NOR Flash行業(yè)趨勢分析 淺談NOR Flash原理及性能

本文主要是關(guān)于NOR Flash的相關(guān)介紹，并著重對NOR Flash的原理性能及其行業(yè)趨勢進(jìn)行了詳盡的闡述。

NOR Flash

它是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)之一。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR Flash 技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲器）和EEPROM（電可擦只讀存儲器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND Flash 結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。NOR Flash 的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP ，eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。NAND的結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的寫入速度比NOR快很多，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮這些情況?！?a target="_blank">ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)從入門到精通》 李亞峰 歐文盛 等編著 清華大學(xué)出版社 P52 注釋 API Key。

性能比較

flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。

由于擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。

執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距，統(tǒng)計(jì)表明，對于給定的一套寫入操作（尤其是更新小文件時），更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲解決方案時，設(shè)計(jì)師必須權(quán)衡以下的各項(xiàng)因素。

l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。

2、 NAND的寫入速度比NOR快很多。

3 、NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。

4 、大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。

5 、NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。

此外，NAND的實(shí)際應(yīng)用方式要比NOR復(fù)雜的多。NOR可以直接使用，并可在上面直接運(yùn)行代碼；而NAND需要I/O接口，因此使用時需要驅(qū)動程序。不過當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)對NAND結(jié)構(gòu)的Flash都有支持。此外，Linux內(nèi)核也提供了對NAND結(jié)構(gòu)的Flash的支持。

詳解

NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經(jīng)過了十多年之后，仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。

像“flash存儲器”經(jīng)常可以與相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存只是用來存儲少量的代碼，這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。

NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP， eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。

NOR Flash行業(yè)趨勢分析

1汽車與工控拉動2016 趨勢反轉(zhuǎn)

從各方面驗(yàn)證，2016年是NOR的拐點(diǎn)。首先，NOR市場為什么過去持續(xù)下跌？一方面是NAND由于更高的性價比在智能機(jī)領(lǐng)域替代NOR，另一方面是功能機(jī)出貨持續(xù)下滑。但目前情況是NAND替換已經(jīng)完成，在智能機(jī)應(yīng)用穩(wěn)定在ISP、TDDI、AMOLED等領(lǐng)域以及低端功能機(jī)，而功能機(jī)領(lǐng)域還有較大市場且增速的下滑也已經(jīng)趨于平緩。根據(jù)Gartner，2016年功能機(jī)出貨3.96億部，同比增速-5.71%，遠(yuǎn)小于過去幾年兩位數(shù)以上的衰退，其背后原因是由于收入結(jié)構(gòu)與人口結(jié)構(gòu)等因素影響，仍有較多地區(qū)以功能機(jī)為主，根據(jù)PEW研究，東南亞、印度、非洲與日本（由于人口老齡化影響）智能手機(jī)普及率僅有20%、17%、10%與39%（全球平均水平是43%）。因此對于功能機(jī)，我們預(yù)計(jì)仍有3億部左右的筑底市場存在，對應(yīng)25%的下降空間，預(yù)計(jì)未來幾年功能機(jī)下滑速度持續(xù)在10%以內(nèi)。

傳統(tǒng)功能機(jī)市場下滑明顯趨緩的同時，工控與汽車等新應(yīng)用在強(qiáng)勢崛起。華邦電汽車和工用占比從2012年2%迅速提升至2016年18%。而旺宏汽車和工控占比也從09年的不到3%一路提升至16年的20%，復(fù)合增長率達(dá)39.08%。而根據(jù)CYPRESS，專用于ADAS系統(tǒng)NOR市場也預(yù)計(jì)將從2016年的0.28億美元增長至2021年的1.21億美元，對應(yīng)復(fù)合增長率28%。

2調(diào)高TDDI AMOLED需求拉動預(yù)期

AMOLED與TDDI對NOR Flash需求拉動可能比我們預(yù)計(jì)的更樂觀。（a）Amoled：由于亮度均勻性和殘像是AMOLED兩大難題（Mura），因此需要通過外部驅(qū)動電路感知像素的電學(xué)或光學(xué)特性然后進(jìn)行補(bǔ)償（De-mura），而由于De-mura編碼整合進(jìn)入驅(qū)動IC成本過高，因此需要外掛一顆8Mb（Full HD）或32Mb（QHD）的NOR Flash，目前為三星供應(yīng)NOR的主要為臺資廠商旺宏和華邦電，而旺宏是蘋果獨(dú)家供應(yīng)商，一顆單價約為0.2-0.5美元，我們測算17/18年新市場空間1.90/2.4億美元。（b）TDDI：TDII是將觸控與顯示驅(qū)動芯片集成。根據(jù)Synaptics，2017/2018年全球TDDI銷量3.8/5.3億顆，對應(yīng)市場0.38/0.53億美元。（c）eflash滲透率：在我們原先假設(shè)中，考慮到eFlash（嵌入式NOR）是趨勢，因此18/19/20年按照20%/50%/70%假設(shè)eflash占比，但由于面積和成本，以及高低壓制程不兼容（eflash運(yùn)行在12V，而驅(qū)動IC運(yùn)行在28V）等因素，我們進(jìn)一步調(diào)低eflash 18/19/20比率至0%/5%/15%，同時假設(shè)17/18/19/20年NOR的平均價格漲幅為30%/10%/-10%/-10%，對應(yīng)17/18/19/20年新增市場規(guī)模2.98/4.50/5.09/5.42億美元（由于17年OLED用NOR一大增量來自于蘋果新款手機(jī)，預(yù)計(jì)蘋果機(jī)相對安卓機(jī)零部件價值量高，因此17年OLED用NOR相對16年實(shí)際提價假設(shè)43%）。

3市場未來預(yù)計(jì)維持二位數(shù)增長

在傳統(tǒng)應(yīng)用下滑趨勢減緩，汽車、工控、AMOLED與TDDI等新應(yīng)用強(qiáng)勢拉動的背景下，預(yù)計(jì)17~2020年NOR Flash市場復(fù)合增長率15.74%，至2020年市場規(guī)模有望達(dá)到47.68億美元。

中性預(yù)期下未來幾年產(chǎn)能小幅穩(wěn)健提升

從供給角度整體收縮，美光逐步退出市場，CYPRESS退出中低容量，臺系與大陸廠商進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)。中性預(yù)期下我們預(yù)計(jì)17/18/19年全球NOR的產(chǎn)能在20.16/22.95/25.98萬片/月，YOY分別為-5.81%/13.84%/13.22%。

美光已經(jīng)停產(chǎn)其生產(chǎn)NOR的8寸產(chǎn)線，對應(yīng)月產(chǎn)能2萬片/月，而我們預(yù)計(jì)其另一條月產(chǎn)能1.2萬片/月，生產(chǎn)汽車和工控產(chǎn)品的12寸線也有可能在未來幾年退出。

另一方面，CYPRESS近期也宣布持續(xù)退出中低容量的NOR，轉(zhuǎn)而專注汽車與工控領(lǐng)域。2017年的CYPRESS分析師見面會， CEO Hassane El-Khoury聲明公司NOR的目標(biāo)是維持毛利率在50%，而傳統(tǒng)應(yīng)用毛利率普遍在25%左右（兆易創(chuàng)新存儲部分2016年毛利率25%；旺宏2016年毛利率24 %），因此公司將會專注于汽車與工控等高端市場。CYPRESS此前已經(jīng)退出部分傳統(tǒng)市場，對應(yīng)8000萬美元的市場規(guī)模，預(yù)計(jì)未來2-4年將會將其產(chǎn)能減少至50%以下。

根據(jù)Trend Force，2016年CYPRESS市占率25%，美光市占率18%，綜合CYPRESS和美光信息，不考慮美光12寸線的退出，預(yù)計(jì)未來3-4年將會有12%~20%的供給空缺出現(xiàn)，且預(yù)計(jì)主要的產(chǎn)能收縮出現(xiàn)在頭兩年（盡管美光是出賣設(shè)備，但是預(yù)計(jì)如果是新的進(jìn)入者接手設(shè)備，預(yù)計(jì)需要4年以上時間大規(guī)模達(dá)產(chǎn)，如果是市場傳統(tǒng)玩家，也需要1年半以上時間）。而另一方面，***和大陸預(yù)計(jì)未來將會持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，搶占市場。根據(jù)華邦電、旺宏、力晶等，臺系大廠未來幾年都有明確的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，其中力晶甚至?xí)鸩綄CD驅(qū)動IC轉(zhuǎn)移至合肥廠生產(chǎn)，空余產(chǎn)能生產(chǎn)NOR，最高產(chǎn)能高達(dá)2.4萬片/月（12寸）。而對于大陸NOR擴(kuò)產(chǎn)，我們持有謹(jǐn)慎關(guān)注態(tài)度，與競爭對手不同，國內(nèi)NOR生產(chǎn)主要由代工廠生產(chǎn)，而NOR一般是毛利率最低的產(chǎn)品，代工廠一般不會主動加大NOR的產(chǎn)能，另一方面國內(nèi)NOR大廠武漢新芯上游硅片受到日系廠商限制，預(yù)計(jì)今明兩年對大陸NOR總供給產(chǎn)生影響。因此，綜合以上信息，假定不存在新的進(jìn)入者，中性預(yù)期下我們預(yù)計(jì)17/18/19年全球NOR的產(chǎn)能在20.16/22.95/25.98萬片/月，YOY分別為-5.81%/13.84%/13.22%。

供不應(yīng)求可能成為常態(tài)，缺口有望維持至19年

117年缺口13.40%，且有拉大趨勢

將2016年作為供求平衡年，設(shè)為基數(shù)100，綜合供需兩方面因素，未來幾年NOR Flash供不應(yīng)求可能是一種常態(tài)，17年缺口預(yù)計(jì)13.40%，且有加大趨勢。

2大陸存儲雄心勃勃，不容忽視的不確定性

與海外不同的是，大陸的NOR Flash產(chǎn)業(yè)目前以Fabless為主，目前生產(chǎn)掌握在武漢新芯和中芯國際等晶圓廠手中，并且政府已經(jīng)變成強(qiáng)勢主導(dǎo)地位，一個可能的問題的是，國家平臺（紫光系）或者地方平臺（福建、合肥）未來是否會進(jìn)入這個市場？倘若進(jìn)入，對市場沖擊幾何？

我們的觀點(diǎn)是預(yù)計(jì)國家或者地方平臺不會進(jìn)入該市場，即使進(jìn)入，2020年前也可能不會改變供不應(yīng)求的基本局面。首先，政府平臺主要目標(biāo)是在DRAM/NAND等主流市場實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，而不是進(jìn)入大陸已經(jīng)占有優(yōu)勢的NOR；其次，相對于動輒300億美元的DRAM/NAND，NOR的市場太小了不足以容納百億美元以上投資的地方隊(duì)和國家隊(duì)，所以我們預(yù)計(jì)國家或地方平臺不會進(jìn)入該市場。倘若進(jìn)入，預(yù)計(jì)19年大陸實(shí)現(xiàn)10萬片/月的產(chǎn)能才能實(shí)現(xiàn)供求平衡，而16年產(chǎn)能45萬片，17年由于硅片緊張預(yù)計(jì)產(chǎn)能收縮。因此我們認(rèn)為即使考慮新的進(jìn)入者或大陸擴(kuò)產(chǎn)，在此情況下預(yù)計(jì)產(chǎn)能缺口仍將有望延續(xù)至2019年（對應(yīng)于圖9的虛線預(yù)測，19年達(dá)到平衡條件是大陸總產(chǎn)能達(dá)到9萬片/月，預(yù)計(jì)對應(yīng)17年~19年產(chǎn)能復(fù)合增長率69%）。

標(biāo)的分析：推薦大陸與臺系優(yōu)質(zhì)公司

從市場角度來看，旺宏、兆易創(chuàng)新等都將受益于行業(yè)變化。

1兆易創(chuàng)新（603986.SH）：A股唯一存儲器標(biāo)的，股價已跌至定增價

公司是三大確定性市場唯一標(biāo)的。公司是大陸NOR Flash龍頭，也是A股唯一存儲標(biāo)的，全球市占率7%；在MCU領(lǐng)域，公司定位32位MCU且業(yè)績飛速提升；同時公司外延并購汽車芯片龍頭ISSI。收購?fù)瓿珊?，兆易?chuàng)新成為了A股唯一純正存儲器設(shè)計(jì)公司、A股唯一汽車芯片領(lǐng)域公司，以及A股唯一經(jīng)營高端MCU業(yè)務(wù)的公司。

公司作為A股NOR Flash龍頭，預(yù)計(jì)深度受益漲價潮。公司過去幾年業(yè)績實(shí)現(xiàn)快速成長，13-16年歸母凈利潤復(fù)合增長率37.98%，尤其是17Q1受益漲價歸母凈利同比增94.20%。作為大陸NOR Flash龍頭，預(yù)計(jì)深度受益行業(yè)趨勢變化。尤其是國內(nèi)AMOLED產(chǎn)能預(yù)計(jì)在2018年開始逐漸放量，預(yù)計(jì)對應(yīng)18/19年0.50/1.05億美金的市場規(guī)模，而兆易創(chuàng)新作為國內(nèi)最大的NOR供應(yīng)商，供應(yīng)容量偏小，有望拿到大部分市場。

目前市場對公司疑慮有二：（1）公司產(chǎn)能問題。而據(jù)我們了解產(chǎn)能問題已經(jīng)解決，武漢新芯產(chǎn)能逐步轉(zhuǎn)移至中芯國際，全年產(chǎn)能預(yù)計(jì)同比只增不減。（2）公司外延項(xiàng)目過會問題。公司本次收購是優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，并不涉及借殼上市。而且所涉及問題在預(yù)期內(nèi)，預(yù)計(jì)過會概率相對較大。即使收購ISSI出現(xiàn)問題，我們預(yù)計(jì)公司17年凈利潤4.52億元，對應(yīng)PE（2017E） 是37.61倍，而目前封測企業(yè)平均估值31.44倍，作為輕資產(chǎn)的fabless，且NOR和MCU兩大主業(yè)都保持較高增速的兆易創(chuàng)新，預(yù)計(jì)本身估值相對穩(wěn)健。且公司股價跌至定增價，外延預(yù)期已經(jīng)擠出，如果定增通過將成為較好買點(diǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)提示。過會風(fēng)險(xiǎn)，業(yè)績增長不及預(yù)期。

2旺宏（2337.TW）：12寸線爬坡價量齊升，SWTICH加持助ROM業(yè)績反轉(zhuǎn)

旺宏是非易失存儲器臺系龍頭，是全球最大的NOR和ROM（只讀存儲器）供應(yīng)商。公司成立于1989年，產(chǎn)品線以NOR，ROM，NAND和代工為主，其中NOR和ROM分別占公司16年?duì)I收58%和20%。公司一共有6寸（一廠）、8寸（二廠）、12寸（五廠），其中二廠與五廠以自產(chǎn)產(chǎn)品為主，一廠以代工PMIC和驅(qū)動芯片等為主。由于10年85億臺幣購買竹科12寸晶圓廠折舊費(fèi)龐大、NOR市場萎縮疊加價格下降， ROM業(yè)務(wù)受到任天堂3DS （2011發(fā)布） 和 WiiU （2012發(fā)布）低于預(yù)期等因素影響，公司過去幾年處于虧損狀態(tài)。

受益于公司12寸線產(chǎn)能爬坡，公司業(yè)績提升明顯，毛利率迅速恢復(fù)。過去幾年公司12寸廠處于產(chǎn)能爬坡期，從2011年17.26億新臺幣提升至128.32億新臺幣。由于產(chǎn)能爬坡，公司毛利率大幅改善，16Q3業(yè)績已經(jīng)轉(zhuǎn)虧為盈。

公司是NOR Flash龍頭，市占率25%，必將深度受益行業(yè)趨勢變化。公司16年成為全球NORFlash龍頭，市占率高達(dá)25%。公司NOR業(yè)務(wù)下游應(yīng)用以消費(fèi)為主，汽車與工控業(yè)務(wù)增長迅速，從09年的不到3%一路提升至16年的20%，復(fù)合增長率達(dá)39.08%。

SWTICH加持助ROM業(yè)績反轉(zhuǎn)。SWTICH掌機(jī)超預(yù)期大賣，而公司是ROM和NOR獨(dú)家供應(yīng)商，預(yù)計(jì)18年SWTICH銷量1800萬套，截止2020年可以達(dá)到6500萬套，4.9億枚卡帶（一枚卡帶需要一枚ROM）。公司17Q1 ROM出貨量大增，同比增800%。

風(fēng)險(xiǎn)提示。業(yè)績增長不及預(yù)期。

3華邦電（2344.TW）：受益存儲器漲價，業(yè)績釋放看新廠投產(chǎn)進(jìn)度

華邦電成立于1987年9月，是***專業(yè)從事利基型內(nèi)存IC設(shè)計(jì)、制造與銷售公司，華邦電核心產(chǎn)品包含NOR Flash、利基型DRAM及移動隨機(jī)存取內(nèi)存（Mobile DRAM）。在NOR Flash領(lǐng)域，公司16年全球市占率達(dá)17%，是臺系第二大龍頭。

進(jìn)入西門子供應(yīng)鏈，汽車/工控業(yè)務(wù)占比持續(xù)提升。由于汽車/工控市場產(chǎn)品性能重于成本，長生命周期，高毛利率，高成長性等因素，該市場成為公司業(yè)務(wù)布局重點(diǎn)，16年該業(yè)務(wù)同比成長超20%，占比從2015年11%提升至18%。公司客戶包括Bosh、大陸等全球龍頭，今年公司順利切入西門子供應(yīng)鏈，營收與毛利率有望進(jìn)一步提升。

公司新廠Fab C 17Q3投產(chǎn)，業(yè)績釋放看新廠投產(chǎn)進(jìn)度。華邦電17Q3新廠開出，新廠主要用于DRAM制程轉(zhuǎn)換（46nm轉(zhuǎn)38nm），初期以利基型DRAM為主，最大產(chǎn)能1.5萬片/月。考慮到此次是華邦電五年來首次制程微縮，以及新廠產(chǎn)能投放進(jìn)度，預(yù)計(jì)公司近兩年業(yè)績將很大取決于新廠投產(chǎn)進(jìn)度，中長期有力提升公司競爭實(shí)力。

結(jié)語

關(guān)于NOR Flash的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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