存储器原理及分类


原理:存储器通过使用地址编址和电子静态存储技术实现存储和读取数据,通常被组织成一个二维矩阵,其中的每个单元称为一个存储位置。在计算机需要读取或写入数据时,向存储器发送地址信号,通过数据总线与存储器进行数据的传输。
分类:存储器按存储介质可以分为光学存储器、半导体存储器以及磁性存储器。其中半导体存储器主要基于半导体技术,通过电线控制电信号的流量来存储和读取数据。
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半导体存储器按照掉电后数据是否保存,分为易失性存储和非易失性存储。易失性存储主要以随机存储器RAM为主,分为SRAM和DRAM两类,SRAM(静态随机存储器)不需要周期性地刷新,速度比较快,但成本也较高,是利基产品。DRAM(动态随机存储器)需要周期性地刷新,它的速度较慢,但成本较低。目前市场上主流RAM产品是DDR4,广泛应用于个人电脑、服务器等计算机系统。
非易失性存储最常见的是NAND Flash和NOR Flash。NAND Flash是Flash存储器主流产品,占据近95%市场份额,具有容量大、成本低、速度快等优势,广泛应用于消费类电子产品,如手机、平板电脑、数码相机等。NOR Flash主要优点是读写速度快,主要应用于特殊用途设备,如军事、航空航天、工业控制。

产业链分析

1、产业链概况
存储产业链分为四个环节,存储晶圆颗粒、主控芯片制造、封装测试及模组厂商集成。存储晶圆颗粒是存储器核心部分,存储产品中的所有数据和信息均存储在晶圆颗粒中,主控芯片是存储器的控制中心,负责存储器的读写操作,封装测试是将存储晶圆颗粒和主控芯片封装在一起,并对整个存储器进行测试和调试,模组厂商集成将存储器与其他电子组件组合在一起,形成最终产品。
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2、存储晶圆在存储器成本中占比较高,受技术迭代、上游晶圆原厂产能扩张影响较大
存储晶圆在存储器的成本中占比较高,故存储器的价格变动趋势一般与存储晶圆的价格变动相一致。同时,存储器价格的上涨可能导致存储器下游客户短期内加大采购量,价格下跌可能导致下游客户短期内减少采购量,从而对存储器的供需产生影响,导致存储器的市场价格波动幅度高于上游存储晶圆市场价格的波动。
存储晶圆的价格主要受存储技术迭代、上游晶圆原厂产能扩张的影响。若出现新的存储技术,将有效降低存储晶圆单位容量的成本,价格也将大幅下降;上游存储原厂增加资本支出扩张产能,导致供过于求,存储晶圆的市场价格亦呈下降趋势。短期来看,存储晶圆的市场价格主要受下游需求波动,或者由于不可抗力等导致的短期供应波动的综合影响。

(1)晶圆制造
晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种,然后慢慢拉出,形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨,抛光,切片后,形成硅晶圆片,也就是晶圆。国内晶圆生产线以8英寸和12英寸为主。
晶圆的主要加工方式为片加工和批加工,即同时加工1片或多片晶圆。随着半导体特征尺寸越来越小,加工及测量设备越来越先进,使得晶圆加工出现了新的数据特点。同时,特征尺寸的减小,使得晶圆加工时,空气中的颗粒数对晶圆加工后质量及可靠性的影响增大,而随着洁净的提高,颗粒数也出现了新的数据特点。
近年,中国大陆地区晶圆产能得到了快速增长,但在单位时间产量方面仍落后于中国台湾地区、韩国和日本。2021年,中国大陆地区占全球晶圆代工厂市场份额为8.5%,同比增长11.8%。2021Q4全球前十大晶圆代工厂中,大陆地区厂商占据三家,中芯国际、华虹半导体、晶合集成分别占据第五、第六、第十位。2021年我国晶圆代工市场规模为2862亿元,同比增长11.8%。
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据统计,中国目前共有23座12英寸晶圆厂正在投入生产,总计月产能约为104.2万片,与总规划月产能156.5万片相比,这些晶圆厂的产能装载率仅达到66.58%,仍有较大扩产空间。
为补足产能,预计未来五年中国还将新增25座12英寸晶圆厂,这些晶圆厂总规划月产能将超过160万片。截至2026年底,中国12英寸晶圆厂的总月产能将超过276.3万片,相比目前提高165.1%。

(2)封装测试
半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装主要起到保护芯片、支撑芯片、将芯片电极与外界电路连通及保证芯片的可靠性等作用。半导体封装测试工艺流程包括磨片、划片、装片、固晶、塑封等多个环节。
目前国内能提供先进封装服务的主要封测厂商产品侧重各不相同,区别也较大。长电科技、华天科技通富微电封装测试的应用范围涉及广泛,几乎包括半导体行业的全品类芯片封测,其中先进封装业务主要由各自旗下子公司开展,如国内第一,全球第三的封测大厂长电科技的晶圆级封装技术是指WLP晶圆级封装,使用Bumping工艺。
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3、下游应用领域持续拓展,呈蓬勃发展态势
其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。
随着一系列国家战略的持续深入实施,下游制造业的升级换代进程加快,其中消费电子、云计算、大数据、物联网、汽车电子等存储器应用的重要领域维持较快增速。下游市场处于蓬勃发展的态势,直接推动存储器产业链的持续扩张,有利于维持存储器行业需求端的规模增长。

供需格局

自2022年2月下旬以来,存储行业已经历超13个月的下行期;需求端,尽管PC、手机等出货量仍处于低迷状态,但随着数据量的爆发式增长,单机存储需求量仍在逐年攀升,预计2023年存储位元需求仍呈增长之势;供给端,原厂缩减资本开支、降低产能利用率,行业库存持续去化,本轮存储供过于求的局面将逐步缓解,存储价格有望于2023H2触底,存储底部渐近,复苏可期。

来源:投研锋向