導(dǎo)語
自文明誕生以來，數(shù)據(jù)、信息存儲(chǔ)一直是社會(huì)發(fā)展的基石，從龜甲獸骨、竹簡(jiǎn)、書本到磁帶、光盤，對(duì)存儲(chǔ)容量更大、讀寫速度更快的信息存儲(chǔ)介質(zhì)的追求從未停止。
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現(xiàn)代數(shù)字存儲(chǔ)分為磁性存儲(chǔ)、光學(xué)存儲(chǔ)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)三類，信息時(shí)代數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長(zhǎng)使得存儲(chǔ)量更大，且能夠直接與邏輯電路連接的半導(dǎo)體存儲(chǔ)迅速發(fā)展，存儲(chǔ)芯片成為應(yīng)用最廣、市場(chǎng)規(guī)模最大的存儲(chǔ)器件。
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本篇文章將帶大家將視線從邏輯芯片轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)芯片，詳細(xì)了解幾種重要類型的存儲(chǔ)芯片與國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)芯片龍頭企業(yè)兆易創(chuàng)新。
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什么是存儲(chǔ)芯片
世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）將所有半導(dǎo)體按照結(jié)構(gòu)功能劃分為集成電路、分立器件、光電子器件與傳感器四大類。
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集成電路簡(jiǎn)稱IC（Integrated Circuit），是采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容等元件集成在半導(dǎo)體晶圓上，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)，占全球半導(dǎo)體市場(chǎng)份額的83%。
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集成電路可進(jìn)一步細(xì)分為承擔(dān)計(jì)算功能的邏輯芯片、承擔(dān)存儲(chǔ)功能的存儲(chǔ)芯片，承擔(dān)傳輸與能源供給功能的模擬芯片以及將運(yùn)算、存儲(chǔ)等功能集成于一個(gè)芯片之上的微控制單元（MCU），它們的市場(chǎng)份額分別占到半導(dǎo)體總體市場(chǎng)份額的28.22%、27.39%、13.28%、14.11%，邏輯芯片與存儲(chǔ)芯片占比較高。
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非集成電路半導(dǎo)體元件（分立器件、光電子器件、傳感器）的市場(chǎng)份額占半導(dǎo)體總體市場(chǎng)份額的17%，我們也會(huì)在在系列后續(xù)文章中詳細(xì)介紹。
數(shù)據(jù)來源：WSTS、大象研究院整理
存儲(chǔ)芯片是半導(dǎo)體的一大重要分支，2020年存儲(chǔ)芯片的市場(chǎng)規(guī)模約占半導(dǎo)體總市場(chǎng)規(guī)模的22.41%，存儲(chǔ)芯片可按數(shù)據(jù)是否易失分為非易失性存儲(chǔ)芯片與易失性存儲(chǔ)芯片.
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易失性存儲(chǔ)芯片可分為動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（DRAM）與靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（SRAM），非易失性存儲(chǔ)器則可分為NOR FLASH與NAND FLASH與只讀存儲(chǔ)器。根據(jù)IC insights的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年以以銷售額口徑計(jì)算的市場(chǎng)規(guī)模NAND FLASH占比為56%，DRAM為41%，其它為3%。
DRAM
DRAM（Dynamic Random Access Memory）是易失性存儲(chǔ)器的重要分支，易失性存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是斷電丟失數(shù)據(jù)，例如我們平時(shí)使用word或excel時(shí)如果沒有點(diǎn)保存，突然關(guān)機(jī)或斷電后再重啟時(shí)文件便會(huì)丟失，就是因?yàn)槲覀儧]點(diǎn)保存時(shí)數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在電腦內(nèi)存中，只有我們點(diǎn)擊保存后，數(shù)據(jù)才會(huì)保存在硬盤中，而電腦內(nèi)存使用的就是DRAM。
有小伙伴疑惑為什么在有了硬盤的基礎(chǔ)上還會(huì)有內(nèi)存，內(nèi)存的意義在于如果計(jì)算機(jī)的每一次運(yùn)算都需要直接從硬盤中抓取數(shù)據(jù)，會(huì)極大降低計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率。
易失性存儲(chǔ)器斷電丟失數(shù)據(jù)的根本原因在于其存儲(chǔ)方式，DRAM的每一個(gè)bit cell（存儲(chǔ)單元）由一個(gè)電容與一個(gè)晶體管兩個(gè)元器件組成，晶體管起開關(guān)作用，DRAM的存儲(chǔ)原理是通過電容充放電后的電勢(shì)高低代表0和1，從而起到存儲(chǔ)功能，而電容在斷電的情況下會(huì)漏電，存儲(chǔ)信息會(huì)因?yàn)殡娙莸穆╇姸鵁o法識(shí)別。
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DRAM所使用的電容容量極小，電子僅能保存幾毫秒的時(shí)間，為了使電子不丟失，每隔幾毫秒就要充電刷新一次，這就是DRAM名稱中動(dòng)態(tài)（Dynamic）的由來，而另一種無需頻繁充電刷新的易失性存儲(chǔ)器則被稱為SRAM。
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雖然DRAM具有斷電丟失數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，但由于讀寫速度較快被應(yīng)用于PC機(jī)的內(nèi)存、智能手機(jī)、服務(wù)器。2020年DRAM下游需求中，智能手機(jī)、服務(wù)器、PC機(jī)占39.7%、34.9%與12.6%，三者合計(jì)90%。SRAM的讀寫速度更快，但價(jià)格較高，可用于容量要求較小但讀寫速度要求更高的高速緩沖存儲(chǔ)器如CPU緩存。
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全球DRAM產(chǎn)品目前由三星、SK海力士與美光壟斷，三者市場(chǎng)份額占到95%，三星于2020年上半年完成10nm制程DRAM的出貨，為業(yè)內(nèi)最高水平。國(guó)內(nèi)DRAM領(lǐng)域代表企業(yè)有長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)（IDM）與兆易創(chuàng)新（fabless），兆易創(chuàng)新2021年首款DRAM芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，主要面向工控等利基市場(chǎng)，長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)的工藝制程正處于16nm-19nm階段，相比三巨頭落后約4年-5年。
FLASH：便攜式設(shè)備存儲(chǔ)主力
相對(duì)于DRAM在易失性存儲(chǔ)器中的地位，F(xiàn)LASH則是非易失性存儲(chǔ)器最重要的分支，非易失性存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是斷電不失數(shù)據(jù)，這使得FLASH能夠在沒有電流供應(yīng)的條件下長(zhǎng)久地保存數(shù)據(jù)。我們電腦中的硬盤所用的存儲(chǔ)芯片就是FLASH。
FLASH的unit cell（存儲(chǔ)單元）是一個(gè)含有源極、漏極與柵極的三端器件。
在向柵極施加正向偏壓時(shí)，電子在隧穿效應(yīng)下從隧穿層進(jìn)入浮柵存儲(chǔ)起來，閾值電壓較高，對(duì)應(yīng)邏輯為0。
在向柵極施加負(fù)向偏壓時(shí)，浮柵中的電子退出隧穿層，閾值電壓較小，對(duì)應(yīng)邏輯為1，這個(gè)過程就就完成了信息的存儲(chǔ)。
即使電流消失，阻擋層與隧穿層也能保證浮柵中的電子不丟失，從而保證數(shù)據(jù)的完整性。
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FLASH相比DRAM的優(yōu)點(diǎn)在于斷電不失數(shù)據(jù)，且成本較低，缺點(diǎn)在于由于每一次寫入數(shù)據(jù)均需要擦除一次，使得寫入速度慢于DRAM。
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FLASH存儲(chǔ)芯片可進(jìn)一步細(xì)分為NOR FLASH與NAND FLASH，NAND的擦除操作簡(jiǎn)便，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將每一個(gè)存儲(chǔ)單元均寫入數(shù)據(jù)，然后才能做擦除，因此NAND的寫入速度相比NOR更快。
DRAM、NAND FLASH/NORFLASH三類存儲(chǔ)芯片對(duì)比
| DRAM | NAND FLASH | NOR FLASH |
成本 | 高 | 低 | 中 |
讀取速度 | 快 | 慢 | 中 |
寫入速度 | 快（無需擦除） | 中 | 低 |
容量 | 低 | 高 | 中 |
市場(chǎng)份額 | 56% | 41% | 2% |
NOR主要應(yīng)用于早期電腦與老式功能機(jī)，這些設(shè)備存儲(chǔ)器的主要需求在于讀取系統(tǒng)程序，讀取速度快的NOR占優(yōu)，但隨著智能手機(jī)的不斷發(fā)展，NAND寫入速度快的優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)，NOR的市場(chǎng)規(guī)模不斷萎縮，直到2016年后TWS耳機(jī)的興起NOR才逐漸走出谷底。
NAND近年來需要關(guān)注的技術(shù)變革為3D堆疊技術(shù)的應(yīng)用，不同于以往將存儲(chǔ)單元直接平鋪電路板上，而是像建高樓一樣，將存儲(chǔ)單元層層平鋪3D NAND將思路從提高制程工藝轉(zhuǎn)到在一定面積堆疊更多的存儲(chǔ)單元以提高容量。
全球NAND FLASH芯片目前由三星、鎧俠、SK海力士、西部數(shù)據(jù)與美光壟斷，CR5達(dá)到90%以上。國(guó)內(nèi)NAND領(lǐng)域龍頭企業(yè)為長(zhǎng)江存儲(chǔ)，長(zhǎng)江存儲(chǔ)采用設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)一體化的IDM模式，于2020年成功研發(fā)中國(guó)首款128層3D NAND閃存，并于2021年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，當(dāng)前三星、美光、SK海力士等第一梯隊(duì)廠商正在研發(fā)176層3D NAND閃存。NOR相比NAND市場(chǎng)規(guī)模較小，因此實(shí)力較強(qiáng)的存儲(chǔ)芯片廠商往往放棄這一領(lǐng)域，為國(guó)內(nèi)企業(yè)留出了一定的空間，臺(tái)灣企業(yè)旺宏電子、華邦電子與大陸企業(yè)兆易創(chuàng)新的市場(chǎng)份額合計(jì)占到70%，兆易創(chuàng)新的市場(chǎng)份額約20%。
相關(guān)領(lǐng)域龍頭企業(yè)?
兆易創(chuàng)新為我國(guó)存儲(chǔ)芯片龍頭企業(yè)，成立于2005年，目前主要業(yè)務(wù)為存儲(chǔ)芯片、微控制單元與傳感器的研發(fā)生產(chǎn)銷售。產(chǎn)品涵蓋消費(fèi)電子、個(gè)人電腦、汽車電子與工控設(shè)備領(lǐng)域。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)晶圓廠的投資巨大，存儲(chǔ)芯片的標(biāo)準(zhǔn)化程度相較邏輯芯片更高，存儲(chǔ)芯片呈現(xiàn)一定的大宗商品特征，周期性強(qiáng)。公司不斷進(jìn)行多賽道多產(chǎn)品的拓展，2008年介入NOR FLASH領(lǐng)域，2016年MCU產(chǎn)品開始產(chǎn)生收入，2019年開始傳感器與DRAM業(yè)務(wù)，在發(fā)展順利的前提下能夠?qū)崿F(xiàn)不同階段產(chǎn)品交替爆發(fā)貢獻(xiàn)收入，對(duì)沖行業(yè)的周期性，提升公司的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。存儲(chǔ)芯片是公司目前收入貢獻(xiàn)最大的部分，公司為全球市占率第三的NOR FLASH企業(yè)，DRAM業(yè)務(wù)則分為公司自有品牌的DRAM產(chǎn)品與代銷長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)的DRAM產(chǎn)品。公司的微控制單元（MCU）為國(guó)內(nèi)32位通用MCU領(lǐng)域的主流產(chǎn)品（系列后續(xù)有MCU專題），目前已應(yīng)用于家電與工控領(lǐng)域，車規(guī)級(jí)MCU流片已完成，有望于年中量產(chǎn)，值得關(guān)注。傳感器業(yè)務(wù)來源于公司對(duì)生物識(shí)別傳感器企業(yè)思立微的收購，思立微的指紋識(shí)別芯片市場(chǎng)份額為全球第三，觸控芯片市場(chǎng)份額也達(dá)到全球第四。
公司主要財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)
2016年-2020年公司營(yíng)收構(gòu)成（億元）
公司20年與21年上半年?duì)I收均呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，增速分別達(dá)到40.4%與119.6%，公司業(yè)績(jī)爆發(fā)的兩大推動(dòng)力分別是TWS耳機(jī)銷量的增長(zhǎng)與疫情期間海外龍頭的產(chǎn)能緊張。相比存儲(chǔ)芯片，MCU的毛利率較高，原因在于存儲(chǔ)芯片中含有代銷的長(zhǎng)鑫DRAM產(chǎn)品，公司2021年向MCU大量?jī)A斜產(chǎn)能，使得MCU2021年上半年增長(zhǎng)226.67%，MCU業(yè)務(wù)占比大幅提升，成為強(qiáng)勁的第二增長(zhǎng)曲線。2016年-2020年公司三類產(chǎn)品毛利率（%）
數(shù)據(jù)來源：公司年報(bào)
2016年-2021年上半年公司資產(chǎn)堆積圖（億元）
數(shù)據(jù)來源：公司年報(bào)
兆易創(chuàng)新采用Fabless模式，專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與營(yíng)銷環(huán)節(jié)，晶圓制造與封裝測(cè)試則外包專門的晶圓制造廠與封測(cè)廠，因此公司的資產(chǎn)構(gòu)成中貨幣資金、存貨與其它權(quán)益工具投資占比較大，三者2021年上半年在總資產(chǎn)中占63%。輕資產(chǎn)模式下公司無需較大的資本開支，因此在技術(shù)、規(guī)模大大落后于三星、美光、SK海力士的前提下毛利率還能高于三巨頭，使公司能在研發(fā)投入更多資源，資本開支較少也使得公司償債壓力較小，資產(chǎn)負(fù)債率常年在10%-15%。公司2017年其它權(quán)益工具投資（2018年前為可供出售金融資產(chǎn)）突增的原因在于公司入股晶圓制造廠商中芯國(guó)際與半導(dǎo)體設(shè)備廠商屹唐半導(dǎo)體。19年商譽(yù)突增的原因在于收購傳感器龍頭企業(yè)思立微，且合并成本大于其可辨認(rèn)凈資產(chǎn)，商譽(yù)突增帶來一定的減值風(fēng)險(xiǎn)，但占凈資產(chǎn)比例不到10%，風(fēng)險(xiǎn)可控。2016年-2020年公司研發(fā)支出（億元）及研發(fā)支出占營(yíng)收比例（%）
公司研發(fā)支出占收入比例不斷上升，由2016年的6.87%上升至2020年的12.03%，研發(fā)支出的年復(fù)合增長(zhǎng)率超過50%。研發(fā)支出大多以費(fèi)用化處理，影響當(dāng)期利潤(rùn)，2020年研發(fā)支出資本化率超為7.98%，公司凈利潤(rùn)的含金量高。公司研發(fā)支出的快速增長(zhǎng)源于研發(fā)人員數(shù)量的快速增加，2020年公司研發(fā)人員數(shù)量占比已超過70%。2016年-2020年公司研發(fā)人員(個(gè))與研研發(fā)人員占比（%）
數(shù)據(jù)來源：公司年報(bào)