DRAM：芯片國產(chǎn)化的兵家必爭之地

2018年，中國進(jìn)口了超過900億美元的存儲芯片，這其中三星電子、SK海力士和美光電子三分天下，而國內(nèi)廠商的份額為——0%。

同年7月18日，國產(chǎn)存儲三大勢力之一的合肥長鑫正式投片，產(chǎn)品規(guī)格為8Gb LPDDR4，對于中國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，明年底合肥長鑫的產(chǎn)能最多不過2萬片晶圓/月，即便不考慮明年國際主流是LPDDR4的技術(shù)差距問題，2萬片晶圓/月的產(chǎn)能對全球每月上百萬片晶圓的產(chǎn)能來說依然是杯水車薪。

國泰君安電子團(tuán)隊(duì)對日美韓三國的DRAM研發(fā)過程進(jìn)行了復(fù)盤，并對中國在這一次產(chǎn)業(yè)變遷中可以采取的策略進(jìn)行細(xì)致展望。

芯片國產(chǎn)化中不可或缺的DRAM之戰(zhàn)，中國該如何主動出擊，又會帶來哪些投資機(jī)會？

日美韓三國演義

1969年，在諾伊斯和摩爾等初代集成電路元勛們的努力下，英特爾成功開發(fā)出第一塊存儲芯片——容量為64個字節(jié)的3101芯片。

次年，英特爾的12號員工特德.霍夫提出了一種新的設(shè)計(jì)，將DRAM存儲器單元的晶體管從四個減少到三個，成功將存儲空間提升到1024個字節(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，是第一個吃螃蟹的人。當(dāng)時(shí)個人計(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器(Eprom)到1972年世界第一塊靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SRAM)的推出，再到4K 16K，64KDRAM芯片的先后問世，在技術(shù)驅(qū)動下，存儲器容量不斷呈指數(shù)級增長。

技術(shù)的壁壘也毫無意外地帶來了壟斷，英特爾和MOSTEK等美國公司壟斷了當(dāng)時(shí)的整個市場。

然而不久之后，日本存儲產(chǎn)業(yè)的崛起就打破了原本的競爭格局。

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)品性能與美國依然有巨大差距。同期的美國存儲器已經(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)。

日本VLSI攻關(guān)項(xiàng)目的官產(chǎn)學(xué)一體模式

數(shù)據(jù)來源：產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，國泰君安證券研究

為期四年的VLSI攻關(guān)項(xiàng)目成績斐然，來自不同公司的團(tuán)隊(duì)一方面互通有無，一方面互相競爭，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，70年代末美國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。

于是，日本存儲企業(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%以上的市場份額，一舉超越美國，將英特爾逼退DRAM市場。

日美兩國的競爭，標(biāo)志著1960年代存儲器的田園時(shí)代已然結(jié)束。存儲器市場的迅速增長，快速增高了對技術(shù)、資金、市場三大要素的要求。

這樣的競爭環(huán)境讓韓國人明白，這場比賽的下半場單靠一個企業(yè)的力量已經(jīng)難以生存，后發(fā)追趕者勢必要通過企業(yè)和政府的通力合作才能成功。

最初，韓國的半導(dǎo)體行業(yè)底子薄弱，僅僅憑借低廉的勞動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。韓國電子通信研究所牽頭，韓國政府大量出資，聯(lián)合三星、LG、現(xiàn)代三大集團(tuán)以及韓國六所大學(xué)，攻克了DRAM的技術(shù)難關(guān)。

破釜沉舟的勇氣，幫韓國人把握住了一次難得的歷史機(jī)遇：1987年，日美半導(dǎo)體爭端造成DRAM減產(chǎn)。韓國存儲器企業(yè)一把抓住機(jī)會，順勢填補(bǔ)市場缺口。

在這一點(diǎn)上，對于如今的存儲器需求正旺的中國是最具有借鑒意義的。

流水的外存，鐵打的DRAM

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)展性和市場的巨大需求。

從市場端來看，存儲器市場呈現(xiàn)明顯的周期波動的特性。但是從長期趨勢上看，周期波動的幅度正在逐漸減小，行業(yè)整體向上趨勢明確。

存儲器市場周期波動逐漸減?。ㄊ畠|美元）

從需求端來看，存儲器的需求結(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)出貨量增長乏力的背景下，過去“出貨量+單機(jī)容量”的驅(qū)動將轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥怼叭萘刻嵘钡膯吸c(diǎn)拉動。

即使從2017年開始全球智能機(jī)出貨量開始顯露疲態(tài)，但中國國產(chǎn)手機(jī)品牌的逆勢擴(kuò)張卻帶來了巨大的存儲器需求，在2018年的全球智能機(jī)市場上，華為、OPPO、VIVO、小米四大品牌占據(jù)的市場份額達(dá)到37%，相比2017年提升7%個百分點(diǎn)，上聯(lián)想（3%）、一加等品牌，中國品牌智能機(jī)市場份額直逼50%。

而在更加成熟的PC市場，聯(lián)想、宏碁、華碩三大中國品牌穩(wěn)居全球前6大PC出貨品牌。國產(chǎn)DRAM一旦量產(chǎn)，這些中國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產(chǎn)存儲器產(chǎn)能。

中國是最大半導(dǎo)體消費(fèi)市場

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)器的高速增長也將帶動服務(wù)器領(lǐng)域?qū)RAM需求的增長。

據(jù)DRAMeXchange統(tǒng)計(jì)，平均一座IDC可容納約8000至15000個服務(wù)器機(jī)架， 而一個機(jī)架可搭載4臺以上不同尺寸的服務(wù)器，據(jù)估算將拉動1000萬 GB至200萬 GB的服務(wù)器DRAM位元需求。

因此，國泰君安電子團(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市場未來的強(qiáng)大增長動力。據(jù)DRAMeXchange統(tǒng)計(jì)，2018年DRAM需求增提增長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)能波動基本穩(wěn)定。

產(chǎn)能方面，DRAM位元供給的增長來源以工藝進(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)，***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，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產(chǎn)能的平臺期，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DRAM市場供需關(guān)系會更加復(fù)雜，但規(guī)?？傮w向上的趨勢是確定的。

因此，國泰君安電子團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，今明兩年會是一個投片量、制程水平的雙重平臺期，預(yù)計(jì)需求增速的反超會在2019年消化庫存，2020年前后DRAM位元供求會重新達(dá)到平衡。

從市場競爭來看，存儲器行業(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→高營業(yè)額→研發(fā)投入大→技術(shù)領(lǐng)先→搶占市場”的良性循環(huán)。

中國玩家把握進(jìn)場良機(jī)

那么在這樣的競爭環(huán)境之下，中國作為存儲行業(yè)的后起之秀，要如何把芯片國產(chǎn)化的道路走通走順？

縱觀中國存儲產(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?，“七五”期間我國集成電路技術(shù)“531”發(fā)展戰(zhàn)略成功研制了中國人第一塊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，中國資本先后收購奇夢達(dá)科技（西安）有限公司填補(bǔ)國內(nèi)DRAM設(shè)計(jì)空白，以及海外DRAM廠商ISSI實(shí)現(xiàn)資本化都為中國存儲產(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)升級的重點(diǎn)發(fā)展方向，關(guān)注度和資金紛至沓來，中國存儲產(chǎn)業(yè)正式進(jìn)入IDM時(shí)代。代表企業(yè)合肥長鑫在元件、光罩、設(shè)計(jì)、制造和測試領(lǐng)域都積累了許多的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

隨著中國經(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。疊加國家安全等因素，將IC國產(chǎn)化進(jìn)一步提升到到一個新的高度。

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)歷了從美國轉(zhuǎn)移至日本、日本轉(zhuǎn)移至***、韓國之后向中國大陸的遷移。

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