存储原理、分类、竞争格局及市场空间分析
存储原理、分类、竞争格局及市场空间分析
存储器是现代电子设备中不可或缺的关键组件，广泛应用于数据中心、PC、手机、汽车等多个领域。本文将从存储器的分类、工作原理、市场规模及竞争格局等多个维度，深入分析这一重要产业的发展现状与未来趋势。
存储器分类
半导体存储器市场主要包括DRAM、NAND Flash和NOR Flash三种产品，其中DRAM和NAND Flash构成半导体存储器最主要的组成部分。
2019-2024中国存储市场规模/亿元
其中，DRAM占存储市场规模的比例高达61%，NAND Flash约占36%左右的市场份额，NOR Flash占据2%市场份额。
2024年全球存储市场总规模约1500亿美元，其中，利基型存储占存储总市场约10%。利基型存储的三大主要品类为例，NOR Flash方面，据Mordor Intelligence预测，2024年全球市场规模26.9亿美元，并预计2029年增长至36亿美元；SLC NAND方面，2024年全球市场规模为23亿美元；利基型DRAM方面，2024年全球市场规模约为95.7亿美元。
据台媒报道，三星、SK海力士及美光将产能切换至HBM与DDR5产品，并在2024年下半年停止供应利基型DRAM。其中三星计划在二季度末停产DDR3；海力士已在2023年年底将大陆无锡厂DDR3产能转进DDR4；而美光计划大幅减少DDR3供应量。
随着数据中心和PC对标准型DRAM容量和带宽提出更高需求，叠加AI手机、AI PC概念发酵，主流存储厂商将产能大规模转移至HBM和DDR5等高性能产品，DDR4及DDR3库存水位相对下降。
国内诸多厂商主要侧重于中小容量存储产品：SRAM、利基型DRAM、SLC NAND、NOR Flash、EEPROM等品类均有国产存储厂商切入，在各自市场铺开产品线。
图|国内厂商产品线布局
存储工作原理
DRAM
DRAM存储元内包含MOS管和电容单元，MOS管是有电压阈值的电控开关，达到一定电压就会成为导体，否则就是绝缘体。当为MOS管输入高电平（即电压达到阈值），电容内保存的电荷就会往外流，此时外部如果接收到电信号，则此时为“输出1”；同理，若是此时外部施加的高电平信号，则会让电荷流进存储元内的电容单元，此时为“输入1”。
一条字选线产生的同一个电信号可以控制8个存储单元，每次可以同时读出或写入一整行存储元存储的二进制信息，称为一个存储字。多个存储字称为存储体。
NAND Flash
Flash可按照位线架构不同，分为NAND Flash和NOR Flash。NAND和NOR Flash的存储单元工作原理相同，但排列方式不同。
NAND型Flash各存储单元之间是串联的，全部存储单元分为若干个块，每个块又分为若干个页，每个页是512字节。这种串联结构决定了NAND无法进行位读取，也就无法实现存储单元的独立寻址，因此程序不可以直接在NAND中运行。NAND是以页为读取单位和写入单位，以块为擦除单位。基本存储单元的串联结构减少了金属导线占用的面积，因此NAND的存储密度更高，适用于需要大容量存储的应用场合。NAND的写入采用F-N隧道效应方式，效率较高，适用于频繁擦除/写入场合。
NOR Flash
NOR Flash的结构中每个存储单元是并联的，可以实现按位读取。这种并联结构决定了其具有存储单元可独立寻址，因此适合储存代码，且程序可以直接在NOR中运行。存储单元的并联结构还决定了金属导线占用很大的面积，因此NOR Flash的存储密度较低，无法适用于需要大容量存储的应用场合。NOR Flash的写入采用了热电子注入方式，效率较低，因此NOR写入速率较低，不适用于频繁擦除/写入场合。
DRAM
DRAM分类
根据产品规格不同，DRAM可分为主流DRAM和利基型DRAM。
利基型DRAM的特点包括：定制化：利基型DRAM多为定制化产品，根据特定应用需求设计，因此价格相对稳定。小容量：通常应用于小容量设备，如游戏机、机顶盒等。市场小：市场规模较小，竞争不如普通型DRAM激烈。
普通型DRAM的特点包括：广泛应用：普通型DRAM应用范围广泛，市场需求大。价格波动大：价格受市场供需影响较大，波动较为明显。
总体而言，利基型DRAM更适合特定应用场景，而普通型DRAM则适用于更广泛的市场需求和更高的市场竞争环境。
按技术及应用分类
DRAM根据内存技术及应用领域，主要划分为DDR、LPDDR、GDDR和HBM系列产品。其中利基型DRAM品类主要集中于DDR和LPDDR。
目前主流DRAM产品下游应用为数据中心、PC、手机和图形显示卡，而利基型产品为DDR2及以下产品、4Gb以下的DDR3、8Gb以下的DDR4。
从2009年发布的第一代LPDDR发展至2022年最新发布的LPDDR5X产品，利基型LPDDR主要集中于LPDDR4及之前代际的产品，适用于可穿戴/遥控设备等便携式产品。终端客户多追求成本效益，或产品生命周期较长。
利基型DRAM厂商下游客户包含主控芯片厂商和模组厂商，终端应用涵盖消费电子、通信、物联网、工控、车规等广泛领域。
当主流DRAM厂商推出新一代产品时，存储容量升级的同时售价也会更高，而TV、电子游戏机等消费电子终端产品面临消费者的价格压力，会采用较为便宜但功能符合需求的材料，因此在DRAM的选择上不会倾向使用最新一代的产品。对于工控和车规客户来说，一些产品的生命周期长达十年左右，长久且稳定的DRAM供货是利基型厂商的制胜关键。
全球DRAM规模和市场格局
图|全球DRAM市场规模
2024三季度全球DRAM市场规模258.50亿美元，环比增长10.4%，同比增长96.5%。其中，三星三季度DRAM销售收入达102.12亿美元，环比增长5.4%，市场份额39.5%；SK海力士三季度DRAM销售收入达89.76亿美元，环比增长13.6%，市场份额34.7%；美光三季度（6-8月）DRAM销售收入达53.26亿美元，环比增长13.5%，市场份额20.6%；南亚科技三季度DRAM销售收入达2.53亿美元，环比减少17.4%，市场份额1.0%；华邦电子三季度DRAM销售收入达1.54亿美元，环比减少8.1%，市场份额0.6%。
图|2024三季度全球DRAM市场份额占比
国内DRAM市场规模及细分领域
得益于智能手机、电脑等消费电子设备的持续发展，尤其是高性能智能手机和电脑的应用程序对内存容量的要求日益提高，我国DRAM需求快速增长。到目前我国已是全球最大的DRAM市场，需求占全球三分之一。
据统计，2023年我国DRAM存储器市场规模为2580.1亿元，其中电脑领域DRAM存储器规模为332.1亿元，手机领域DRAM存储器规模为997.2亿元，服务器领域DRAM存储器规模为387亿元，消费电子领域DRAM存储器规模为241.2亿元，显卡领域DRAM存储器规模为191.2亿元，其他领域DRAM存储器规模为431.4亿元。这一组数据说明，当前手机领域是我国DRAM主要应用领域，占比38.65%。
图|2023年国内DRAM市场及占比
利基 DRAM 市场空间
据TrendForce数据，2021年利基型DRAM的市场规模约90亿美元，在总DRAM市场中占比约9.5%。短期来看，三大原厂的存货需要一段时间出清，台湾产商如华邦、南亚科在DRAM领域深耕多年，市场份额较高，能够率先接替三大原厂的市场份额。长期来看，国产厂商的利基型DRAM制程逐渐成熟，能够通过国产替代获得市场份额。
图|利基型DRAM和非利基型DRAM占比
NAND Flash
NAND Flash分类
NAND是目前主流的闪存技术，属于非易失性存储芯片，在计算机、服务器和智能手机领域应用广泛。按单位存储比特数的不同，NAND又可细分为SLC、MLC、TLC及QLC四种颗粒类型。
根据产品应用划分，NAND Flash颗粒广泛应用于固态硬盘、嵌入式存储产品（eMMC）、存储卡（SD卡）、U盘中。
第一代SLC（Single-Level Cell）每单元可存储1比特数据(1bit/cell)，性能好、寿命长，可经受10万次编程/擦写循环，但容量低、成本高。
第二代MLC（Multi-Level Cell）每单元可存储2比特数据(2bits/cell)，性能、寿命、容量、成各方面比较均衡，可经受1万次编程/擦写循环。
第三代TLC（Trinary-Level Cell）每单元可存储3比特数据(3bits/cell)，性能、寿命变差，只能经受3千次编程/擦写循环，但是容量可以做得更大，成本也可以更低，是当前最普及的。
TLC又有2D-TLC与3D-TLC两种，目前市面上以3D-TLC居多。3D-TLC又再细分为32层3D-TLC、64层3D-TLC、96层3D-TLC以及最新的128层3D-TLC。三星、SK海力士等大厂纷纷向更具竞争力的超过300层、400层堆叠的3D NAND Flash迈进。
第四代QLC（Quad-Level Cell）每单元可存储4比特数据(4bits/cell)，性能、寿命进一步变差，只能经受1000次编程/擦写循环，但是容量更容易提升，成本也继续降低。
目前在SLC、MLC、TLC、QLC闪存颗粒中，TLC已经是主角，QLC是未来发展趋势。
全球 NAND FLASH 市场规模
根据中商产业研究院的数据，2023年全球NAND FLASH市场规模约为397.6亿美元，预计2024年达到656.1亿美元水平，同比增长65%，2019-2024年期间CAGR为7.4%。
图|NAND全球市场规模
全球NAND Flash厂商主要有三星电子、铠侠、SK海力士、西部数据、美光科技等，行业集中度较高，竞争格局较为稳定。
2024三季度全球规模和市场格局
据CFM闪存市场数据显示，2024年三季度全球NAND Flash市场规模环比增长5.7%至190.21亿美元，同比增长93.9%。DRAM市场规模环比增加10.4%至258.5亿美元。全球存储市场规模三季度环比增长8.3%至448.71亿美元。2024年前三季度，全球存储市场规模累计达1202.25亿美元，同比增长96.8%。
图|2024三季度全球NAND Flash销售额及占比
三星三季度NAND Flash销售收入达62.60亿美元，环比增长1.9%，市场份额32.9%；SK海力士三季度NAND Flash销售收入达36.41亿美元，环比减少1.9%，市场份额19.1%；铠侠三季度NAND Flash销售收入达32.35亿美元，环比增长17.5%，市场份额17.0%；美光三季度（6-8月）NAND Flash销售收入达23.65亿美元，环比增长14.5%，市场份额12.4%；西部数据三季度NAND Flash销售收入达18.84亿美元，环比增长7.0%，市场份额9.9%。
SLC细分市场空间
SLC NAND市场竞争格局分散，海外大厂腾出SLC NAND市场份额。高堆叠层数、大容量的3D NAND是闪存行业的发展趋势，未来三星、海力士、铠侠、美光等海外存储芯片巨头将逐步退出中小容量的SLC NAND市场，专注在3D TLC NAND和3D QLC NAND领域展开角逐，因此全球SLC NAND市场竞争者减员，市场空间将逐渐释放。
目前国内厂商中，SLC NAND市场份额以中国台湾的华邦和旺宏为主，并涌现出兆易创新、东芯股份等大陆厂商占据一定的份额。随着海外巨头转战主流NAND市场，国内公司聚焦于中小容量通用型存储芯片的优势开始展现，未来增长空间可观。
根据Gartner数据，在物联网、消费电子和汽车电子等下游新兴应用场景不断丰富的带动下，2019-2024年SLC NAND全球市场规模CAGR达到6.8%，2024年将达到23.2亿美元。由于存在不可替代的特性，未来SLC NAND将继续在全球NAND市场中占据固定份额。
不同于消费类产品，5G通讯设备需要能实现高速且稳定可靠工作的存储芯片作为数据站点，要适应室外环境温度的多变以保持不间断工作，因此中高容量的宽温SLC NAND是一个理想的解决方案。根据前瞻产业研究院对5G新增基站的预测，2024年SLC NAND通信市场规模为4591万美元，预计2025/2026年达6294.2/7757.9万美元，2022-2026年CAGR达57.7%。
根据美光数据，假设L0/L1/L2/L3/L4/L5单车的SLC NAND容量需求范围为8Gb-128Gb。结合全球汽车销量及各等级车渗透率预测，2024年车规SLC NAND市场规模为4.6亿美元，预计2025/2027年达5.0/3.8亿美元，2022-2027年CAGR达8.6%。
NOR Flash
NOR Flash的应用范围很广，包括手机，PC，可穿戴电子设备，以及汽车、安防、工控、基站、物联网设备等。由于其产品特性和汽车中很多应用场景十分契合，例如中控显示屏和后视摄像头等对响应性的需求，以及汽车对零部件耐高温的需求，NOR Flash在车规闪存中仍处于主导地位。
NOR Flash市场规模
中商产业研究报告显示，2023年全球NOR Flash市场规模22.54亿美元。且预测NOR Flash总体市场规模将在持续增长，预计2024年全球NOR Flash市场规模将达到26.99亿美元，2025年将达到34.57亿美元。
图|NOR Flash全球市场规模
根据中金企信预测，NOR Flash总体市场规模将在未来5年持续增长，2024年，全球NOR Flash市场规模将达到26.99亿美元，同比增长19.74%，2023-2028年的年均复合增长率为9.17%。
据统计，截至2022年我国NOR FLASH产量约为36.61亿片，需求量约为37.11亿片。
图|NOR中国市场规模