长江存储持续进阶国产3DNAND加速崛起.docx

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1、1自主研发Xtacking架构，规划宏伟领航大陆NAND产 业开展大陆首家实现64层3D NAND闪存量产的内资IDM企业，国家和地方产业基金大力支掇 展。长江存储（缩写“YMTC”，简称“长存”）致力于提供3D NAND闪存设计、制造和存储器 解决方案的一体化服务，产品广泛用于移动通信、消费数码、计算机、服务器等领域。公司于 2016年7月在武汉成立，开展至今已近四年。2017年10月，长存成功设计并制造了中国首款 3D NAND闪存。2019年9月，公司成功量产64层TLC 3D NAND闪存。2020年4月，公司 宣布128层TLC/QLC两款产品研发成功，其中X2-6070是业界首款1

2、28层QLC闪存，I/O速 度、存储密度和单颗容量均为业界最高。公司受国家和地方产业资金的全力支持，控股股东为紫光国器（隶属于紫光集团）,持股51.04%,大基金持股24.09%,为第二大股东， 湖北省科技投资集团持股12.99%,湖北国芯产业投资基金合伙企业持股11.88%。20年11月2019 年Q32018 年 Q32018年fl月64层3D NAND闪存实现首次 流片首次发布Xtacking架构128层TLC产品和业 界首款128层QLC闪 存产品研发成功32 层 3D NAND 闪 | 存实现量产 |2017年9月201阱22月2015年6月2014年10月2017年7月32 层 3

3、D NAND闪存设 计完成3D NAND 闪存工程 正式启动32 层3D NAND 闪、 存测试芯片设计完| 成；长江存储有限| 任公司成立 J202阵4月图1 :长江存储开展历程篙弋华胃长江存储期）长江存储1期工厂132层3D NAND闪j1 vA1麒旌然厂破?动:J、实现提前!顶 J 存实现流片 J层3D、A1D内存实现J资料来源：长存官网，长江存储3D NAND Flash+武汉新芯Nor Flash，补齐闪存幅员。长存全资子公司武汉新 芯（缩写“XMC”）可提供从90nm到45nm的高性能Nor Flash产品，是全球首家量产45nm 8Gb Nor Flash制造商，具备超过10年N

4、or Flash制造经验。武汉新芯成立于2006年，2008年 开始提供12寸晶圆代工服务，2017年开始聚焦IDM战略,开发高性价比SPI Nor Flash产品, 截止2018年年底已累计出货晶圆78万片。目前，武汉新芯已建成两座工厂，每座工厂的最大 产能超过3万片/月。2020年，NOR Flash全球市场规模约为23亿美金，NAND全球市场规模 约为566亿美金，长江存储+武汉新芯补齐Flash产业幅员，并从数十亿规模市场步入体量超 二十倍的NAND闪存市场，闪存帝国正在崛起。其他子公司覆盖设计、封测、科技服务等存储产业链多环节，相互配合开展。长江存储旗 下全资子公司长存创芯、紫光存储

5、和武汉长存科技分别负责存储芯片的设计、研发以及科技服 务的业务，协同提供技术支持。子公司紫光宏茂微电子业务涵盖3D闪存封测的研发、生产以 及销售业务，湖北三维半导体专注于半导体三维集成制造关键技术及产业化。贸易方面，长江 先进存储产业创新中心，业务涉及货物进出口与技术进出口等。各公司业务相互协调合作，共 同开展。需要完美对准。表6 ： 3D NAND闪存技术路径及主要参数资料来源：Imec,年份2016-20172018-20192020-20212022-20233D代际L48L64L96L128L256L512单芯片容量256-512Gb512GB-1TB512GB-2TBl-3Tb2-6

6、Tb4-12TbHole CD65-10065-10065-10065-10065-10065-100Slit pitch444-8888Vertical Pitch50-70nm40-60nm40-60nm40-50nm40-50nm40-50nmBL CD202020-40-40-40-40多重堆叠无无无无2-44-82.2多应用驱动NAND市场增长，已步入新一轮上升周期从下游应用领域看，手机和SSD是NAND前两大应用市场，合计占有87%市场份额。NAND广泛用于智能手机、平板电脑、SSD、OTT、数码相机等众多领域，其中手机和SSD构 成了下游的最主要需求。在2019年NAND Fla

7、sh的需求构成中，SSD占比49.6%,手机占比 38%O从历年变化趋势看，SSD增长明显。2013年，SSD占NAND的市场比例为13%,到2017年已超越手机成为第一大下游应用市场。一方面，超大型数据中心的建设带动大量企业级SSD 需求；另一方面，消费级SSD合约价连续走低，也刺激了其对HDD在消费领域的替代。到 2019年，SSD占NAND市场比例已增长到49.6%,到2022年将有望到达52.4%。随着5G带 来智能手机步入技术创新和出货量上行周期，手机将有望持续占据第二大应用市场地位。 Mobile Phone SSD USB Flash Drive Tablet other资料来源

8、：IC Insight,集邦咨询,资料来源：ChinaFlashMarket,图17 ： NAND Flash下游需求SSD占比逐年提升图18 ： 2019年SSD和手机占据NAND市场份额的87% SSDMobile PhoneUSB Flash Driveother Tablet数据中心+智能手机贡献NAND Flash主要增长动力SSD市场由消费级SSD主导，由企业级SSD推动增长。全球SSD出货量呈现出逐年扩 张的趋势，2020年全球SSD总出货量3.3亿台，同比增长20.8%,预计2021年全球SSD出货 量将到达约3.89亿台，2019年至2021年CAGR为24.5%。企业级SS

9、D主要用于数据中心服 务器，消费级SSD应用于PC、相机、游戏机等终端领域。2020年消费级SSD占总SSD市场 规模的80%,是SSD市场规模的主要构成；企业级SSD比重逐年增长，由2020年的13%到 2026年预计提升至20%o相对于消费级领域对于原材料本钱控制的看重，企业级应用端更看 重存储产品的完整性，企业级SSD凭借自身高性能、高效率和平安可靠的特点，取得了快速 开展，是SSD增长的主要动力。图19：企业级SSD出货量推动增长100% 190% -80% -70% -60% -50% - 40% -30% - 20% -10% -0% -7%12%81%2019消费级SSD 企业级

10、SSD工业级SSD和其他资料来源:Yole 2021,大厂数据中心布局加紧，全球服务器迎来“大年”。以Facebook谷歌、亚马逊、微软为首 的全球云厂商季度资本支出自20Q1起不断增加，受疫情影响不断增加资本支出。21Q1亚马 逊、微软、谷歌三大厂商云计算业务收入总和为264亿美元，同比增长41%,云厂商资本开支 有望继续上升。在经历19年的下跌之后，国内主要云厂商（百度+腾讯+阿里）资本开支在1Q20 处开始增长。全球云市场高速增长，以及国内的新基建使得数据中心投资火热，拉动服务器需 求，利好企业级SSD增长。图20 :北美四大云厂商季度资本支出持续上升（十亿美元）苦卡6 A 136召&S

11、S资料来源：wind,图21 ：国内三大云厂商资本支出已出现回暖（亿元）资料来源：各公司网站,1921年企业级SSD需求CAGR为15.8%。2019年企业级SSD出货量3110万台,占全 球NAND Flash产值的25%,预计2021年企业级SSD出货量增长至4170万台，19-21年CAGR 为15.8%o企业级SSD容量逐年扩大，2019年企业级SSD平均容量到达2.3TB, 2020年将增 长至2.7TBo大数据时代数据的产生和运算速度都在急速上升，所有的信息都需要存储空间， 政府和企业的大规模数据中心，云服务器和社交软件产生的流量信息等会使企业级SSD的需 求动力保持增长。图22

12、：企业级SSD出货量逐年上升（百万个）资料来源：中国闪存市场，资料来源：中国闪存市场，图23 ：企业级SSD平均容量逐年上升（GB/个）SSD价格降低 刺激SSD在消费级领域实现替代 甲费级SSD的应用领域包括PC、USB、 相机、智能家电等。消费级产品对于性能的要求没有企业级产品高，存在一定的容错度，价格 是提高渗透率的关键因素。随着消费级SSD合约价连续七季走低，SSD的购买本钱已经和高 端HDD相差无几，激发了消费级厂商用SSD替换HDD的热情。固态硬盘正在笔电、存储系统等中替代硬盘。固态硬盘（SSD）以NAND闪存为存储介 质，能够提供更快的速度、更小的尺寸、更坚固的结构和更低的功耗。

13、SSD价格的下跌刺激了从 传统硬盘到SSD的转化进程，SSD已经在工业系统、PC、服务器等多领域开展技术替代， 2020年PC端消费级SSD搭载率将近72%o传输更快的PCIe接口正在取代SATA接口植1态硬盘接口主要有分为SATA接口和PCIe 通道接口，在颗粒相同的情况下PCIe可以实现更高的性能。SATA3.0带宽为6GB/S,极限传输 速度600MB/S, PCIe通道可把传输通道带宽提升到lOGB/s,极限传输速度超过SATA3.0,达 到678.80MB/S。在2016年全球PC OEM市场中，SATA为主要介面,占总体的85%, 2020 年PCIe SSD占比增长至85%,逐渐

14、替代SATA成为主要介面。图24 ：消费类SSD在PC市场搭载率逐年提升（万个）资料来源：Omdia (IHS Markit),图25 ： PCIe SSD在消费级PC OEM市场中搭载率高资料来源：中国闪存市场,两大新款游戏机改用SSD，单台消耗闪存芯片量为笔记本两倍。Sony的PS5和微软的Xbox Series X在2020年圣诞档出售，这两款游戏机的内部存储系统均用以NAND Flash为材 料的SSD替代传统HDD,每台游戏机预计搭载存储容量1TB,约等于每台笔记本电脑NAND Flash容量的两倍，游戏机领域有望成为SSD的新兴需求之一。表7 :新款游戏机上市情况资料来源：慧荣公司

15、,销售时间公司产品需求SonyPS516GBGDDR6、SSD2020年圣诞档MicrosoftXbox Series X16GB GDDR6、 12GBGDDR6、SSD2021年6月NVIDIAGeForce RTXTi/RTX 3070 Ti3080GDDR6X资料来源：整理表8 ： SSD用存储芯片比照96L 3D NAND(l)96L 3D NAND(2)Intel OptaneLow Latency SLC容量64GB64GB16GB16GBI/O1200MT/S800MT/S1600MT/S1200MT/StR8011s80|is100ns7|is读取速度487MB/S270MB

16、/S1600MB/S777MB/SDie容量（40.96TB1.72TB80GB160GBDie容量（5 代）1.92TB3.45TB160GB320GB5G有望带来智能手机出货量回升，叠加容量翻倍贡献NAND增长动力5G换机驱动NAND智能手机出货量回升。全球智能手机市场从2016年以来逐渐萎缩， 2019年全球智能手机出货量同比下降2.3%,总量约13.7亿台，2020年受到疫情影响，出货 量继续萎缩，据估计2020年全球共出货约12.8亿台，同比下降6.6%o 2020年为5G手机元 年，此后几年智能手机持续处于5G手机换机潮中，叠加疫情后经济复苏因素，IDC预测2021 年全球智能手机

17、出货量增速将到达7.7%,增长至13.8亿台，2022年延续增长趋势，出货量达 到14.3亿台，增速为3.8%, 2020-2025年实现CAGR 3.7%。5G手机更大的存储和吞吐量需求 拉动存储市场。图26 ：预计20-22年全球智能手机出货量回升（百万台）资料来源：IDC, Statista 2020,单机“大容量”是趋势，新款5G手机存储容量大幅增长。华为Mate 40 Pro 5G、iPhone 12 Pro、三星Galaxy S21 Ultra 5G以及小米11 Ultra的存储容量均可到达512GB的上限，OPPO Reno 6 Pro+的容量也到达256GB。单机存储容量的扩大

18、将会继续，预计2020-2026年智能手机 平均存储容量可实现约20%的CAGRo目前5G中低端机常用存储产品为UFS2.1闪存、5G高 端机中UFS3.1闪存成为标配。华为Mate 4。Pro更是采用了自研的SFSL0闪存，据第三方机 构实测结果，读写速度远超UFS3.1o据长江存储首席执行官杨士宁曾在2020年北京微电子国 际研讨会上公开表示，长江存储3DNAND已进入华为Mate 40供应链，SFS1.0使用的闪存颗 粒可能来自长江存储。表9 :主流5G机型存储容量比照资料来源：各公司官网,厂商新款机型存储容量闪存规格三星Galaxy S21 Ultra 5G256GB-512GBUFS

19、3.1华为HUAWEI Mate 40Pro 5G128GB-512GBSFS 1.0 （自研）苹果iPhone 12 Pro128GB-512GBnvme采用铠侠闪 存芯片小米小米 11 Ultra256GB-512GBUFS3.1OPPOReno 6 Pro+128GB-256GBUFS3.1图27 :存储产品容量提升显著DRAM contentessas Lad BU50%35%20%5%-10%资料来源:Yole2021,5G时代UFS3.1将逐渐占据手机嵌入式市场，拉动高层NAND Flash需求。UFS2.1双通 道的读写速度为822MB/S和242MB/S,性能和UFS3.1存在

20、较大差距，UFS3.1更适用于5G 时代，主流品牌旗舰5G手机几乎都使用了 UFS3.1闪存。经过AndroBench测试，目前最高级 别的UFS3.1的持续读写速度分别到达1953MB/S和754MB/S,和UFS2.1相比大幅提升。高层 数3D NAND Flash更适配UFS3.0及以上产品，高层NAND Flash需求将加速增长。表10 ：手机用UFS3.1闪存性能更优资料来源：AndroBench,持续读取速度持续写入速度随机读取速度随机写入速度UFS2.1双通道822MB/S242MB/S168MB/S30MB/SUFS2.2984MB/S493MB/S194MB/S261 MB/

21、SUFS3.01464MB/S230MB/S153MB/S30MB/SUFS3.11953MB/S754MB/S241 MB/S288MB/S全球NAND产业已处于上行周期需求端：5G+企业云建设将推动NAND闪存市场规模增长。在5G以及企业云建设带动 下全球NAND Flash市场规模将会在2021年延续增长。受益于疫情带来的远程办公需求，全球 闪存产值在2020年强势反弹，产值约为560亿美元，同比上升约30%o NAND Flash芯片已 经应用于手机、PC、相机、服务器、机顶盒、消费电子、U盘等众多领域。2021年，随着疫情 后的经济复苏，形成5G智能手机换机潮，全球智能手机出货量的提

22、升带动存储芯片的增 长。5G手机存储容量大幅提升,2021年各大品牌5G旗舰机型存储量上限几乎都到达了 512GBo 推动存储芯片需求的进一步增长。企业级云服务的大规模建设将会使闪存的需求迎来新一轮的增长。预计2022年NAND Flash产值将会到达约770亿美元，实现10%的同比增长。2019年全球NAND Flash容量共为 3050 亿 GB,预计 2021 年容量增加至 6300 亿 GB, 2016-2021 年 CAGR 为 40.8%o图28 ：全球NAND产值预计上行NAND产值（十亿美元）YoY资料来源：Yole,（注，关于市场规模不同机构统计数据有所差异）全球NAND市场

23、规模触底反弹。2019年全球NAND市场规模和单价在经历下跌后，在 2020年回升。2021数据中心的新开发需求和5G手机、游戏主机和笔记本电脑等消费端需求， 继续拉动SSD和手机嵌入式市场增长，全球NAND Flash需求大量涌现。2020年全球大厂供 应商供给均相对保守，位元出货量成长率总体呈下降趋势，三星、英特尔、美光和海力士的出 货量年成长率均低于3成。在全球供需影响下，全球NAND市场规模上涨，价格止跌回升。图29 ：全球NAND市场规模已回升图30 ：全球NAND现货均价止跌回升（美元/Gb ）资料来源：Yole,资料来源：Yole,64Gb 8Gx8 MLC 32Gb 4Gx8

24、MLC资料来源:SIA,2.3 “三高”行业，海外大厂垄断市场NAND行业进入门槛高，存在技术、产业整合、客户认可、资金和规模、人才五大壁垒。NAND Flash生产对性能和产品指标要求高，且需要与先进封装技术和工艺制程相互协同，具 有一定的技术壁垒和产品整合。行业前期投入研发费用高昂，对投入资金、高端人才和企业规模 均提出了更高要求。由于产品验证周期长，各厂之间的合作关系稳定，新厂商进入难度大。表11 : NAND行业竞争壁垒壁垒难度技术壁垒性能指标难度大：体积小、容量大、读写速度快等 产品指标要求高：可靠性强、稳定性高等 与配套的晶圆制造封测工厂协同产品整合壁垒先进工艺制程、先进封装技术等

25、产品验证时间长。一旦通过客户认证和测试并长期供货，合作关系较为客户壁垒稳定行业高研发投入、高风险、周期长工艺制成越先进，MASK费用越高；产品研发需屡次投入反复修改研 资金和规模壁垒发费用需要分摊至数百万到数千万的芯片上，对闪存产品的销售规模要求高人才壁垒闪存行业属于知识和技术密集型行业，高端科研人才资料来源：整理全球NAND市场格局集中，市场份额被头部厂商瓜分NAND Flash市场格局重组，市场 集中度增强，1996年全球NAND大厂现已多半退出市场，新进厂商通过技术突破占领市场份 额。如今全球NAND市场被6家厂商垄断，2018年全球前6大厂商占据了 90%95%的市场 份额，其中三星2

26、018年全球市场份额约为35%.40%,位居榜首；东芝和西部数据分别占据15% 的市场份额；海力士和美光以10%的市场占有率紧随其后；2018年Intel的NAND占全球市 场份额的5%o 2020年，市场格局无明显变化。在3D NAND领域，三星最早开始3D NAND 的生产，随后海力士、铠侠、美光相继进军该领域。图31 ： 1996年全球NAND厂商多半已退出市场图32 ：全球NAND目前由6家厂商垄断 Intel ADM Atmelother Fujitsu Sharp SST Intel ADM Atmelother Fujitsu Sharp SSTNAND market share

27、 (Revenue-basis)(Source NAND Quorta夕 Market Adorn tor 03 2020, Ybk Drfvtoppcnient)80%60%40%20% (BnuaAaJBeSI 2GMUA UIIIGMOUrChengdu (3D NAND)NEW酣西日茶比闰X华号保胃*公司UhIIC 9 11Mle ,loiu4 f 5 aXiaan (DRAM)Xian (3D NAND)SMfCBeijing(Foundry)Yole Developpemtnt March 2019Dalian (3D NAND)TCa VtwWuhan (3D NAND)Nexc

28、hlpWuhan才Q案光麋曲tsiiKMUA utucaourhUiraccShanghai (Foundry)uivieM晋华七 Xiamen (Foundry)Njian (DRAM)(Foundry)Nanjing (DRAM and 3D NAND)newWux. (DRAM)JV Powerchip & Hefei City(Foundry)Hefei Hefei (DRAM) (Fabless)20191 ww” yoie.fr Sutus of the memory industry 2019 | iAMPH资料来源:Yole,长江存储引领国内NAND Flash行业开展。国产存

29、储器厂商中,长江存储专注于3D NAND的研发制造。公司设计制造了中国首款3D NAND闪存，并于2019年成功量产64层 TLC 3D NAND闪存。技术方面，长江存储自主研发Xtacking技术，全面提升存储密度和性 能，实现对技术封锁的突破。其全资子公司武汉新芯（XMC）业务覆盖3D NAND制造，配合 长存推动国内NAND Flash行业开展。图36 ：长存引领NAND开展Local Memory PlayersDRAMNANDNORIIGXfnt Q案光集皿JHIC晋华kmJ tSMICWUA UtMGROUr.如西殳落迸国Bl半导体UnHC 桁11n UcilC Smlcendictort Lt4.紫光驰LmI isiiigmua uviiGiioueTC KDYcFQtfti AWnory Kt-ly11;SM/CGloOvIc2019 I wwwyotefrl Sunn of tM memory mdustry 2019 | SAMPLE资料来源：Yole,