1、2023年4月3日从算力到存力：存储芯片研究框架AI行业系列报告证券研究报告行业评级：看好分析师陈杭邮箱证书编号S04研究助理安子超邮箱电话添加标题95%摘要22023年3月31日，我国发起对美光在华销售产品的网络安全审查，体现出存储产业安全的重要性。此外，AI算力需求拉动高算力服务器出货，而AI服务器的存力需求更强，AI将驱动“从算力到存力”的中长期需求：1、海外厂商占据绝对份额，国内存储安全重要性凸显存力的底层支撑：半导体存储器芯片（主流为DRAM+NAND Flash）。存力的体现形式：数据中心+存储服务器。海外巨头垄断，国内存储安全重要性日益

2、凸显。全球DRAM市场几乎由三星、SK海力士和美光所垄断，CR3 超过 95%，全球NAND flash市场由前三大厂商分别为三星、铠侠和海力士，目前 CR3 市场份额达 65%，CR6 市场份额接近 95%。2、国内数据圈庞大，AI驱动“从算力到存力”的长期需求得益于人工智能、物联网、云计算等新兴技术的快速发展，中国数据正在迎来爆发式增长，驱动存储设备在数据中心采购占比进一步提升。据IDC预测，预计到2025年，中国数据圈将增长至48.6ZB，占全球数据圈的27.8%，成为全球最大的数据圈。AI技术革命推动高算力服务器等基础设施需求提升，AI服务器所需的DRAM/NAND分别是常规服务器的8

3、/3倍。3、存储周期拐点已至，库存改善、价格压力缓解美光23Q1存货环比小幅回落，集邦咨询预测23Q2DRAM价格跌幅收窄至10%-15%（23Q1为20%），库存情况改善、价格压力缓解，存储行业周期迎来拐点。4、先进存力的前进方向：存算一体、HBM/DRAM、3D NAND存算一体：将存储单元和计算单元合为一体，省去了计算的数据搬运环节，消除由于数据搬运带来的功耗，提升计算能效。HBM/DRAM：作为存储器主流之一的DRAM技术不断升级，衍生出HBM（高带宽内存），其是一款新型的CPU/GPU 内存芯片，将多个DDR芯片堆叠后与GPU封装在一起，实现大容量，高位宽的DDR组合阵列，突破内存容

4、量与带宽瓶颈。3D NAND（立体堆叠技术）：可以摆脱对先进制程工艺的束缚，不依赖于EUV技术，而闪存的容量/性能/可靠性也有了保障。建议关注标的：兆易创新、北京君正、澜起科技、深科技、东芯股份、聚辰股份、普冉股份、江波龙、佰维存储、德明利易华录、朗科科技、恒烁股份、同有科技、雅创电子5XaXkZjZ8WjYsXuVsX8OdN9PpNrRnPsRiNmMsOfQoOrN6MqQvMxNnOnRNZtRoN风险提示31、宏观经济下行风险2、上游晶圆紧缺加剧的风险3、市场发展不及预期的风险4、技术发展不及预期风险01Partone4存力概况01存力底层支撑体现形式半导体存储器芯片数据中心存储服务

5、器存力主要由数据中心和存储服务器驱动存储技术架构SANNASDAS集中式存储分布式存储文件存储块存储对象存储其他NFS CIFS FTPSCSIiSCSINVMeS3SwiftHDFS表存储IP组网FC组网IB组网机械硬盘固态硬盘磁带光盘连接方式存储架构存储类型和协议组网方式存储介质资料来源：下一代数据存储技术研究报告（2021 年），中国信息通信研究院，浙商证券研究所得益于人工智能、物联网、云计算、边缘计算等新兴技术在中国的快速发展，中国数据正在迎来爆发式增长。据此前IDC预测，预计到2025年，中国数据圈将增长至48.6ZB，占全球数据圈的27.8%，成为全球最大的数据圈。我国数据量爆发驱

6、动存储需求增长0500300350200202021资料来源：联想、IDC、中国存力白皮书（2022年），中国信通院，中国数据存储行业发展深度调研与投资前景研究报告（2023-2030年），浙商证券研究所-10%10%30%50%70%90%110%130%004000500060007000800090002002020212022E2023E市场规模（亿元）YOY00182025ECAGR=30%中国新增数据量统计及预测中国数据存储市场规模预测我国存储容量增量01数据中心驱动存储需

7、求增长017随着数据量的大规模增长，存储设备在数据中心采购的BOM中占比进一步提升，美光曾提及，目前存储芯片在数据中心采购中比例约为40%，未来预计将提升至50%。数据中心将成为引领存储市场增长的重要引擎。SRAMLow Latency DRAMConventional DRAMSCMLow Latency DRAMSSDHDDTapeHOT(10ns)Warm(110us)Less Warm(100us)Cold(1ms)Frozen(1s)10K HDD15K HDD服务器应用缓存计算存储暖存储7.2K/5.4K联想存储服务器ThinkServer DN8848 V2处理器两颗英特尔至强可

8、扩展处理器，最大支持TDP 205W内存最多24个DDR4 DIMM 插槽；支持RDIMM和LRDIMM，内存频率最高3200 MHz；最多支持8根英特尔Optane持久内存200系列扩展性（扩展插槽）Up to 8 FHFL PCIe Gen4 Slots+1 OCP 3.0支持机箱内置Raid卡（通过机箱内置PCIe riser）最多 4个单宽GPU（60W）主板硬盘控制器最多48+4个硬盘资料来源：联想，闪存市场，浙商证券研究所存储器芯片提供底层支撑018资料来源：CSDN，华经产业研究院，浙商证券研究所存储器RAMROMSRAMDRAMFRAMPROMEPROMEEPROMFLASHN

9、ANDNOR2D3D串行并行只读存储器随机存储器DDRLPDDRNAND,39%DRAM,61%其他,3%应用存储：华邦、旺宏、兆易创新、Cypress、美光密码存储：三星、SK海力士、美光、南亚、华邦数据存储：三星、SK海力士、英特尔、美光、西数、铠侠全球存储市场：国外厂商垄断，行业高度集中019数据来源：statista、浙商证券研究所0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%Q118Q218Q318Q418Q119Q219Q319Q419Q120Q220Q320Q420Q121Q221Q321Q421Q122Q222Q322Share of revenueSams

10、ungSK HynixMicron GroupNanyaWinbondPowerchipElpidaOthers0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%Q118Q218Q318Q418Q119Q219Q319Q419Q120Q220Q320Q420Q121Q221Q321Q421Q122Q222Q322Market shareSamsungKioxia*WDCSK HynixMicronIntelOthers全球存储市场绝大部分份额由国外厂商占有，呈现寡头垄断格局，行业集中度较高。根据statista数据，截至2022Q3，全球DRAM市场几乎由三星、SK海力士和美光

11、所垄断，CR3 超过 95%，三星、海力士和美光分别占比 41%、29%和 26%。全球NAND flash市场由前三大厂商分别为三星、铠侠和海力士，2022Q3 市场份额分别为 31.4%、20.6%和 13.0%，目前 CR3 市场份额达 65%，CR6 市场份额接近 95%。全球市场DRAM竞争格局全球市场NAND flash竞争格局存算一体02Partone10芯片的发展速度和人工智能的算力需求之间的矛盾加剧0211 芯片的发展速度和人工智能的算力需求之间的矛盾加剧：21世纪以来，信息爆炸式增长，算力需求大规模上升，提升算力成为芯片行业的共同目标。随着半导体发展放缓，摩尔定理逼近物理极

12、限，依靠器件尺寸微缩来提高芯片性能的技术路径在功耗和可靠性方面都面临巨大挑战，芯片的发展速度无法满足人工智能需求。算力发展无法满足人工智能的需求数据来源：CSDN，Intel，Nvidia，OpenAI，清华大学微电子学研究所摩尔定律陷入发展瓶颈数据来源：Salahuddin,S.,Ni,K.&Datta,S.(2018)，传统计算架构面临发展挑战0212 冯 诺依曼架构：该架构以计算为中心，计算与内存是两个分离单元。计算单元根据指令从内存中读取数据，在计算单元中完成计算和处理，完成后再将数据存回内存。先进制程的优势有限：随着摩尔定理发展放缓，基于传统架构的芯片计算性能发展速度明显放缓。基于传

13、统架构的先进制程工艺虽一定程度能够提升芯片的性能表现，但从投入产出比、芯片性能可靠性及应用场景的适配度角度考虑都面临较大挑战。CISC 22%/年RISC 52%/年多核技术发展期 23%/年多核技术瓶颈期 12%/年摩尔定理放缓 3%/年计算性能数据来源：清华大学微电子学研究所，J.Hennessy&D.Patterson,2019冯诺依曼架构控制器运算器输出输入存储器冯 诺依曼瓶颈 在传统架构下，从7nm到5nm的研发成和生产成本约增加50%，但性能提升只有10%-20%；联电、格罗方德等芯片制造商已经放弃先进制程，转而聚焦在14nm制程上 随着集成电路尺寸进一步缩小，芯片的性能可靠性受到

14、挑战，由“短沟道效应”和“量子隧穿效应”等引发的芯片漏电，高功耗，产品发热问题引发关注。先进工艺下尽管芯片拥有大算力，但同时也产生了高能耗，对于功耗敏感的应用场景，先进制程不占优势。数据来源：Insights，量子位存算一体芯片深度报告，CSDN传统构架下性能提升达到极限存算一体是先进算力的代表技术0213 存算一体是先进算力的代表技术：传统构架下性能提升达到极限，冯 诺依曼架构已成为发展芯片算力的桎梏，存算一体是一种新型计算架构，它是在存储器中嵌入计算能力，将存储单元和计算单元合为一体，省去了计算过程中数据搬运环节，消除了由于数据搬运带来的功耗和延迟，提升计算能效。存算一体阵列存算一体阵列存

15、算一体阵列存算一体阵列输出输入降成本提算力降能耗算力提升10-100倍能耗降低至1/10-1/100传输功耗约为0数据来源：量子位存算一体芯片深度报告存储单元变成运算单元运算单元的数量级增加算力提升同样数量的晶体管完成更大算力同等算力所需晶体管更少，芯片面积更小成本降低省去了频繁数据搬运带来的功耗损失降能耗存算一体架构HBM/DRAM03Partone14DRAM的应用场景主要有智能手机、PC、服务器031530%32%34%36%38%40%42%44%200222023E2024EServer DRAMMobile DRAM智能手机,39%服务器,34%PC,13%其

16、他,14%2021年全球DRAM下游应用占比服务器与移动DRAM产出比重资料来源：华经产业研究院，TrendForce，浙商证券研究所DRAM市场前景2018年620亿美元1219亿美元2026年市场驱动力居家办公在线学习家居智能化无人驾驶5G云计算增量应用市场PC智能电视汽车电子基站与网络设备服务器IoT机顶盒智能手机主要DRAM厂商PC三巨头PC其他厂商大陆HBM是什么：属于DRAM的一种新技术0316HBM（High Bandwidth Memory，高带宽内存）是一款新型的CPU/GPU 内存芯片，其实就是将很多个DDR芯片堆叠在一起后和GPU封装在一起，实现大容量，高位宽的DDR组合

17、阵列。高速、高带宽HBM堆栈没有以外部互连线的方式与信号处理器芯片连接，而是通过中间介质层紧凑而快速地连接，同时HBM内部的不同DRAM采用TSV实现信号纵向连接，HBM具备的特性几乎与片内集成的RAM存储器一样。数据来源：半导体产业纵横、半导体行业观察、浙商证券研究所6.42893.271.12.43.26.400200300400500600700800900最高带宽（GB/S）单引脚最大I/O速度（Gbit/s）HBM堆叠结构HBM高速、高带宽性能指标HBM2HBM2EHBM3各代HBM产品的数据传输路径配置HBM与DDR、GDDR、LPDDR

18、等DRAM分支的参数对比0317GDDR5内存每通道位宽32bit，16通道总共512bit;目前主流的第二代HBM2每个堆栈可以堆至多8层DRAM die，在容量和速度方面有了提升。HBM2的每个堆栈支持最多1024个数据pin，每pin的传输速率可以达到2000Mbit/s，那么总带宽是256Gbyte/s;在2400Mbit/s的每pin传输速率之下，一个HBM2堆栈封装的带宽为307Gbyte/s。数据来源：算力基建、浙商证券研究所DDR4 DDR5 HBM2GDDR5LPDDR4LPDDR5ApplicationsServersPCsconsumerServersPCsconsume

19、rGraphics,HPCGraphicsMobile,auto,consumerMobile,auto,consumerTypical interface(primary)Server:64+8 bitsServer:dualchannel,32+8 bitsOctal channel,128-bit(1024 bits total)Multi-channel,32-bitsMobile:quad channel,16-bit(64-bits total)Mobile:quad channel,16-bit(64-bits total)Typical interface(secondary)

20、Consumer:32 bitsConsumer:32 bitsNoneNoneDual channel,16-bit(32-bits total)Dual channel,16-bit(32-bits total)Max Pin BW3.2 Gb/s6.4 Gb/s2.02.4 Gb/s8Gbs4.267Gb/s6.4Gb/sMax I/F BW25.6 GB/s51 GB/s307 GB/s32 GB/s34 GB/s51 GB/s#Pins/channel380 pins380 pins2,860 pins170 pins350 pins370 pinsMax capacity3DS R

21、DIMM:128GB3DS RDIMM:256GB4H Stack:4GBOne channel:1GB4 channels:2GB4 channels:4GBPeak volumes*Price per GB$全球HBM厂商：传统DRAM巨头升级竞赛0318全球HBM芯片市场目前以SK海力士与三星为主SK海力士HBM技术起步早，2014年在业界首次成功研发HBM1，确立领先地位，2022年HBM3芯片供货英伟达，持续巩固其市场领先地位。三星紧随其后，2022年HBM3技术已经量产。从HBM1到HBM3，SK海力士和三星一直是HBM行业的领军企业。目前，HBM4的相关预测数据已经出炉，预计新一

22、代产品将能够更广泛地应用于高性能数据中心、超级计算机和人工智能等领域。SK海力士:SK海力士与AMD联合开发了全球首款硅通孔（TSV,Through Silicon Via）HBM产品。两家公司还联合开发了高带宽三维堆叠存储器技术和相关产品。2002020212022三星:宣布开始量产4GB HBM2 DRAM，并在同一年内生产8GB HBM2 DRAM三星:宣布开始量产第二代8GB HBM2“Aquabolt”SK海力士：发布第二代HBM产品HBM2SK海力士:宣布成功研发出新一代“HBM2E”三星：宣布推出其16GB HBM2E产品“Flashbolt”美光：在财报会

23、议上表示，将开始提供HBM2内存/显存，用于高性能显卡，服务器处理器产品SK海力士：开发出全球首款HBM3三星：开发出具有AI 处理能力的高带宽内，将强大的 AI 计算能力引入高性能内存（HBM-PIM）美光：HBM2E产品上市，规划2022HBMNEXT产品SK海力士：量产全球首款HBM3 DRAM芯片，并将供货英伟达，持续巩固其市场领先地位。三星：HBM3技术已经量产，其单芯片接口宽度可达1024bit，接口传输速率可达6.4Gbps数据来源：SKhynix NEWSROOM、美光官网、三星官网、半导体行业观察、浙商证券研究所NAND04Partone19NAND：主流闪存芯片0420数据

24、来源：兆易创新招股说明书、电巢、浙商证券研究所闪存芯片是最主要的存储芯片，主要为 NOR Flash 和 NAND Flash 两种。NOR Flash 主要用来存储代码及部分数据，是手机、PC、DVD、TV、USB Key、机顶盒、物联网设备等代码闪存应用领域的首选。NAND Flash 可以实现大容量存储、高写入和擦除速度、相当擦写次数，多应用于大容量数据存储，例如智能手机、平板电脑、U 盘、固态硬盘等领域。NAND 存储器使用浮栅晶体管，它能在没有电源的情况下存储信息。所有的电路都依赖于某种能量来使整个电池的电荷产生差异，这种能量迫使电子穿过栅极。随着这种电荷返回到关闭状态，随机存取存储

25、器(RAM)等易失性类型的存储器会丢失其数据。但是Nand闪存就不同了，它的浮动栅极系统通过使用第二个栅极在电子穿过电池时收集和捕获一些电子，这使得粘在浮栅上的电子在没有电压的情况下保持原位，在这一过程中不管是否有电源连接，芯片都能继续存储下一个值。NAND Flash 工作方式NAND Flash 结构闪存的存储单元结构（横截面）。存储单元是数据存储的最小单位，目前闪存已经由数千亿个存储单元组成。通过将电子移入和移出封闭在绝缘体中的电荷存储膜来存储数据。右图解释了电子是如何移入和移出该电荷存储膜，3D NAND：高楼大厦平地起0421数据来源：电巢、peacat、浙商证券研究所3D NAND

26、,即立体堆叠技术，如果把2D NAND看成平房，那么3D NAND就是高楼大厦，建筑面积成倍扩增，理论上可以无限堆叠，可以摆脱对先进制程工艺的束缚，同时也不依赖于极紫外光刻（EUV）技术，而闪存的容量/性能/可靠性也有了保障。日前三星宣布，已开始批量生产采用第8代V-NAND技术的产品，为1Tb（128GB）TLC 3D NAND闪存芯片，达到了236层，相比第7代V-NAND技术的176层有了大幅度的提高。三星称，新的闪存芯片提供了迄今为止业界内最高的位密度，可在下一代企业服务器系统中实现更大的存储空间。三维 NAND 单元的阶梯通孔接触2D与3D NAND对比图0422NAND Flash

27、 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。NAND Flash 是使用电可擦技术的高密度非易失性存储，NAND Flash 每位只使用一个晶体管，存储密度，Flash 所存的电荷（数据）可长期保存；同时，NAND Flash 能够实现快速读写和擦除。3D NAND是低成本/大容量非易失存储的主流技术方案数据来源：江波龙招股说明书，浙商证券研究所全球NAND Flash市场规模2020年NAND Flash市场份额0423与2D NAND缩小Cell提高存储密度不同的是，3D NAND只需要提高堆栈层数，目前多种工艺架构并存。从2013年三星

28、推出了第一款24层SLC/MLC 3D V-NAND，到现在层数已经迈进200+层，并即将进入300+层阶段。目前，三星/西部数据/海力士/美光/铠侠等几乎垄断了所有市场份额，并且都具有自己的特殊工艺架构，韩系三星/海力士的CTF，美系镁光/英特尔的FG，国内长江存储的X-tacking。3D NAND持续追求高堆栈层数，多种工艺架构并存数据来源：长江存储官网，Techinsights，浙商证券研究所3D NAND制造工艺的关键步骤0424高堆栈层数的3D NAND面临的工艺难度越来越高数据来源：Web of Science，国科大，CNKI，浙商证券研究所随着堆栈层数的增加，工艺也面临越来越

29、多的挑战，对制造设备和材料也提出了更多的要求。主要包括以下几个方面：（1）ONON薄膜应力：随着器件层数增加，薄膜应力问题越发凸显，会影响后续光刻对准精度；（2）高深宽比通孔刻蚀：随着深宽比增加，刻蚀难度会显著增加，容易出现刻蚀不完全、通孔结构扭曲等问题；（3）WL台阶的设计与刻蚀：垂直管状环栅结构的器件需要刻蚀出精确的台阶结构，保障CT能打到对应位置，而随着层数增加，工艺难度加大，需要重新设计WL台阶结构。WL台阶的设计与刻蚀ONON/OPOP多层堆叠高深宽比通孔刻蚀风险提示251、宏观经济下行超预期风险：若宏观经济下行并超出预期，将影响整个产业链；2、上游晶圆紧缺加剧的风险：若本土晶圆厂扩

30、产进度不及预期，将影响芯片供给；3、市场发展不及预期的风险：若人工智能发展所带来的催化作用不及预期，将影响下游需求；4、技术发展不及预期风险：若技术发展不及预期，将影响行业发展趋势。点击此处添加标题添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题添加标题点击此处添加标题添加标题95%行业评级与免责声明26行业的投资评级以报告日后的6个月内，行业指数相对于沪深300指数的涨跌幅为标准，定义如下：1、看好：行业指数相对于沪深300指数表现10%以上；2、中性：行业指数相对于沪深300指数表现10%10%以上；3、看淡：

31、行业指数相对于沪深300指数表现10%以下。我们在此提醒您，不同证券研究机构采用不同的评级术语及评级标准。我们采用的是相对评级体系，表示投资的相对比重。建议：投资者买入或者卖出证券的决定取决于个人的实际情况，比如当前的持仓结构以及其他需要考虑的因素。投资者不应仅仅依靠投资评级来推断结论行业评级与免责声明27法律声明及风险提示本报告由浙商证券股份有限公司（已具备中国证监会批复的证券投资咨询业务资格，经营许可证编号为：Z39833000）制作。本报告中的信息均来源于我们认为可靠的已公开资料，但浙商证券股份有限公司及其关联机构（以下统称“本公司”）对这些信息的真实性、准确性及完整性不作任何保证，也不

32、保证所包含的信息和建议不发生任何变更。本公司没有将变更的信息和建议向报告所有接收者进行更新的义务。本报告仅供本公司的客户作参考之用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅反映报告作者的出具日的观点和判断，在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议，投资者应当对本报告中的信息和意见进行独立评估，并应同时考量各自的投资目的、财务状况和特定需求。对依据或者使用本报告所造成的一切后果，本公司及/或其关联人员均不承担任何法律责任。本公司的交易人员以及其他专业人士可能会依据不同假设和标准、采用不同的分析方法而口头或书面发表与本报告意见及建议不一致的市场评论

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