[原创] 存储龙头大力扩产,国内厂商面临大考

2020-10-14 14:00:14 来源: 半导体行业观察


2020年,疫情在全球爆发,加大了存储器件价格波动的概率。同时,业内也出现了需求疲软及供应不畅等问题。外媒多次报道,存储芯片制造商下半年的处境并不乐观,存储芯片的价格将持续下滑。

虽然受到诸多影响,但三星、铠侠(原东芝)、美光等存储大厂扩大投资热度却不断攀升,正在积极建厂和扩充产能。这些海外厂商动作频频,将会使存储市场产生怎样的变化?

存储器市场概览


纵览整个存储器市场,其绝大部分由海外巨头公司掌握,国产公司处于相对落后的位置。DRAM和NAND Flash是最主流的半导体存储器,市场规模占比超过95%。

2019年NAND Flash市场规模达到了490亿美元。据IDC预测,2023年将产生105ZB数据,其中12ZB将会被存储下来。NAND Flash市场份额基本被国外公司所垄断,主要的厂家为三星、铠侠、西数、美光等。国产厂商长江存储处于起步状态,正在市场与技术上奋起直追。

2020 Q1 NAND Flash市场份额
资料来源:中国闪存市场,国元证券研究中心

DRAM是存储器市场规模最大的芯片,2018年DRAM市场规模已超过1000亿美元,2019年由于价格大幅下降以及服务器、手机等下游均出现同比下滑,市场空间出现下降,根据Trend Force数据统计,2019 年DRAM市场空间约621亿美元。目前,DRAM芯片的市场格局是由三星、SK海力士和美光统治,三大巨头市场占有率合计已超过95%,而三星一家公司市占率就已经逼近50%。

2019年DRAM市场格局
资料来源:Trend Force,,国元证券研究中心

在此市场状况下,海外存储大厂的投资、扩产行为对于国内处于起步阶段的众厂商来说,将是一场大考验。

存储龙头大力扩产


此前,三星电子宣布了在韩国平泽厂区的扩产计划,除扩建采用极紫外光(EUV)的晶圆代工生产线及DRAM产能之外,还将扩大3D NAND闪存方面的产能规模。业界预估三星电子仅用于3D NAND闪存方面的投资额就达8万亿韩元(约合470亿元人民币)。

据了解,三星电子将在平泽厂区的二期建设中投建新的3D NAND生产线,量产100层以上三星电子最先进的第六代V-NAND闪存,无尘室的施工5月份已经开始进行。新生产线预计将于2021年下半年进入量产阶段,新增产能约为2万片/月的晶圆。

去年年底,三星电子便启动了中国西安厂二期的建设,投资80亿美元。西安厂二期主要生产100层以下的第五代V-NAND,平泽二厂则会生产100层以上的第六代V-NAND。三星NAND Flash生产线主要分布在韩国华城厂区、平泽厂区以及中国西安厂区。

无独有偶,其他存储产商也大幅度投入了存储产能的扩充。

美光这两年不断有加大存储资本投入的消息传出。首先看DRAM方面,据台媒报道,美光将在台湾加码投资,要在现有厂区旁兴建A3及A5两座晶圆厂,总投资额达4000亿元新台币(约合人民币903亿元),2020年第4季导入最新的1z制程试产,借此缩小与三星的差距;第二期A5厂将视市场需求,逐步扩增产能,规划设计月产能6万片。

今年早些时候,美光表示,A3 预计本年第四季度完工,2021年投入生产,导入最新的1Znm制程试产。据了解,1Znm工艺是存储行业最新的制程技术,可提供更高的密度、更高的效率和更快的速度,该标准涵盖了12nm到14nm之间的工艺标准,而1ynm标准则在14nm到16nm之间。

美光还在陆续大规模生产DDR4和LPDDR4,2020年初美光基于1Znm技术的DDR5 RDIMM开始送样,还将投入下一世代HBM以及1α技术的研发。同时,美光表示,为了持续推进先进技术的发展,今年其洁净室投资是往年的1.5-2倍,主要用于加速向先进节点切换,提升先进制程产能,包括EUV洁净室的建设,全球灵活布局产能。


与此同时,美光也在去年宣布启用在新加坡扩建的3D NAND闪存晶圆厂,让美光在新加坡的布局更加完整。美光指出,扩建的设施能够为无尘室空间带来运作上的弹性,更可以促成3D NAND技术进阶节点的技术转型。

由于目前美光在第三代96层3D NAND已可进入量产,因此技术上要将重心摆在第四代128层去发展,将128层3D NAND做到更稳定、能够量产的阶段。

美光预期该扩建的新厂,可于下半年开始生产,但碍于目前市场NAND供过于求的情况,以及要将3D NAND技术提升,所以暂时不会因为扩厂而增加任何新的晶圆产能。在最新一期的财报中,美光表示将在2021年投入约90亿美元的资本支出。

铠侠也将按照原计划增产投资,在日本四日市工厂厂区内兴建3D NAND闪存新厂房 Fab 7厂房”,总投资额预估最高达3000亿日元(约合200亿元人民币),预定2022年夏天完工。铠侠合作伙伴西部数据预估会分担投资。

与此同时,铠侠和西部数据还将在岩手县北上市投资70亿日元,新建的K1新工厂计划于2020年上半年开始生产3D NAND。

SK海力士也已经开始对存储半导体进行积极的设备投资。计划对中国无锡工厂(C2F)投资约3.2兆韩元(约人民币171.42亿元)。SK海力士计划在C2F工厂的空余空间内建设月度产能达到3万个的DRAM 产线,自2020年7月已经开始导入设备。

SK海力士计划以保守的态度实施最初制定的投资计划。且认为存储半导体市场肯定会出现恢复,因此再次启动投资。此外,原计划自2021年1月起,对利川工厂(京畿道)的M16进行设备投资,现在计划在2020年之内完成设备导入,且正与设备厂家在进行调整。此外,SK海力士计划将DRAM产线(利川)的增产规模从原来的2万个提高至3万个,此外,还计划将NAND闪存(清州)的产能提高5,000个,且已经在推进。

有备而来的存储厂商


不难发现,相较于NAND Flash,DRAM市场似乎显得谨慎。就目前而言,DRAM供应商三星、SK海力士、美光等对DRAM的投产相对保守,除了三星增加DRAM新产能外,美光日本广岛新工厂B2会投产,也正计划在台湾地区兴建晶圆厂生产DRAM,但大部分DRAM供应还是依靠制程技术提升满足市场需求,2020年三家原厂将扩1znm工艺技术提高DRAM产量。

尽管出现了新冠肺炎这一前所未有的危机,海外巨头依然积极进行设备投资,其主要原因是他们都对存储半导体市场持有积极的态度。

首先,虽然受新冠肺炎影响全球经济出现低迷,服务器和PC方向的DRAM需求却在增长。此外,以互联网未中心的居家办公、在线教育、业余活动、在线购物等的大量出现,导致服务器、PC的销售增多,从而带动了DRAM的需求增长。

其次,从根源上看,三星等厂商扩大产能,与市场上的预期有关。随着5G、自动驾驶物联网和AI的到来,围绕着数据的生意正在快速增长。从2017年开始,以DRAM和NAND Flash为主的半导体存储市场规模已超过1000亿美金,增长速度远超于半导体产业发展。

疫情的到来虽然使全球经济充满了不确定性,但促进半导体需求增长的因素却不少,因此海外厂商才继续进行积极的投资。某位熟悉韩国半导体行业的分析人士指出:“从韩国半导体巨头的投资计划来看,可以说他们对半导体市场情况持有肯定的态度”。

这些存储厂商都是有备而来。

中国存储产业面临考验


在这些厂商加速存储布局,抢占下一个未来的时候,正在发力的的中国存储产业或将受到冲击。

发展至今,NAND Flash已呈现白热化阶段 在本次投资扩产及相关市场竞争当中,各大闪存厂商无疑将先进工艺放在了重点位置。

三星电子此次在平泽二期中建设的就是100层以上的第六代V-NAND。目前三星电子在市场上的主流NAND闪存产品为92层工艺,预计今年会逐步将128层产品导入到各类应用当中,以维持成本竞争力。

美光也在积极推进128层3D NAND的量产与应用,特别是固态硬(SSD)领域,成为美光当前积极布局扩展的重点,与PC OEM厂商进行Client SSD产品的导入。美光科技执行副总裁兼首席商务官Sumit Sadana表示,128层3D NAND如果被广泛使用,将大大降低产品成本。美光于2019年10月流片出样128层3D NAND。

根据集邦咨询的介绍,SK海力士将继续增加96层产品的占比,同时着重进行制造工艺上的提升。SK海力士2019年6月发布128层TLC 3D NAND,预计今年将进入投产阶段。

铠侠今年1月发布112层3D NAND,量产时间预计在下半年。铠侠今年的主力产品预计仍为96层,将满足SSD方面的市场需求。随着112层产能的扩大,未来铠侠会逐步将之导入到终端产品中。

看向国内 ,去年9月,长江存储发布了64层3D NAND闪存。有消息称,长江存储64层消费级固态硬盘将于今年第三季度上市。有分析认为,长江存储今年的重点在于扩大产能,同时提升良率,并与OEM厂商合作进行64层3D NAND的导入。不过今年4月长江存储也发布了两款128层3D NAND闪存,量产时间约为今年年底至明年上半年。在先进工艺方面,长江存储并不落于下风。

研发获得成功只是第一步,后期量产的良率是成败的关键之一,未来要进入量产,势必要达到一定的良率,确保每片3D NAND的可用晶圆数量,成本结构才会具有市场竞争力。与实力雄厚的国外厂商相比,长江存储处于刚刚跟上脚步的阶段。如果闪存产业陷入了杀价潮,那么对长江存储来说,优势就不再明显。

再看DRAM产业,当年韩国厂商也是透过扩产、降价等方式,将当时如日中天的日本DRAM产业和尚在襁褓中的台湾地区DRAM扼杀在摇篮中,对于正在崛起的中国存储来说,如何避免陷入这种困境,是在提高产品质量和供应的时候,是需要考虑的另一个问题。

半导体专家莫大康曾指出,存储芯片具有高度标准化的特性,且品种单一,较难实现产品的差异化。这导致各厂商需要集中在工艺技术和生产规模上比拼竞争力。因此,每当市场格局出现新旧转换,厂商往往打出技术牌,以期通过新旧世代产品的改变,提高产品密度,降低制造成本,取得竞争优势。

有报道指出,中国的长鑫存储(CXMT)在2020年上半年量产用于PC的DDR4 DRAM。由于DDR4是目前最常用的DRAM半导体的规格,因此,相关产品的量产也意味着中国企业对韩国厂家形成了威胁。为了摆脱中国厂商的穷追猛赶,韩国厂家正在实施“差异性战略”——极紫外光刻(EUV)工艺。

三星电子于2020年四月成功生产了100万个采用了EUV技术的10纳米通用DRAM(1x)。之所以将EUV技术应用于1xDRAM,是出于测试的目的。真正要采用EUV技术的产品是计划在2021年量产的第四代(4G)10纳米DRAM(1a)。就1a产品的工艺而言,是将EUV技术灵活运用在位线(Bit Line,将信息向外部输送)的生产中。据说,三星已经将EUV应用于现有的工序中(据说是2-3层)。
此外,SK海力士也在准备将EUV技术应用于DRAN生产。SK海力士已经在利川总部工厂导入了约2台EUV曝光设备,用于研究开发,目标是计划在2021年通过EUV技术批量生产DRAM。

有分析师指出,“EUV工艺是目前中国厂家无法模仿的先进技术,率先采用EUV工艺的DRAM,对于要求较高的数据中心而言,是十分有利的。”

在先进工艺方面,中国存储厂商仍然需要努力。

总结


存储市场目前虽仍由海外厂商占据主导地位,但中国厂商正在逐步崛起。正如前文所言,海外厂商投资扩产除了看到存储的前景以外,中国厂商的崛起也是其中微小却不可忽视的原因之一。

对于中国厂商来说,无论是之后也许会到来的价格战还是与大厂的技术差异,都是需要孤注一掷,全力攻克的难关。

这一场大考,不能输。


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责任编辑:Sophie
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