、铠侠、西部数据、美光科技、 SK 海力士等公司主导全球市场,SK 海力士收购英特尔 NAND Flash 业务已于 2021 年获得主要市场监管当局批准,全球 NAND Flash 市场将进一步集中。NOR 领域, 竞争格局相对 DRAM 和 NAND 分散,中国台湾和大陆厂商占据一席之地。

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2 前几轮周期存储行业如何表现?

2014 年周期存储器市场破 800 亿美金新高。2013-2016 年,全球存储器市场分别 同比增速+27.6%/+17.8%/-2.6%/-1.8%,达到 691/814/793/779 亿美金。其中 2013/2014 年全球 DRAM 销售额同比增长 34.5%/34.6%至 352/473 亿美金, 2015/2016 年 DRAM 市场同比下降 4.0%/9.0%至 454.4/413.3 亿美金。市场格局方 面,美光/三星/SK 海力士三家 DRAM 全球份额从 2005 年 60%左右的份额,在 2013 年首次超过 80%,并在 2014 年之后始终维持在超过 90%。竞争格局逐步集中主要 是因为产品升级迭代与生产规模扩张带来的高研发及资本开支投入,DRAM 市场竞 争激烈,价格波动大,头部厂商通过规模经济和成本优势保持竞争力,同时通过 一系列收并购整合,行业集中度持续提升。

2013-2016 年移动端 DRAM 需求取代 PC 用 DRAM 成为主要需求来源。1980-2000 年 代,PC 在 DRAM 的终端应用需求中占比 65-85%,是 DRAM 终端应用需求最大的领 域,随着 PC 销量在 2010 年见顶后逐步回落,2012 年 PC 用 DRAM 占比下降至 41%, 2015 年,移动端 DRAM 生产规模首次超过 PC 用 DRAM,成为 DRAM 下游占比最高的 应用。

移动终端对 DRAM 的需求持续增长: 1)智能手机出货量自 2009 年起高速增长,2012/2013/2014 年出货量增速分别为 43.8%/42.4%/28.5%,达到 6.8/9.7/12.4 亿部。 2)智能手机/平板电脑内存容量及 DRAM 产品密度持续升级。随着智能手机功能 逐步丰富,设备内存用量持续增加,以适应性能不断提升的处理器和显示屏需求。 IHS 预计 2012 年全球智能手机中的平均 DRAM 容量增长近 50%达到 666MB。此外 智能手机中 DRAM 芯片的平均密度也在快速上升,2012 年 4Gb 内存芯片约占智能 手机 DRAM 市场的 37%,8Gb 占 36%。IHS 预计 2013 年 8Gb 将占据市场主要地 位,份额提升至 46%,4Gb 占比下降至 28%。再往后看,密度更高的 16Gb 将逐步 占据主导地位,2012 年 16Gb 的 DRAM 市场份额仅占 2%,预计 2013 年将跃升至 15%,并在 2015 年成为主流产品,份额达到 56%。

供给端,行业集中度提升+产品复杂度提升带来 DRAM 产能持续萎缩。产能方面, 根据 SEMI,2003-2007 年全球 DRAM 装机产能每年 40-50%的增速保持高速增长, 2007 年全球 11 个主要 DRAM 供应商在全球约 40个工厂生产 DRAM 芯片,2008/2009 年金融危机期间 DRAM 行业经历了严重的下滑,供应商数量和产能方面均出现减 少。2015 年全球主要 DRAM 供应商仅剩 6 家公司(20 个生产工厂),其他一些前 道工厂从生产 DRAM 转换为生产逻辑、NAND 等其他用途芯片。

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产品复杂度提升及技术迭代亦使得产能出现损失。2015 年初,业内主流 DRAM 制 程节点在 21/20nm,头部厂商技术节点已升级至 15nm(1Xnm),SEMI 在跟踪了 9 个工厂后得出结论,工艺步骤增加,产品复杂度提升导致工厂每平方英尺洁净间 生产的晶圆减少 10%至 20%,这一趋势几乎影响到所有在 30/28 纳米节点及以 下的行业领域,并预计 2014 年到 2016 年,DRAM 工厂在过渡到下一个领先技术节 点时预计产能每月将损失约 25,000 个晶圆。

从资本开支角度,由于晶圆厂从设备投资到产能扩充通常需要 1.5-2 年,因此根 据 IC Insights 和美光的统计,以及 2010 年以来 DRAM 行业资本开支情况,我们 看到全球前道 DRAM 晶圆产能在 2013-2016 年不增反降,2012-2014 年 DRAM 行业 资本开支占营收比重维持不到 20%的水位。

供不应求背景下,2013 年起 DRAM ASP 开始提升。需求端,特别是对于高端、低 功耗移动 DRAM 的需求大幅增长。供给端,1)与 2010 年相比,2013 年 DRAM 市场 竞争格局更加集中,2013 年美光完成对日本尔必达的收购,且两家台企 DRAM 供 应商力晶科技 Powerchip 和茂德科技 ProMOS 基本退出了 DRAM 业务。2)DRAM 市 场在 2007 年之后多年的大幅减少资本支出后,几乎没有新增产能。DRAM 资本支 出占销售额的比例从 2011 年的 30%下降至 2012 年的 20%。因此供需状态有利 于 DRAM 供应商,叠加 SK 海力士无锡厂火灾等原因,DRAM ASP 于 2013 年开始持 续上行。

2014 年 10 月起 DRAM 价格进入下行通道。2014 年底智能手机销售旺季过去,2015 年 PC 出货疲弱,PC OEM 库存持续提升,DRAM 价格进入下行周期。与此同时,头 部存储厂仍在向更先进制程节点迁移。三星在 2015Q3 推出了 20nm 生产的 PC 和 服务器产品,以及用于移动端的 LPDDR4,其作为首家供应基于 20nm 工艺制造的 LPDDR4 的制造商,在市场价格下降的情况下具有显著的成本优势。SK 海力士预 计在 2016Q1-Q2 大规模生产 21nm 产品,美光则相比前两家更为滞后。 PC OEM 去库存接近尾声,2016 年中 DRAM 价格筑底。DRAM 价格自 2014 年 10 月 下降以来,到 2016 年 6 月市场看到价格筑底,彼时 DDR3 4GB 的平均合约价从 32.75 美元下降了 62%,至 12.5 美元。需求端,随着 2016Q3 智能手机新品发布, 整个智能手机供应链积极备货,当时中国智能手机品牌对存储器组件亦有很高的 需求,2016 年全球智能手机单位 DRAM 容量同比提升了 36%,因此 DRAM 和 NAND Flash 市场都面临供应紧张的局面。供给端,DRAM 市场三家龙头寡头垄断下,凭 借行业工艺向 20nm 技术升级,比特产出仍能保持增长的同时,晶圆产能保持相 对稳定。另外从产品结构角度来看,主要 DRAM 供应商将更多的产能重新分配给 移动和服务器产品,同时北美地区的笔记本电脑需求有所回暖,造成 PC DRAM 供 应也趋于紧张,因此整个 DRAM 价格在 2016H2 有所回升。

2017 年存储市场突破 1000 亿美金。2017-2018 年全球存储市场重返增长,市场 规模同比大幅提升 62.6%/26.6%至 1267/1604 亿美金,其中全球 DRAM 市场规模 同比增速 61.5%/27.4%,达到 1239.7/1579.7 亿美金。需求驱动主要来源于 1) 全球服务器出货量稳步增长,以及服务器存储容量显著提升;2)智能手机持续增 长,手机存储容量继续升级。根据 IHS 统计,服务器在智能手机、PC 等各终端应 用中是单机 DRAM 容量增速最快的终端产品,此外,自 2016 年以来,服务器在全 球 DRAM 比特需求中占比快速提升,从 2016 年的 20.9%提升至 2019 年的 27.3%。

回顾全球服务器出货情况:2013 至 2014 年,云计算及消费电子创新及升级带动 了 Online Serves 需求,服务器行业呈现相对稳定的增长;2015 年以 Facebook、Google 及微软等为代表的超大新数据中心的持续增长,当年服务器出货量同比增 长 5.1%至 971 万台;2017Q1,Meta、谷歌、亚马逊等企业为了等待英特尔推出新 数据中心芯片,放缓对于新服务器的采购,服务器出货量短暂下滑,2017Q2 云服 务商扩产带动服务器需求,2017Q3 中国运营商的采购拉动以及企业/政府级市场 的需求,中国成为全球 X86 服务器增长主要市场;2018 年全球服务器市场出货量 再次实现超越 10%的增长,主要源自于云计算、大数据、AI 等新一代技术对互联 网企业持续拓展基础架构规模的推动,同时也刺激了传统企业用户的采购需求; 2019 年超大规模数据中心运营商资本开支减少,服务器出货量出现同比下滑。

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供给端,DRAM 行业资本开支在 2017 年和 2018 年均有 20%以上增长。三星在 2017 年开始实现向18nm工艺的过渡,由于此前行业晶圆产能增量有限叠加技术升级, DRAM 供应增长放缓,DRAM 合约价从 2016 年下半年开始上涨,叠加季节性需求, 此后 DRAM 价格持续向上。因此三星在 2017 年计划通过扩产缓解供应不足并保持 其市场主导地位。SK 海力士始终专注于提高良率和扩大 21nm 工艺的应用,其基 于 18nm 的产品在 2017 年底开始小规模量产。产能方面,2017 年 SK 海力士在无 锡建第二座 12 英寸晶圆厂,并预计最早将于 2019 年投入运营。美光的子公司美 光存储台湾 2018 年 DRAM 已全部采用 1Xnm 工艺,美光科技台湾(原 Inotera)自 2018Q2 开始从 20nm 工艺向 1X 纳米工艺过渡,预计到 2018 年底其约一半产能将 采用 1X 纳米工艺,全面转换预计将在 2019 年上半年完成。由于产能建设通常需 要至少 1.5 年以上时间,我们看到新增产能在 2018 年开始逐步体现。

2018Q3 DRAM 价格见顶。库存方面,2019Q1 北美主要数据中心运营商服务器内存 存货至少 5-6 周,OEM 库存约 4 周,均超过正常水平。需求方面,经历了两年的 服务器需求强劲增长后,服务器 DRAM 市场的需求增长逐渐放缓。由于升级至英 特尔 Purley 平台的需求开始减弱,内存订单也已得到满足,此外叠加中美贸易 摩擦带来不确定性,亦导致需求保守。供给方面,主要 DRAM 供应商 2019 年无新 增计划扩产,并放缓了向先进工艺和高密度芯片的升级,资本开支同比下降,以 试图抵消供过于求的情况。

2019Q3-Q4 DRAM 价格筑底:需求方面,1)移动端:2019 年智能手机出货不及预 期,移动 DRAM 的平均销售价格在 2019Q1-2019Q3 下降 10%-15%,移动 DRAM 平均 销售价格下降将促使品牌商提高手机的存储容量,并有助于加快供应商的清库进 程。另外 2019Q3 价格已经挑战三家供应商成本极限,因此供应商在 Q4 降价态度 相对保守,导致价格下跌幅度收窄。2)彼时日本政府已批准向两家主要韩国供应 商出口特种材料,日本对韩国采取的贸易行动对供应端影响的担忧已减弱。Q3 由 于季节性因素以及在 2019.12 可能出现新一轮美国关税增加前提前发货的影响, 备货需求超预期,DRAM 供应商谈判价格在 Q3 企稳。供给方面,三星将大部分资 金用于新工艺研发,SK 海力士亦重申 2020 年将减少资本开支,此外 2019 年底三星华城基地的停电对供给也造成短暂影响。

2020 年全年存储市场同比增长 10%至 1175 亿美金,存储价格基本持平略降。 2020H1:内存库存水位下降,服务器需求回升,价格上行。库存方面,DRAM 供应 商 2020Q1 末库存显著降低,需求端,2020 年初美国几家头部云服务提供商数据 中心服务器订单强劲,国内阿里巴巴、字节跳动和腾讯的服务器需求也由于其海 外业务扩张和中国基础设施建设需求增加,叠加传统服务器品牌为避免疫情导致 的供应链中断而进行的提前备货需求,内存价格出现上行趋势。 2020H2:服务器库存高位,移动端 DRAM 受华为被制裁手机厂商囤货影响,价格 有所支撑。由于担忧供应链中断,OEM 在 2020H1 两个季度积极备货后,其 DRAM 库存水平相对较高,与此同时企业服务器的客户由于经济前景暗淡和不确定性提 升,大规模减少了服务器采购。2020Q3 ODM 服务器库存同样高于预期,ODM 客户 的额外服务器订单突然停止,因此导致整体服务器订单环比下降,去库存持续至 2020 年底。另一方面,移动端美国进一步对华为进行制裁,华为抢先备库存以及 其他品牌为占领份额紧急配货似的移动端 DRAM ASP 有所支撑,但仍不足以弥补 服务器 DRAM 高库存水平导致的价格下降,因此 2020 年下半年 DRAM 综合价格仍 有所下降。

从股价走势我们可以看出,海外三家龙头股价走势变化非常接近,三星和 SK 海 力士两家韩国厂商股价反应通常略提前于美光。但从回报率来看,2010 年以来美 光股价回报率明显高于友商,一方面美光在过去 10 多年内通过外延收购的方式 (尔必达、Inotera 等)扩大产能,另一方面美光专注于技术升级。三星则更多 的通过扩产实现有机增长,保持其行业份额的领先地位,此外相比另外两家韩国 公司,美光的股息政策也更加积极。

对比财务情况,我们看到三家厂商的存储业务营收同比增速非常相似,营业利润 率方面,整体上三星的营业利润率高于 SK 海力士,主要得益于其规模优势和产 品结构的优势(高附加值 SSD 模组),2020 年以来 SK 海力士的营业利润率与美光 接近。

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复盘存储厂商股价与内存 ASP 的关系,以美光为例,在 2012 年 11 月内存均价见 底之前,美光的股价已经提前在 10 月初向上。2016 年 7 月,内存价格再次见底, 而美光股价在 2016 年 5 月中就开始向上。2020 年上半年服务器下游囤货,价格 上行,下半年行业出于对经济情况的担忧服务器订单环比下降,去库存阶段内存 价格下行,2020 年全年总体价格持平,2020 年 11 月内存价格见底,我们看到美 光股价从 2020 年 9 月即进入上行通道。无论是对比内存合约价还是现货价,考 虑上文我们看到 SK 海力士和三星电子股价反应通常略提前于美光,我们可以得 到结论,存储厂商股价通常会提前内存价格见底前约一个季度见底,而在内存价 格顶部区间,股价通常晚于内存价格见顶开始下行。


3 本轮周期价格已至底部区间,AI 有望引领新一轮上升周期

2021 存储器行业同比增长 30.9%至 1538 亿美金。2021 年是继 2020 年存储行业 市场规模同比小幅增长 10%之后的又一年增长。需求端:1)由于居家办公和远程 教育的普及,PC 需求超预期。2)中国智能手机品牌(包括 OPPO、Vivo 和小米) 在华为被列入实体清单后,积极采购以抢占市场份额。3)经过 2020 年 2-3 个季 度去库存,服务器制造商 2021 年开始进行新一轮的采购,因此对 DRAM 的需求也 逐渐恢复。此外,由于集成电路其他芯片受供应链扰动带来的缺货影响,下游积 极备货存储芯片。

供给端,2021 年 DRAM 产能没有大幅增加。三大 DRAM 供应商开始加速产能扩张 和先进工艺升级,但是由于新增产能在当年不会对市场供需产生明显影响,2021 供给端没有大幅增长。从供给结构来看,DRAM 行业的寡头格局使得供应商在分配 生产能力时通常更注重盈利水平,2020 年由于居家办公和远程教育的普及导致供 应商重新分配生产能力,将产能首先分配给满足 20Q3 智能机和 PC 市场的需求。 三大厂继续技术升级。三星、美光、SK 海力士仍然在积极增加先进技术产品的制 造占比,2021 年三星已量产 1Znm 工艺,并持续提升良率,2021 年 SK 海力士的 DRAM 供应位增长主要来自于使用 1Ynm 和 1Znm 工艺制造的 DRAM 的增加比例。美 光则继续专注于 1Znm 和 1αnm 的量产,并提高使用这些工艺制造的 DRAM 份额。

DRAM 价格 2021Q3 见顶,2021Q4 进入下行通道。DRAM 价格在 2020 年年底触底后, 市场上的供应过剩状况和买家清库存的压力逐渐企稳。随着价格接近历史低点, 买家采购需求活跃,因此 2021 年上半年 DRAM ASP 快速提升,进入 2021Q3,上游 供应链开始出现组件供应不匹配的问题,限制了电子设备的组装,下游 DRAM 库 存水平相对高于其他芯片,因此价格增速放缓。2021Q4 开始,DRAM 供应商库存 水平健康,但多数终端市场客户 DRAM 库存水平高于健康水平。分产品来看,服 务器:TrendForce 统计 2021Q3 末北美和中国的云服务提供商服务器 DRAM 库存 超过 8 周,部分公司超过 10 周。四季度服务器 DRAM 行业更多的是买家消化库存 的过程,供给端,三家主要 DRAM 供应商 2021Q2 初将一部分移动 DRAM 的产能重 新分配给服务器 DRAM,这部分重新分配的产能在 2021Q4 逐渐开始生产服务器 DRAM,因此服务器 DRAM 价格在四季度出现环比小幅下降。移动端和 PC:2021Q2 末智能手机品牌下调全年生产目标,品牌和经销商都面临着高库存压力,同时居 家办公带来的 PC 需求已经开始出现减少。因此 DRAM ASP 在 2021Q4 开始出现松 动,环比下降 3-8%。

2022 年 DRAM 价格持续下行。2022 年以来俄乌战争和高通胀导致消费电子需求非 常疲弱,行业库存持续增加,此外英特尔 Sapphire Rapids 发货的一再延迟,导 致行业降低了对 DDR5 成长性的预期。供给端,头部供应商资本开支扩产部分于 2022 年初步释放,三星 P3L 工厂于 2022 年年中完工,SK 海力士在 2021 年启动 了 M16 工厂的 DRAM 生产之后,2022 年总产能继续扩大,尽管表示将根据市场状 况调整 DRAM 产量。美光 A3 工厂扩建主要是为了预防工厂在即将进行的下一代工 艺技术转换过程中可能出现的晶圆损失。因此美光的总产能在 2021-2022 年期间 变化不大,其 DRAM 位元增长主要来自于 1Z nm 和 1alpha nm 工艺技术的良率提 高。价格方面,面对不断增长的产能压力,韩国制造商大幅提高了在定价方面妥 协的意愿,来刺激经销商和客户的购买,导致价格不断下降。


3.1 Top3 DRAM 供应商当前如何看待存储市场?

SK Hynix:高内存容量机型是 2023H2 移动端内存关键点,行业库存年内有望回 归正常水平。客户的存储芯片库存在 23Q2 继续下降,SK 海力士的库存在二季度 也实现了环比的略降,叠加减产效果逐步凸显,存储价格下降趋势在 Q2 相比 Q1 有所放缓。23H2,得益于季节性和新的移动端产品的发布,SK 海力士预计需求将 较上半年有所改善。尽管经济不确定性持续,经济复苏也低于预期,但由于生成 型人工智能的开发和商业化竞争加剧,23Q2 IT 需求出现了明显增长,尤其是对 AI 相关内存产品的需求激增。

从应用领域来看,PC 和智能手机:受通胀导致购买力减弱等影响,预计 PC 出货 量将连续两年下降,23Q2 PC DRAM 渠道库存减少,出货量环比增加。此外高规格 笔记本电脑和游戏电脑销量的增加,内存容量也在增加,商用及游戏 PC 将推动 23H2 存储需求增长。另外,虽然 2023 年智能手机销量增长难以预期,但一些分 销渠道正在减少库存,中国手机客户的内存库存也呈下降趋势。智能手机需求在 旗舰机型和低中端机型之间仍存在两极化的情况。内存容量的增长主要出现在价 格敏感性较低的旗舰机型上。旗舰产品对高密度、高性能的 LPDDR5 需求增加, 客户希望通过产品差异化扩大销售。SK 海力士认为下半年移动端内存的关键点, 将再次是公司从客户那里看到和听到的朝着更高容量机型的转变趋势,且这一趋 势目前来看越来越明朗。

服务器:由于企业 IT 支出收紧和云服务提供商客户进行库存调整,预计今年服 务器市场需求将趋软。然而,服务器客户的内存库存也呈下降趋势。客户库存中 的大部分是 DDR4 产品,今年的需求预计将迅速转向 DDR5。此外,随着在大模型 和生成式人工智能(如 ChatGPT)等技术开发和商业化方面的竞争日益激烈,AI 服务器驱动对高规格存储器(高密度 DDR5、HBM 等)的需求不断增加,相比传统 服务器,AI 服务器需要使用至少 2 倍到 8 倍的内存,中长期来看 AI 服务器市场 需求增速 CAGR 有望达到约 35%,整体服务器需求增速为高个位数。公司预计 2023 年全球 DRAM 位元增速在中到高个位数百分比,NAND 位元增速为中双位数(14%- 16%)。

资本开支方面,SK Hynix 2023 年资本开支同比将减少至少 50%,然而公司将继 续投资 DDR5、LPDDR5 和 HBM3 等预计将推动今年需求的产品,公司将更加专注于 技术升级而非扩大产能。库存方面,公司看到内存需求从 Q2 开始恢复,但目前 整体库存仍高于健康水平,考虑到较高的行业库存水平和 NAND 的盈利能力低于 DRAM,SK 海力士将进一步减产 NAND。技术迭代方面,公司已做好 1B 纳米 DRAM 和 238 层 NAND 大规模量产的准备,这些产品将于 2023 年小规模量产,预计将在 2024 年起量。自 2022 年底开始的全行业减产的影响正在逐渐显现,23H2 减产的 效果将比 23H1 更加明显。此外由于 2023 年的减产,SK 海力士预计 2024 年的供 需平衡将变得更为紧张。

高阶产品方面,SK 海力士完成了目前可用的最大容量 24GB HBM3 的开发,且该 产品现在正在为客户样品进行发货。通过在行业首次使用 TSV 技术将 12 层芯片 堆叠,提升产品密度。得益于 AI 服务器相关投资大幅增长,公司预计 2023 年高 密度 128GB 及以上 DDR5 服务器模块和 HBM 的销售预计将同比增长两倍以上,并 预计 2024 年会进一步增长。 三星电子:2023Q2 服务器需求仍然疲弱,客户继续调整库存,但得益于主要超大 规模云服务提供商对人工智能的增加投资,高密度/高性能产品的需求保持强劲。 DRAM 方面:由于公司扩大了服务器产品的销售,并积极应对 DDR5 和 AI 使用 HBM 的需求上涨,位增长超预期。NAND 方面:公司通过扩大先进节点比例来不断增强 成本竞争力,ASP 下降幅度相比上季度显著减缓。移动端和 PC 领域,尽管分销渠 道中客户的成品库存相对改善,但由于消费者情绪尚未恢复,需求形势疲软。在 这种市场环境下,得益于主要移动端客户新款智能手机的强劲销售,三星得以扩 大高密度移动产品销售规模。

展望 2023H2,客户继续调整库存,DDR4 和 DDR5 需求预计将相较于上半年逐渐改 善。恢复预计将从移动端和 PC 等消费类产品开始,因为这些产品的库存调整比 商业类应用开始的更早。移动端和 PC 领域,下半年新产品的推出将带来需求和 库存的改善。此外基于价格弹性的高密度趋势预计将持续。服务器方面,需求恢 复的时间可能比移动端和 PC 更晚,因为客户的订单相对较晚开始,然而由于新 CPU 推出和单季内存容量的增长,DDR5 的比例预计将增加,下半年需求将继续恢 复。因此三星将主要减产需求预计相对较低的产品,同时通过增加先进节点和增 值产品的比例来应对市场需求。在这些趋势下,三星将保持与去年相似的可用资 本支出,并继续扩大基础设施和研发方面的投资,以确保中长期竞争力。

生成式 AI 市场高速增长,三星 2024 年 HBM 产能至少翻倍。海外三方机构预期 HBM 中长期复合增速有望达到 34-39%,超大规模数据中心竞争激烈,三星看到 2023 及 2024 年 HBM 需求增长迅猛。公司已向部分 AI SoC 公司和云计算公司出 货 8 层 16Gb 和 12 层 24Gb 的 HBM3 产品,并预计在 2024H2 推出 HBM3E。三星持续 投资 HBM 生产能力,目前订单水平达到 2022 年的约两倍,为应对 23H2 可能出现 的额外订单,三星正在通过提高生产效率进一步增加供应能力。公司正在计划 2024 年增加额外的 HBM 产能,预计 2024 年 HBM 产能至少提高到 2023 年水平的 两倍。 美光:存储行业季度低谷已过。美光 2023 年 6 月 28 日 FY2023Q3 法说会表示, 客户库存持续改善,内存容量持续增加推动了行业需求增长,行业减产继续。因 此,定价趋势正在改善,公司认为存储行业的季度收入已经过了低谷。

终端市场来看,二季度客户在减少过剩库存方面取得进展。PC 和智能手机:大多 数客户库存现在接近正常水平,部分客户可能想以目前非常低的价格囤一些库存。 移动端,美光预计 2023 年智能手机出货量同比下降个位数百分比。虽然出货量 较弱,但公司看到的内存容量有较强增长,主要是由于向高端手机的产品结构转 变。 数据中心:客户的库存情况也在改善,可能会在今年年底左右或稍后逐渐恢复正 常,具体取决于传统数据中心支出的增长情况。近期生成式人工智能的采用加速, 对 AI 服务器内存和存储的需求超出预期,而传统数据中心应用的主流服务器需 求仍然不旺盛。美光认为 AI 服务器的 DRAM 容量是普通服务器的 6 到 8 倍,NAND 容量是普通服务器的 3 倍。其一些客户正在部署具有大幅增加的内存容量的 AI 计算能力。生成式 AI 对高带宽内存的需求今年非常强劲,美光已开始提供业界 领先的 HBM3 产品样品,公司预计将于 2024 年初开始大规模生产 HBM3。此外,AI 不仅需要 HBM 或高密度 DRAM 模块,还需要 DDR5 和 LP DRAM,英伟达的 DGX GH200 超级计算集群,共享内存空间高达 144TB,其中约 122TB 都是低功耗 DRAM。

资本开支方面,美光 2023 财年资本支出计划为 70 亿美元,同比下降超过 40%, 其中设备资本支出(WFE)下降超过 50%。公司预计 2024 财年的设备资本支出仍 将同比下降。近期美光进一步减少了 DRAM 和 NAND 的投片量接近 30%,公司预计 减少的投片量将持续到 2024 年,公司将继续专注于减少库存和控制供应。技术 升级方面,公司审慎投资,同时管理资本支出、节点推进和降低晶圆产量,是的 供应与需求保持一致。美光 1-beta DRAM 和 232 层 NAND 良率快速提升,产品已 通过多个验证。 DRAM 三大厂均已宣布减产。美光 2022 年 9 月宣布削减 DRAM 和 NAND Flash 的产 量,成为首家正式减少产能利用计划的主要存储器制造商,同时美光也表示将会 大幅下调 2023 的资本开支,同比减少至少 30%,其中用于晶圆制造设备的支出将 同比下降超过 50%。铠侠宣布从 10 月开始削减 NAND Flash 的产能利用率 30%。 SK 海力士也在 10 月份法说会表示,公司计划减少相对低利润的产品的生产,公 司预计 2023 年的资本开支将同比下降 50%以上,同时考虑到整个行业的高库存 水平,公司将尽量减少用于晶圆产能的投资,甚至考虑推迟某些技术升级的投资。 公司将重新考虑产品组合和设备配置,2023 年的 DRAM 和 NAND 的晶圆产量将同 比下降。三星在 2023 年 4 月 2023Q1 法说会正式宣布减产,针对的主要是低附加 值的产品,至此头部存储供应商均推出减产计划,共同应对行业供需问题。

价格方面,回顾以往几轮周期 DRAM 价格从顶点到底部分变化,以主流密度产品 现货价格为例,DRAM ASP 从 2014 年价格高点到 2016 年中低点下降幅度 68.0%, 降价区间 23 个月;从 2018 年 2 月价格高点到 2020 年 9 月,DRAM ASP 下降幅度 69.0%,降价区间 31 个月,实际上根据我们前文的讨论,上轮周期曾在 2019 年 下半年价格见底,2020 年疫情扰动,DRAM 价格呈现先升后降趋势,如果我们以 2019 年 11 月的价格低点 1.65 元计算,上轮周期 DRAM ASP 下降幅度为 67.2%, 下行区间持续 21 个月。此轮周期价格高点 2021 年 7 月至今,主流 DRAM ASP 价 格下降幅度已达到 69.1%,下行区间已持续 23 个月,无论是降价幅度还是持续时 间均已经超过过往。

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随着供应商持续减产,我们认为部分产品价格有望在年底前回升。当前美光、SK 海力士和美光都在持续减产,并修订 2023 年资本开支计划,放缓产能建设。从 库存角度来讲,目前供应商库存的大部分 DRAM 都是 DDR4,随着 DDR5 渗透率持续 提升,DDR5 的库存相对较低。此外,三星和 SK 海力士均提到,2023 年下半年移 动端高容量产品的结构性变化也将是移动端内存市场亮点,因此我们认为部分产 品价格有望在 2023 年底前率先回升。


3.2 AI 有望引领存储新一轮上升周期

数据量井喷式增长。以数字技术为核心驱动的第四次工业革命正在给人类生活带 来深刻变革,数据与各行业之间的融合不断加深,数据量呈现爆炸式增长的趋势, 其规模已经达到了以EB为单位的级别,而每秒的数据访问频率更是达到了亿级。 根据 PXR 研究机构的数据统计,全球范围内创造、捕获、复制和消费的数据/信 息量从 2010 年的 2ZB 增长到了 2020 年的 64.2ZB。预计到 2025 年,全球数据总 量将超过 181ZB,增长主要得益于云计算、物联网等应用领域的发展,以及远程 办公等应用场景的推动。

GPT-3 开启大模型时代。OpenAI 开发的 GPT-3 是一种基于深度学习的自然语言处 理模型。它通过大规模的预训练和1750亿个参数实现对语言规则和模式的理解, 并生成与输入文本相关的自然语言文本。GPT-3 的特点是其大规模的预训练模型, 对算力需求较高。根据 OpenAI 团队在 2020 年发表的论文,《Language Models are Few-Shot Learners》,GPT-3 在准确性方面相对于参考量较少的模型有明显 优势。尽管仅经过少量样本训练,基于 1750 亿参数的模型能够接近经过大量样 本训练的 BETR 模型的效果。我们认为,大模型在性能和学习能力方面相较于其 他模型具有明显优势,并有望成为未来的行业趋势。 大模型催生多样化数据处理,数据存储面临新要求。大语言模型的出现对数据存 储提出了更高的要求,首先是需要处理海量多样化的数据进行训练,其次还要面 向海量终端进行数据应用。目前大模型主要以文本为主,但随着大模型与各行业 的结合,多模态的发展将加速,从文本扩展到图片、音频、视频等数据类型,数 据量也将大幅增加。预计存储容量将从纯文本的几个 TB 迈向多模态的 PB 级容 量,这对存储架构和性能等核心能力提出了更高要求。

全球数据中心资本开支持续增长。根据 Dell'Oro Group 最近报告,2022 年全球 数据中心资本支出同比增长 15%达到 2410 亿美金。由于超大规模云服务提供商 已经经历了过去三年强劲的扩张周期,企业也增加了数字专项项目的 IT 支出, 随着周期的结束,云服务商寻求效率提升,以及企业在不确定的经济环境中更加 谨慎地进行支出,2023 年全球数据中心资本支出增速或将回落至个位数。但长期 来看,混合云将为超大规模和企业市场带来数据中心市场增长机会,新的数据中 心架构也将驱动长期增长,Dell'Oro Group 预计 2027 年,全球数据中心资本支 出预计将达到 5000 亿美元,增长 15%,超过 20%的服务器部署可能会是加速类型, 边缘计算预计将占数据中心基础设施总支出近 8%。 服务器总体出货量短期略降,长期增长趋势不变。数据中心作为承载各类数字技 术应用的物理底座,其产业赋能价值正在逐步凸显。尽管由于主要的云服务提供 商资本开支增速回落,下游需求疲软以及供应链持续调整库存,TrendForce 预计 2023 年全球服务器出货量同比略降 2.9%至不到 1400 万台,但随着下游持续去库 存,以及长期来看数据处理量的增长,数据中心的提升,我们认为服务器出货有 望在 2024 年恢复增长。

处理器升级迭代,服务器量价齐升。根据 Dell'Oro Group 预计,2025 年服务器 在数据中心设施建设中价值量占比 42%,服务器 ASP 亦呈现上升趋势,主要是因 为 1)CPU 升级:新一代的服务器通常配备比前一代更多的内存、核心、存储和 更快的 I/O。2023 年 1 月英特尔正式推出第四代至强可扩展处理器,(Sapphire Rapids),通过内置加速器将目标工作负载的平均每瓦性能提升了 2.9 倍。2)加 速计算:随着加速服务器的部署不断增长,数据中心持续优化升级,GPU、FPGA 等 AI 加速器芯片配备率持续提升。

AI 服务器逆势扩张,加速渗透。自 2018 年自动驾驶、AIoT 与边缘运算等新兴应 用驱动下,诸多大型云服务商开始大量投入 AI 相关的设备建设,TrendForce 估 计 2022 年搭载 GPGPU 的 AI 服务器年出货量占整体服务器比重近 1%,同时 2023 年随着 ChatBOT 相关应用的进一步带动,Microsoft、Google 等云端服务商都积 极投入,预计 2023 年 AI 服务器出货量同比增长将超过 10%。

AI 服务器存储容量较传统服务器大幅提升。TrendForce 统计,传统服务的服务 器 DRAM 容量约为 500-600GB,而 AI 服务器平均内存容量达到 1.2-1.7TB。对于 企业级固态硬盘(SSD),尽管 AI 服务器由于对速度较高,优先选择 DRAM 或 HBM 技术,但是 AI 服务器仍然需要更大的 SSD 容量,且 PCIe 5.0 接口在满足高速计 算需求方面更受青睐。此外,AI 服务器加速卡还会配备 HBM,目前 HBM 的单服务 器使用量约为 320-640 GB。随着 AI 模型变得越来越复杂,对服务器 DRAM、SSD 和 HBM 的需求将持续增长。

2023 年服务器有望首次成为 DRAM 最大应用领域。自 2022 年开始,DRAM 供应商 一直在调整产品组合,将更多产能用于服务器 DRAM,同时减少移动端 DRAM 产能。 主要是由于服务器 DRAM 市场需求前景旺盛,以及 2022年移动端 DRAM 市场供应 过剩。进入 2023 年,智能手机出货量增长预期仍然比较保守,而受 AI 和 HPC 相 关新应用推动,服务器 DRAM 容量持续增长。因此 DRAM 供应商或继续扩大服务器 DRAM 在产品组合中的份额。根据 TrendForce 对 2023 年 DRAM 行业总比特输出分 布的分析,服务器 DRAM 预计占比约为 37.6%,超过移动端 DRAM 36.8%的比重。

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HBM 打破内存带宽及功耗瓶颈。CPU、GPU 性能大幅提升,处理器与存储器之间的 性能差距逐步加大,同时传统架构下,数据在内存与处理器之间的频繁迁移带来 严重的功耗问题。HBM 打破内存与处理器传统的 PCB 互联形式,基于与处理器相 同的“Interposer”中介层互联实现近存计算,显著减少数据传输时间,且节省 布线空间。而基于 TSV 工艺的 DRAM 堆叠技术则显著提升了带宽,并降低功耗和 封装尺寸。根据 SAMSUNG,3D TSV 工艺较传统 POP 封装形式节省了 35%的封装尺 寸,降低了 50%的功耗,并且对比带来了 8 倍的带宽提升。

HBM 正成为数据中心军备竞赛的核心。英伟达早在 2019 年就推出针对数据中心 和 HPC 场景的专业级 GPU Tesla P100。得益于采用搭载 16GB 的 HBM2 内存,Tesla P100 带宽达到 720GB/s,而同一时间推出的同样基于 Pascal 架构的 GTX 1080 使 用 GDDR5X 内存,带宽仅为 320GB/s。此后英伟达数据中心加速计算 GPU V100、 A100、H100 均搭载 HBM 显存。最新的 H100 GPU 搭载 HBM3 内存,容量 80Gb,带 宽超 3Tb/s,为上一代基于 HBM2 内存 A100 GPU 的两倍。而作为加速计算领域追 赶者的 AMD 对于 HBM 的使用更为激进,其最新发布的 MI300X GPU 搭载容量高达 192GB 的 HBM3 显存,为 H100 的 2.4 倍,其内存带宽达 5.2TB/s,为 H100 的 1.6 倍,HBM 正成为 HPC 军备竞赛的核心。

高性能计算驱动 HBM 加速迭代,SK 海力士率先量产 HBM3,HBM3E 已在路上。高 性能计算驱动数据中心 HBM 需求井喷,HBM 升级速度近年明显加快。SK 海力士于 2021 年 10 月宣布成功开发出容量为 16GB 的 HBM3 DRAM,2022 年 6 月初即宣布 量产。仅过去 10 个月,SK 海力士官网再次宣布已成功开发出垂直堆叠 12 个颗 DRAM 芯片、容量高达 24GB 的 HBM3 新品,并正在接受客户公司的性能验证。与此 同时,海力士第五代 HBM 内存 HBM3E 已在路上。根据公开信息披露,该芯片单 pin 最大带宽达 8Gb/s,单栈最大带宽达 1Tb/s,较上一代 HBM3 提升 25%。 HBM 供不应求市场规模高速增长,英伟达 H100 GPU 订单排期已至 2024 年。HBM 的高焊盘数和短迹线长度要求需要 2.5D 先进封装技术,以实现密集的短连接。 台积电 CoWoS 以合理的成本提供最高的互连密度和最大的封装尺寸,成为 HBM 的 首选搭档。2023 年 6 月台积电宣布在竹南开设先进后端晶圆厂 6。该晶圆厂占地 14.3 公顷足以容纳每年 100 万片晶圆的 3DFabric 产能,包括 CoWoS、SoIC 和 InFO 技术,预估 2023 年底 CoWoS 产能届时将达 1.2 万片每月,并于 2024 年实现 翻倍成长,以满足不断增长的 AI 算力需求。根据我们测算,2023 年 HBM 市场规 模预计为 31.6 亿美金,到 2025 年市场规模有望突破 100 亿美金。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)