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2018年，中國(guó)進(jìn)口了超過900億美元的存儲(chǔ)芯片，這其中三星電子、SK海力士和美光電子三分天下，而國(guó)內(nèi)廠商的份額為——0%。
同年7月18日，國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)三大勢(shì)力之一的合肥長(zhǎng)鑫正式投片，產(chǎn)品規(guī)格為8Gb LPDDR4，對(duì)于中國(guó)DRAM產(chǎn)業(yè)來說，這是艱難的第一步。
投片，代表在芯片設(shè)計(jì)上已達(dá)到一定水平，且產(chǎn)品上市指日可待，然而日后產(chǎn)品生產(chǎn)良率和穩(wěn)定度仍有待觀察。
更何況，明年底合肥長(zhǎng)鑫的產(chǎn)能最多不過2萬片晶圓/月，即便不考慮明年國(guó)際主流是LPDDR4的技術(shù)差距問題，2萬片晶圓/月的產(chǎn)能對(duì)全球每月上百萬片晶圓的產(chǎn)能來說依然是杯水車薪。
國(guó)泰君安電子團(tuán)隊(duì)對(duì)日美韓三國(guó)的DRAM研發(fā)過程進(jìn)行了復(fù)盤，并對(duì)中國(guó)在這一次產(chǎn)業(yè)變遷中可以采取的策略進(jìn)行細(xì)致展望。
芯片國(guó)產(chǎn)化中不可或缺的DRAM之戰(zhàn)，中國(guó)該如何主動(dòng)出擊，又會(huì)帶來哪些投資機(jī)會(huì)？
1969年，在諾伊斯和摩爾等初代集成電路元?jiǎng)讉兊呐ο拢?u>英特爾成功開發(fā)出第一塊存儲(chǔ)芯片——容量為64個(gè)字節(jié)的3101芯片。
次年，英特爾的12號(hào)員工特德.霍夫提出了一種新的設(shè)計(jì)，將DRAM存儲(chǔ)器單元的晶體管從四個(gè)減少到三個(gè)，成功將存儲(chǔ)空間提升到1024個(gè)字節(jié)。
這也就是我們?nèi)缃袼肈RAM的技術(shù)原型。
無疑，此時(shí)的美國(guó)，是第一個(gè)吃螃蟹的人。當(dāng)時(shí)個(gè)人計(jì)算機(jī)尚未普及，需求小、價(jià)格低使得技術(shù)是行業(yè)核心驅(qū)動(dòng)力，商戰(zhàn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)未及。因此，從1970年的2K可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(Eprom)到1972年世界第一塊靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)的推出，再到4K 16K，64KDRAM芯片的先后問世，在技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，存儲(chǔ)器容量不斷呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
技術(shù)的壁壘也毫無意外地帶來了壟斷，英特爾和MOSTEK等美國(guó)公司壟斷了當(dāng)時(shí)的整個(gè)市場(chǎng)。
然而不久之后，日本存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的崛起就打破了原本的競(jìng)爭(zhēng)格局。
1971年，日本NEC公司推出了DRAM芯片，緊追英特爾的量產(chǎn)DRAM。盡管如此，日本半導(dǎo)體的技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)品性能與美國(guó)依然有巨大差距。同期的美國(guó)存儲(chǔ)器已經(jīng)用上了超大規(guī)模集成電路（VLSI），而日本還停留在上一代技術(shù)大規(guī)模集成電路（LSI）。
為攻破技術(shù)壁壘，1970年代的日本政府一手抓“產(chǎn)官學(xué)”一體推進(jìn)本土半導(dǎo)體實(shí)力發(fā)展，一手抓進(jìn)口壁壘搞產(chǎn)業(yè)保護(hù)。1976年，由日本政府的通產(chǎn)省牽頭，以日立、三菱、富士通、東芝、NEC五大公司作為骨干，聯(lián)合了日本通產(chǎn)省的電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（EIL）、日本工業(yè)技術(shù)研究院電子綜合研究所和計(jì)算機(jī)綜合研究所，投資720 億日元，攻堅(jiān)超大規(guī)模集成電路DRAM的技術(shù)難關(guān)。
數(shù)據(jù)來源：產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，國(guó)泰君安證券研究
為期四年的VLSI攻關(guān)項(xiàng)目成績(jī)斐然，來自不同公司的團(tuán)隊(duì)一方面互通有無，一方面互相競(jìng)爭(zhēng)，共取得專利1210項(xiàng)，商業(yè)機(jī)密347件。從此，日本在DRAM的成本和可靠性上反超美國(guó)，70年代末美國(guó)DRAM的良率在50%左右，而日本能做到當(dāng)時(shí)驚人的80%，構(gòu)成了壓倒性的總體成本優(yōu)勢(shì)。
于是，日本存儲(chǔ)企業(yè)趁勝追擊挑起價(jià)格戰(zhàn)，DRAM芯片從1981年的50美元降到1982年的5美元一片，美國(guó)廠商招架不住節(jié)節(jié)敗退，在鼎盛的80年代末90年代初，日本DRAM憑借全球65%以上的市場(chǎng)份額，一舉超越美國(guó)，將英特爾逼退DRAM市場(chǎng)。
日美兩國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)，標(biāo)志著1960年代存儲(chǔ)器的田園時(shí)代已然結(jié)束。存儲(chǔ)器市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)，快速增高了對(duì)技術(shù)、資金、市場(chǎng)三大要素的要求。
這樣的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境讓韓國(guó)人明白，這場(chǎng)比賽的下半場(chǎng)單靠一個(gè)企業(yè)的力量已經(jīng)難以生存，后發(fā)追趕者勢(shì)必要通過企業(yè)和政府的通力合作才能成功。
最初，韓國(guó)的半導(dǎo)體行業(yè)底子薄弱，僅僅憑借低廉的勞動(dòng)力成本和土地成本吸引外資建廠形成了產(chǎn)業(yè)雛形，但缺少技術(shù)、勞動(dòng)密集的低端發(fā)展模式很快成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的致命傷。
韓國(guó)很聰明地借鑒了日本的模式，抓住一切力量發(fā)展核心技術(shù)。韓國(guó)政府在1973年宣布了“重工業(yè)促進(jìn)計(jì)劃”，并于1975年公布了扶持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的六年計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)電子配件及半導(dǎo)體生產(chǎn)的本土化。韓國(guó)電子通信研究所牽頭，韓國(guó)政府大量出資，聯(lián)合三星、LG、現(xiàn)代三大集團(tuán)以及韓國(guó)六所大學(xué)，攻克了DRAM的技術(shù)難關(guān)。
破釜沉舟的勇氣，幫韓國(guó)人把握住了一次難得的歷史機(jī)遇：1987年，日美半導(dǎo)體爭(zhēng)端造成DRAM減產(chǎn)。韓國(guó)存儲(chǔ)器企業(yè)一把抓住機(jī)會(huì)，順勢(shì)填補(bǔ)市場(chǎng)缺口。
在這一點(diǎn)上，對(duì)于如今的存儲(chǔ)器需求正旺的中國(guó)是最具有借鑒意義的。
DRAM憑借體積小、價(jià)格低、集成度高、功耗低、讀寫速度快等特點(diǎn)，一直是適用于內(nèi)存最好的介質(zhì)。
在過去的十年里，智能機(jī)和便攜設(shè)備的發(fā)展驅(qū)動(dòng)外存介質(zhì)不斷地更新迭代，而在外存介質(zhì)洗牌的過程中，DRAM的市場(chǎng)份額一直維持在50%以上，充分體現(xiàn)了技術(shù)上的可擴(kuò)展性和市場(chǎng)的巨大需求。
從市場(chǎng)端來看，存儲(chǔ)器市場(chǎng)呈現(xiàn)明顯的周期波動(dòng)的特性。但是從長(zhǎng)期趨勢(shì)上看，周期波動(dòng)的幅度正在逐漸減小，行業(yè)整體向上趨勢(shì)明確。
存儲(chǔ)器市場(chǎng)周期波動(dòng)逐漸減?。ㄊ畠|美元）
從需求端來看，存儲(chǔ)器的需求結(jié)構(gòu)正快速向著多樣化轉(zhuǎn)變：在智能機(jī)出貨量增長(zhǎng)乏力的背景下， 2018年的DRAM位元需求將由過去的智能機(jī)需求單點(diǎn)拉動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軝C(jī)需求和服務(wù)器需求齊頭并進(jìn)。
從智能機(jī)需求端來看，在智能機(jī)出貨量增長(zhǎng)乏力的背景下，過去“出貨量+單機(jī)容量”的驅(qū)動(dòng)將轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥?ldquo;容量提升”的單點(diǎn)拉動(dòng)。
即使從2017年開始全球智能機(jī)出貨量開始顯露疲態(tài)，但中國(guó)國(guó)產(chǎn)手機(jī)品牌的逆勢(shì)擴(kuò)張卻帶來了巨大的存儲(chǔ)器需求，在2018年的全球智能機(jī)市場(chǎng)上，華為、OPPO、VIVO、小米四大品牌占據(jù)的市場(chǎng)份額達(dá)到37%，相比2017年提升7%個(gè)百分點(diǎn)，上聯(lián)想（3%）、一加等品牌，中國(guó)品牌智能機(jī)市場(chǎng)份額直逼50%。
而在更加成熟的PC市場(chǎng)，聯(lián)想、宏碁、華碩三大中國(guó)品牌穩(wěn)居全球前6大PC出貨品牌。國(guó)產(chǎn)DRAM一旦量產(chǎn)，這些中國(guó)品牌將成為最有潛力的消費(fèi)客戶，他們有望在未來率先吸收國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)器產(chǎn)能。
從服務(wù)器需求端來看，盡管出貨量增速較低，但單機(jī)容量卻在迅速上升。據(jù)DRAMeXrange估計(jì)，2018年服務(wù)器平均內(nèi)存裝載量已達(dá)到145GB，預(yù)計(jì)到2021年標(biāo)準(zhǔn)型服務(wù)器的DRAM平均容量將達(dá)到366GB，CAGR將達(dá)26%。
此外，數(shù)據(jù)中心、深度學(xué)習(xí)等特殊需求的服務(wù)器的高速增長(zhǎng)也將帶動(dòng)服務(wù)器領(lǐng)域?qū)RAM需求的增長(zhǎng)。
據(jù)DRAMeXchange統(tǒng)計(jì)，平均一座IDC可容納約8000至15000個(gè)服務(wù)器機(jī)架， 而一個(gè)機(jī)架可搭載4臺(tái)以上不同尺寸的服務(wù)器，據(jù)估算將拉動(dòng)1000萬 GB至200萬 GB的服務(wù)器DRAM位元需求。
因此，國(guó)泰君安電子團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，未來云服務(wù)和大數(shù)據(jù)等應(yīng)用帶來的服務(wù)器DRAM需求將成為DRAM市場(chǎng)未來的強(qiáng)大增長(zhǎng)動(dòng)力。據(jù)DRAMeXchange統(tǒng)計(jì)，2018年DRAM需求增提增長(zhǎng)22.3%，其中服務(wù)器應(yīng)用連續(xù)兩年保持最快增速。
DRAM需求年增速穩(wěn)定在以上20%
數(shù)據(jù)來源：DRAMeXchange，國(guó)泰君安證券研究
從供給端看，隨著DRAM工藝推進(jìn)放緩，供給增速整體放緩，產(chǎn)能波動(dòng)基本穩(wěn)定。
產(chǎn)能方面，DRAM位元供給的增長(zhǎng)來源以工藝進(jìn)步帶來的密度提升為主，以產(chǎn)能擴(kuò)張帶來的投片量提升為輔。但是近年來DRAM在進(jìn)入20nm制程以后，制程提升開始遇到瓶頸，主流廠商出于成本和研發(fā)難度的考慮，對(duì)1Xnm及以下制程的開發(fā)應(yīng)用比較謹(jǐn)慎。
目前，三星、鎂光、海力士正在從20nm向18nm艱難挺進(jìn)，臺(tái)灣廠商除南亞科外仍主要采用38nm制程。制程推進(jìn)放緩和存儲(chǔ)密度增速降低直接導(dǎo)致DRAM綜合位元供給增速下降。
產(chǎn)量方面，全球DRAM產(chǎn)能和投片量在2010年—2013年間有一陣明顯的洗牌。 2010年40nm制程DRAM產(chǎn)品開始進(jìn)入主流市場(chǎng)，在隨后三年里制程工藝前沿快速提升到20nm。2013—2017年從供給端來看是一個(gè)產(chǎn)能的平臺(tái)期，總體產(chǎn)能穩(wěn)定，20nm制程占比逐步提升。DRAM價(jià)格在這一時(shí)期先抑后揚(yáng)，主要是在消化前期制程提升帶來的豐富供給。
2018年，三星擴(kuò)產(chǎn)8%，海力士無錫廠也小幅擴(kuò)產(chǎn)，快速填補(bǔ)需求缺口，景氣行情終結(jié)。但是之后除海力士外其他大廠商均無大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，總體年投片量增幅在3%~5%之間。
2020年后5G和AI的普及和應(yīng)用將成為拉動(dòng)半導(dǎo)體需求的重要力量，同時(shí)下一代DRAM制程也將開始普及，整個(gè)DRAM市場(chǎng)供需關(guān)系會(huì)更加復(fù)雜，但規(guī)?？傮w向上的趨勢(shì)是確定的。
因此，國(guó)泰君安電子團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，今明兩年會(huì)是一個(gè)投片量、制程水平的雙重平臺(tái)期，預(yù)計(jì)需求增速的反超會(huì)在2019年消化庫存，2020年前后DRAM位元供求會(huì)重新達(dá)到平衡。
從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)來看，存儲(chǔ)器行業(yè)科技含量高，高昂的研發(fā)成本使得資本支出大且增速高于其他行業(yè)，從而壟斷格局牢固，巨頭優(yōu)勢(shì)下馬太效應(yīng)愈演愈烈。
三星鎂光、海力士三巨頭已經(jīng)在DRAM領(lǐng)域形成了“高市占率→高營(yíng)業(yè)額→研發(fā)投入大→技術(shù)領(lǐng)先→搶占市場(chǎng)”的良性循環(huán)。
那么在這樣的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境之下，中國(guó)作為存儲(chǔ)行業(yè)的后起之秀，要如何把芯片國(guó)產(chǎn)化的道路走通走順？
縱觀中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈，短短四十年，從自主研發(fā)到技術(shù)引進(jìn)再到兼?zhèn)涫召?gòu)，“七五”期間我國(guó)集成電路技術(shù)“531”發(fā)展戰(zhàn)略成功研制了中國(guó)人第一塊64k DRAM、“八五計(jì)劃”時(shí)期的“908工程”和“九五計(jì)劃”時(shí)期的“909”計(jì)劃分別孕育了無錫華晶電子以及上海華虹微電子兩大晶圓廠，中國(guó)資本先后收購(gòu)奇夢(mèng)達(dá)科技（西安）有限公司填補(bǔ)國(guó)內(nèi)DRAM設(shè)計(jì)空白，以及海外DRAM廠商ISSI實(shí)現(xiàn)資本化都為中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈填上了濃墨重彩的一筆。
2014年以后，隨著集成電路產(chǎn)業(yè)逐漸成為經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)升級(jí)的重點(diǎn)發(fā)展方向，關(guān)注度和資金紛至沓來，中國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)正式進(jìn)入IDM時(shí)代。代表企業(yè)合肥長(zhǎng)鑫在元件、光罩、設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試領(lǐng)域都積累了許多的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)保持高速發(fā)展，并不斷加強(qiáng)尋求向更高附加值的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。疊加國(guó)家安全等因素，將IC國(guó)產(chǎn)化進(jìn)一步提升到到一個(gè)新的高度。
縱觀半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展史，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了從美國(guó)轉(zhuǎn)移至日本、日本轉(zhuǎn)移至臺(tái)灣、韓國(guó)之后向中國(guó)大陸的遷移。
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