是什么導(dǎo)致存儲器需求下降？

2021年新冠疫情告一段落，半導(dǎo)體行業(yè)開始陷入衰退。

NHK新聞報道稱，豐田、電裝、索尼集團、NTT、NEC、軟銀、鎧俠、三菱日聯(lián)銀行等八家公司成立了一家新的半導(dǎo)體公司“Rapidus”。據(jù)報道， 2027年，將在2nm工藝節(jié)點量產(chǎn)先進邏輯半導(dǎo)體。

筆者聽到這個消息后退縮了，心想這已經(jīng)不是什么令人憤慨的事了。因為這是一個“不可能完成的任務(wù)”。

第一，2nm邏輯半導(dǎo)體誰設(shè)計，誰開發(fā)工藝，誰量產(chǎn)？投資公司中有兩家半導(dǎo)體制造商。但是，生產(chǎn) CMOS 圖像傳感器的索尼將要附加到傳感器的邏輯半導(dǎo)體的生產(chǎn)外包給臺積電。此外，生產(chǎn)NAND閃存的鎧俠將SSD存儲設(shè)備所必需的控制器的設(shè)計和生產(chǎn)外包。它仍然由臺積電生產(chǎn)。

也就是說，聚集在Rapidus的8家公司中，并不包括有能力設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)邏輯半導(dǎo)體的半導(dǎo)體廠商。而在日本，九代以前只有40nm級別的工程師。Rapidus 打算在哪里以及如何聚集工程師來開發(fā) 2nm？

01、難以部署和處理 EUV

決定性的問題在于，2nm邏輯半導(dǎo)體量產(chǎn)所必需的尖端EUV（極紫外）曝光設(shè)備（以下簡稱EUV）無法立即獲得，即使獲得也非常困難。很難處理。EUV 只能由荷蘭的 ASML 生產(chǎn)，尖端半導(dǎo)體制造商的需求量很大，聽說目前有 100 臺的等待名單。Rapidus 還表示，EUV 將在兩年后，即 2024 年底上市。

此外，掌握EUV相當困難。目前領(lǐng)先的臺積電在2018年實踐了100萬張EUV曝光，2019年首次量產(chǎn)7nm+孔EUV。之后，2020年推出了將EUV應(yīng)用于布線的5nm，但目前3nm的推出舉步維艱。

三星電子因為晶圓代工廠規(guī)模小，所以租下了龐大的DRAM廠的一部分來練習(xí)EUV曝光30萬到40萬張，但似乎還不夠，7nm和5nm的良率也很低。更糟糕的是，它傳聞3nm這邊的尖端已經(jīng)無藥可救了，他們正在為2nm修煉。

2021年推出EUV的Intel，聽說計劃在2022年首次應(yīng)用EUV的技術(shù)節(jié)點“Intel 4”生產(chǎn)的處理器“Meteor Lake”開局不佳，出貨量2023年也比較可疑。（此事與本文主題直接相關(guān)。）

就這樣，領(lǐng)先的半導(dǎo)體制造商都在努力推出使用 EUV 的尖端半導(dǎo)體。在這種情況下，無論怎么想，對于只有40nm水平能力的日本來說，跨過32nm、28nm、22nm、16/14nm、10nm、7nm、5nm、3nm并開始大量研制都是不合適的。

02、雷曼沖擊相提并論的存儲器衰退

關(guān)于Rapidus筆者想說的很多（比如2nm是干什么用的？），但是這篇文章的主題不是Rapidus。這不是一個夢幻般的故事，而是要應(yīng)對擺在面前迫在眉睫的半導(dǎo)體衰退。

事實上，筆者淡淡地想到了最近半導(dǎo)體需求的下降，說：“關(guān)于經(jīng)濟衰退，經(jīng)濟衰退有很多大驚小怪，但無論如何不會有什么大不了的，筆者相信它會很快恢復(fù)。” 然而，當筆者分析 2022 年 11 月上旬到達的世界半導(dǎo)體市場統(tǒng)計數(shù)據(jù) (WSTS) 的數(shù)據(jù)時，筆者的臉色變得蒼白。當前的經(jīng)濟衰退有可能與雷曼兄弟沖擊一樣嚴重，甚至更糟。在這篇文章中，筆者想討論細節(jié)。

03、全球半導(dǎo)體出貨量和出貨量

圖2顯示了世界半導(dǎo)體的季度出貨值和出貨數(shù)量，出貨金額和出貨數(shù)量將在2021年下半年達到峰值。

圖2：世界半導(dǎo)體季度出貨值和出貨量（至2022年Q3）?

來源：作者根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)制作

從2015年開始的擴張來看，可以看到出貨量將在2021年第三季度（Q3）達到峰值，出貨量將在同年第四季度達到峰值（圖3）。但此后的下跌似乎并沒有那么糟糕。

圖3：世界半導(dǎo)體季度出貨額和出貨量（2015-2022 Q3）

來源：作者根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)制作

看圖4所示的3個月移動平均同比增長率，確實2022年9月的出貨數(shù)量為-5.8%，出貨金額為-2.8%，較之前有所下降年。它沒有像當時那樣下跌超過負 30%。筆者認為這沒什么大不了的。

圖4：全球半導(dǎo)體出貨金額及出貨量3個月移動平均值同比增幅?

來源：作者根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)制作

05、按類型分列的半導(dǎo)體季度出貨量

當筆者繪制按類型劃分的半導(dǎo)體季度出貨值圖表時，筆者感到非常驚訝（圖 5）。包括DRAM和NAND在內(nèi)的Mos Memory大跌。就Mos Memory而言，跌幅比雷曼沖擊還要慘。也可能比存儲器泡沫破滅時更糟糕。

圖 5：按類型分列的半導(dǎo)體季度出貨量（截至 2022 年第三季度）

來源：作者根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)創(chuàng)建

回顧2015年之后的這段時間，內(nèi)存泡沫也被稱為“超級周期”，從2016年Q2開始，2018年Q3見頂，2019年Q1觸底（圖6）。不過，觸底的2019年Q1的Mos Memory出貨值并未跌至2016年Q2的水平。如紅色波浪線所示，Mos Memory有一定的增長潛力，恰好落在了增長潛力的延伸上。

圖 6：按類型分列的半導(dǎo)體季度出貨量（2015 年第一季度至 2022 年第三季度）

來源：作者根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)創(chuàng)建

在需求崩潰的情況下并非如此。由于新冠特殊需求，增長從2020年Q4開始，2021年Q3見頂，2022年Q2-Q3急劇回落。2022 年第三季度的出貨量下降到與新冠特殊需求開始時的 2020 年第四季度幾乎相同的水平。就像內(nèi)存泡沫破滅的時候，不是在某個增長率的延伸上，而是已經(jīng)跌破那個了。而在 2022 年第四季度之后，它可能會進一步下降。

在 Mos Memory 之外，Mos Micro 分別在 2021 年第四季度和 Logic 在 2022 年第二季度達到頂峰。畢竟，在 2022 年第三季度，Analog 是唯一一家增長的公司。

06、按類型分列的半導(dǎo)體季度出貨量

接下來，按類型查看半導(dǎo)體的季度出貨量（圖 7）。雖然沒有出貨量那么多，但Mos Memory的跌幅似乎是最嚴重的。另外，Logic和Mos Micro都已經(jīng)見頂，和出貨量一樣，只有Analog在增長。

圖 7：按類型分列的半導(dǎo)體季度出貨量（截至 2022 年第三季度）

來源：作者根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)創(chuàng)建

看2015年以后的擴張，Mos Memory在2021年Q3見頂，Mos Micro在同年Q4見頂，Logic在2022年Q2見頂，只有Analog在階梯式增長（圖8）。

圖 8：按類型分列的半導(dǎo)體季度出貨量（2015 年第一季度至 2022 年第三季度）

來源：作者根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)制作

據(jù)報道，許多半導(dǎo)體的短缺問題已經(jīng)得到解決，導(dǎo)致供過于求，但只有車載半導(dǎo)體的短缺問題沒有得到解決。缺失的車載半導(dǎo)體似乎是Analog，唯一繼續(xù)增長的。該模擬包括傳感器和功率半導(dǎo)體。這些仍然短缺，人們認為汽車的產(chǎn)量正在持續(xù)下降。

下面重點關(guān)注Mos Memory中的DRAM和NAND，出貨量和出貨數(shù)量都出現(xiàn)了暴跌。

07、DRAM 季度出貨量和出貨量

圖 9 顯示了 DRAM 出貨價值和出貨量的季度趨勢。這張圖讓筆者思考。2022 年第三季度出貨量的急劇下降是可以理解的。但是，沒想到連出貨量都降得這么厲害。

圖 9：各季度 DRAM 出貨價值和出貨量趨勢（截至 2022 年第三季度）

來源：作者根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)制作

DRAM的出貨量有以下歷史背景。首先，它從 1991 年到 2003 年左右略有增加。然而，從2003年到2011年，出貨量增長迅速。這是因為中國等被稱為金磚四國的發(fā)展中國家實現(xiàn)了經(jīng)濟發(fā)展，PC、手機和各種電子產(chǎn)品對DRAM的需求迅速擴大。

不過，從2011年到2018年，每季度DRAM出貨量穩(wěn)定在40億顆左右。這是因為很多現(xiàn)有的DRAM廠商已經(jīng)被淘汰，而自從爾必達內(nèi)存在2012年破產(chǎn)被美國美光科技收購后，DRAM廠商基本上就是三星、SK海力士和美光了。相信這是由于合并公司。筆者推測，這3家公司在合并的基礎(chǔ)上進行了生產(chǎn)調(diào)整，導(dǎo)致DRAM出貨數(shù)量趨于平穩(wěn)。

不過，自2019年以來，DRAM出貨量逐年上升，達到約55億顆。直到 2014 年左右，DRAM 的主要用途是用于 PC。2015年后，手機（即智能手機）成為DRAM的主角。預(yù)計2022年后，服務(wù)器用DRAM將取代移動設(shè)備，成為DRAM的主戰(zhàn)場（圖10）。

圖 10：DRAM 各應(yīng)用產(chǎn)量（單位：100 萬片換算為 2Gb）

來源：TrendForce

事實上，根據(jù) Business Korea 于 2022 年11 月 2 日發(fā)布的“服務(wù)器 DRAM 成為三星電子和 SK 海力士的搖錢樹”，到 2022 年服務(wù)器 DRAM將達到 684.86 億千兆比特，而移動 DRAM 將達到 662.72 億千兆比特。據(jù)報道，已超出使用范圍。

隨著DRAM的主戰(zhàn)場轉(zhuǎn)向服務(wù)器用，三星、SK海力士、美光放棄“暗中勾結(jié)”，開始爭奪服務(wù)器用量霸主地位。因此，人們認為2019年后DRAM的出貨量會有所增加。

作為這一點的證據(jù)，如圖 11所示，在內(nèi)存衰退期間或新冠風(fēng)暴期間，DRAM 出貨量并未顯著減少。但是，從2022年第二季度（53.35億件）到第三季度（44.84億件），在新冠特殊需求崩潰后，將減少8.51億件。這讓筆者很吃驚。正因為如此，筆者開始認為當前半導(dǎo)體行業(yè)的衰退可能與雷曼兄弟沖擊一樣嚴重，甚至更糟。

圖 11：DRAM 季度出貨值和出貨量（2015 Q1 至 2022 Q3）

來源：作者根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)制作

08、NAND 季度出貨量和單位

圖 12 顯示了季度 NAND 出貨價值和出貨量。與 DRAM 一樣，2022 年 Q2 到 Q3 出貨量和出貨量都將大幅下降。然而，與 DRAM 不同的是，NAND 出貨量在 2021 年第三季度見頂，目前已經(jīng)開始大幅下滑。

圖 12：季度出貨價值和 NAND 出貨數(shù)量（截至 2022 年第三季度）

來源：作者根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)制作

來看看從 1991 年第一季度到 2022 年第三季度的 NAND 出貨量。從 2003 年左右到 2016 年左右，NAND 出貨量幾乎呈線性增長。這是因為NAND這種非易失性存儲器相繼開辟了新的市場，如數(shù)碼相機、手機、音樂播放器“iPod”、PC用SSD等。

自2016年以來，NAND出貨量增長停滯在30億片左右。筆者認為這是因為 NAND 從這個時候開始就已經(jīng)變成了 3D。2016年之前，二維微型化提高了存儲單元的集成度，縮小了NAND的芯片面積，增加了單晶圓可獲得的NAND數(shù)量。

不過，從2016年開始，提高存儲單元集成度的方法已經(jīng)從二維小型化轉(zhuǎn)變?yōu)槿S堆疊。NAND層數(shù)因此增加到48、64、96（92）、128（112）、176（162）層，但NAND芯片面積變化不大。因此，自 2016 年以來，NAND 的出貨量并沒有太大的增長。

細看2015年Q1至2022年Q3期間，NAND出貨量在2016年Q2至2018年Q3波動中逐漸增加，隨著內(nèi)存衰退的到來將大幅減少（圖13）。內(nèi)存衰退恢復(fù)期間，有新冠動蕩，又會下降。這些下降的行為似乎比 DRAM 的波動幅度更大。

圖 13：NAND 季度出貨值和出貨量（2015 Q1 至 2022 Q3）

來源：作者根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)制作

2021年Q3，新冠特殊需求結(jié)束，NAND出貨量將見頂，從2022年Q2（30.18億顆）到Q3（23.04億顆）減少7.14億顆。

到目前為止，已經(jīng)分析了由于疫情導(dǎo)致的特殊需求結(jié)束后 DRAM 和 NAND 的行為，特別關(guān)注出貨量。對于這兩種內(nèi)存，2022 年 Q2 到 Q3 的出貨價值和出貨數(shù)量都在直線下降。那么 DRAM 和 NAND 的價格如何變化？

09、DRAM區(qū)塊交易價格

圖14顯示了各種類型DRAM的合同價格變化。DDR4_16G 的價格從 2021 年 9 月開始出現(xiàn)在 DRAM 大宗交易價格數(shù)據(jù)中，2022 年 10 月從 8.45 美元暴跌至 4.55 美元。另外，2021年12月開始貼牌的DDR5_16G價格從10.24美元暴跌至5.06美元，跌幅不到一半。

圖14：大規(guī)模DRAM交易價格（2016年-2022年10月）

來源：作者根據(jù)DRAMeXchange數(shù)據(jù)制作

DDR是Double-Data-Rate的縮寫，DDR4的傳輸速度是DDR3的兩倍，最新的DDR5的傳輸速度是DDR4的兩倍。

當存儲器泡沫破滅時，那肯定是可怕的。當時作為指標的DDR4_8G（1G x 8）合同價從2018年8月的8.19美元跌至2019年10月的2.81美元。當前新冠特殊需求結(jié)束時DRAM價格的下跌可能比內(nèi)存泡沫破滅時“好”一些，但仍然很糟糕。

10、NAND價格

圖 15A顯示了筆者可用的所有 NAND 的合同價格。在NAND合約價中，SLC的32G、16G不知何故高于MLC(Multi Level Cell)的128G、64G、32G。當內(nèi)存泡沫破滅時，其 SLC 從 2017 年 11 月的 17.78 美元跌至 2019 年 5 月的 9.4 美元。在這次新冠特殊需求結(jié)束時，它從 2022 年 5 月的 13.15 美元跌至 2022 年 10 月的 11.83 美元。如此看來，新冠特殊需求的下降似乎沒有存儲器泡沫那么嚴重。不過目前NAND的主流并不是SLC。

圖15：大尺寸NAND成交價格（2016年-2022年10月）

來源：作者根據(jù)DRAMeXchange數(shù)據(jù)制作

因此，在圖 15B 中，筆者們排除了合同價格較高的 SLC_32G 和 SLC_16G。其中，MLC_128G常用作NAND價格指標。當內(nèi)存泡沫破滅時，MLC_128G 價格從 2018 年 5 月的 5.6 美元跌至 2019 年 6 月的 3.93 美元。另一方面，當新冠特殊需求結(jié)束時，它從 2022 年 5 月的 4.81 美元跌至 2022 年 10 月的 4.14 美元。合同價格肯定會下降，但不會像崩盤那么糟糕。

不過目前NAND的主流是3D NAND的TLC(Triple Level Cell)，而不是MLC_128G。不幸的是，筆者不知道與 DRAMeXchange 有合同的白銀會員級別的 3D NAND 的 TLC 合同價格（每年仍然是 300,000 日元）。但是，以筆者的排名，筆者可以知道 3D NAND TLC (1 Terabit) 的 Spot 價格。

圖 16 顯示了 3D NAND 的 TLC (1Tb) 的現(xiàn)貨價格變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2022 年 6 月 23 日為 19.4 美元的現(xiàn)貨價格在 2022 年 9 月 13 日暴跌至 12.83 美元?；蛟S3D NAND的TLC(1Tb)合約價也這么崩？