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半导体行业DRAM研究报告2021

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半导体行业DRAM研究报告2021

DRAM研究报告,半导体行业,目录,一、DRAM投资逻辑框架,DRAM驱动力及增量市场 DRAM国产替代:合肥长鑫为最大希望 DRAM供需错配导致价格波动 二、详解DRAM:存储器最大细分领域 三、周期&需求:周期波动及需求分析 四、知己知彼:DRAM市场及竞争格局剖析 五、国内现状:大陆各DRAM厂商详解,DRAM 供需与周期关系详解:供需错配导致价格波动,0,2,4,6,8,10,12,2010/11 2011/1 2011/3 2011/5 2011/7 2011/9 2011/11 2012/1 2012/3 2012/5 2012/7 2012/9 2012/11 2013/1 2013/3 2013/5 2013/7 2013/9 2013/11 2014/1 2014/3 2014/5 2014/7 2014/9 2014/11 2015/1 2015/3 2015/5 2015/7 2015/9 2015/11 2016/1 2016/3 2016/5 2016/7 2016/9 2016/11 2017/1 2017/3 2017/5 2017/7 2017/9 2017/11 2018/1 2018/3 2018/5 2018/7 2018/9 2018/11 2019/1 2019/3 2019/5 2019/7 2019/9 2019/11 2020/1 2020/3 2020/5 2020/7 2020/9 2020/11 2021/1,DDR4 4Gb 512Mx8 2133/2400 MHz DDR4 8Gb 1Gx8 2133/2400 MHz DDR3 4Gb 512Mx8 1333/1600MHz DDR3 4Gb 256Mx16 1333/1600MHz DDR3 2Gb 256Mx8 White Brand DDR3 2Gb 128Mx16 1333/1600MHz,DDR4 4Gb 512Mx8 2133/2400 MHz White Brand DDR4 8Gb 1Gx8 2133/2400 MHz White Brand DDR3 4Gb 512Mx8 White Brand DDR3 4Gb 256Mx16 White Brand DDR3 2Gb 256Mx8 1333MHz DDR3 4Gb 256Mx16 White Brand,2019年达到周期底部,2020年上行周期开启。 2020年上半年受新冠疫情影响,服务器、智 能手机、PC需求激增带动DRAM价格迅速回升,新一轮上升的大趋势基本确定。从历史数据 及我们推演,DRAM行业周期上行通常将持续两年,看好2021-2022年DRAM行业保持稳 定增长。,单价(美金),目录,一、DRAM投资逻辑框架,二、详解DRAM:存储器最大细分领域 DRAM 定义与结构 DRAM 历史与发展 DRAM 分类及技术路径 DRAM 未来技术及制程 三、周期&需求:周期波动及需求分析 四、知己知彼:DRAM市场及竞争格局剖析 五、国内现状:大陆各DRAM厂商详解,DRAM定义与结构:易失性存储器,半导体存储从应用上可划分为易失性存储器(RAM,包括DRAM和SRAM等),以及非易 失性存储器(ROM和非ROM)。,存储器,磁性存储,半导体存储,易失性存储,其他RAM,MRAM等,SRAM,DRAM,RAM,非易失性存储,光学存储,NAND,非Flash类,Flash,ROM,NOR,非ROM类,PCM等,存储器分类,磁带,机械硬盘,软盘,蓝光,DVD,CD,SLC,TLC QLC,MLC,EEPROM OTPROM,PROM EPROM,DRAM定义与结构:易失性存储器,动态随机存储器(DRAM)和静态随机存储器(SRAM)同属于易失性存储器,在断电状 态下数据会丢失。两者因结构不同,其应用场景有很大的不同。 DRAM利用电容储存电荷多少来存储数据,需要定时刷新电路克服电容漏电问题,读写速 度比SRAM慢,常用于容量大的主存储器,如计算机、智能手机、服务器内存等。 SRAM读写速度快,制造成本高,常用于对容量要求较小的高速缓冲存储器,如CPU一级、 二级缓存等。,SRAM DRAM PCM NAND、NOR HDD、光盘 磁带,DRAM和SRAM对比各级存储器性能和价格变化趋势,DRAM定义与结构:晶体管结构、Bit Cell,DRAM属于临时存储区域,DRAM由许多重复的“单元”位元格(Bit Cell)组成,每一个cell由一个电容和一个晶体管(一般 是N沟道MOSFET控制电容充放电的开关)构成,电容可储存1bit数据量,充放电后电荷的多少(电 势高低)分别对应二进制数据0和1。晶体管MOSFET则是控制电容充放电的开关。DRAM结构简单,可 以做到面积很小,存储容量很大。 DRAM具有刷新特性。由于电容存在漏电现象,因此必须经常进行充电保持电势(刷新),这个刷新的 操作一直要持续到数据改变或者断电。,DRAM基本晶体管结构,行地址线路,闸极,列地址线路,电容(储存0或1),晶体管 MOSFET,输入源,键盘 鼠标 移动存储介质 扫描仪 远程资源 数码相机 ,ROM BIOS 硬盘网络存储 移动存储,物理内存虚拟内存 存储设备类型,高速缓存,L1/L2/L3,CPU寄存器,读 写 速 度 上 升 , 容 量 降 低,每 单 位 存 储 价 格 上 升,永久存 储区域,临时存 储区域,DRAM 内存,DRAM定义与结构:位元格,DRAM模组位元格形成矩阵结构,DRAM CHIPS,多个位元格(Bit Cell)组成矩阵结构,形成内存库,数个内存库形成DRAM存储芯片。内存库中,多个 字元线与位元线交叉,每个交点均存在一个位元格处理信息。字元线改变电压影响相应的位元格,位元格 将电流传至各自的位元线,由感测放大器侦测并放大电压变化。 DRAM的核心是利用0和1存储数据。感测放大器会将小幅增加的电压放大成高电压(代表逻辑1),把微 幅降低的电压放大成零电压(代表逻辑0),并将各个逻辑数值储存至一个多闩结构。,DRAM历史与发展:早期存储器的发展史,1942年,世界上第一台电子数字计算机ATANASOFF-BERRY COMPUTER(ABC)诞生,使用再生电容磁 鼓存储器存储数据。 1946年,随机存取存储器(RAM)问世,静电记忆管能在真空管内使用静电荷存储大约4000字节数据。 1947年,延迟线存储器被用于改良雷达声波。延迟线存储器是一种可以重刷新的存储器,仅能顺序存取 。同年磁芯存储器诞生,这是随机存取存储器(RAM)的早期版本。 1951年,磁带首次被用于计算机上存储数据,在UNIVAC计算机上作为主要的I/O设备,称为UNIVACO ,这就是商用计算机史上的第一台磁带机。 1956年,世界上第一个硬盘驱动器出现在了IBM的RAMAC 305计算机中,标志着磁盘存储时代的开始。 该计算机是第一台提供随机存取数据的计算机,同时还使用了磁鼓和磁芯存储器。 1965年,美国物理学家发明了只读式光盘存储器(CD-ROM),1966年提交了专利申请。 1982 年,光盘开始普及。 1966年,DRAM被发明。发明了动态随机存取存储器(DRAM),并于1968年申请了专利。 1970年,推出第一款商用DRAM芯片Intel 1103,彻底颠覆了磁存储技术。DRAM的出现解决 了磁芯存储器体积庞大,运行速度慢,存储密度低及能耗较高等问题。,早期DRAM发展途径,1942年 再生电容磁 鼓存储器,1946年 静电记忆管,1947年 延迟线存储器,1947年 磁芯存储器,1951年 磁带,1956年 硬盘驱动器,1965年 只读式光 盘存储器,1966年 DRAM被发明,1970年 Intel 1103,DRAM历史与发展:早期存储器的发展史,2005-2020年DRAM的市场规模,Intel 1103,100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% -40% -60%,1200 1000 800 600 400 200 0,2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020,销售额(亿美元),YoY(%),DRAM主要可以分为DDR(Double Data Rate)系列、LPDDR(Low Power Double Data Rate)系列和GDDR(Graphics Double Data Rate)系列、HBM系列。 DDR是内存模块中使输出增加一倍的技术,是目前主流的内存技术。 LPDDR具有低功耗的特性,主要应用于便携设备。 GDDR一般会匹配使用高性能显卡共同使用,适用于具有高带宽图形计算的领域。 云计算、大数据的兴起,服务器的数据容量和处理速度在不断提高,推动了DDR技术的升级 迭代,目前市场上主流技术规范为DDR4和LPDDR4,DDR5技术即将进入商用领域。,DRAM分类及技术路径: DDR,第一代SDR SDRAM (single data rate synchronous DRAM):单速率同步动态随机存储器。采用单端 (Single-Ended)时钟信号。 第二代DDR SDRAM (double data rate synchronous DRAM) :双倍速率同步动态随机存储器。DDR 的标称和SDRAM一样采用频率。截至2017年,DDR运行频率主要有100MHz、133MHz、166MHz三 种,由于DDR内存具有双倍速率传输数据的特性,因此在DDR内存的标识上采用了工作频率2的方法,也 就是DDR200、DDR266、DDR333和DDR400,一些内存厂商为了迎合发烧友的需求,推出了更高频 率的DDR内存。其最重要的改变是在界面数据传输上,在时钟信号的上升沿与下降沿均可进行数据处理 ,使数据传输率为SDR SDRAM 的2倍。寻址与控制信号则与SDRAM相同,仅在时钟上升沿传送。,记忆体阵列 (100-150 MHz),记忆体阵列 (100-200 MHz),记忆体阵列 (100-200 MHz),多 工 器,I/O (100-150 MHz),I/O (100-200 MHz),100-150 Mbps,200-400 Mbps,SDR,DDR,SDR与DDR架构,SDR与DDR内存条,DDR2,DRAM分类及技术路径: DDR,DDR2为双信道两次同步动态随机存取内存。DDR2内存是Prefetch带宽提升至4bit,是DDR的两倍,并且 能以内部控制总线4倍的速度运行。 在同样133MHz的核心频率下,DDR的实际工作频率为133MHzX2=266MHz,而DDR2可以达到 133MHzX4=533MHz。DDR2采用FBGA封装方式替代传统的TSOP方式,电气性能与散热性更佳。 DDR3为双信道三次同步动态随机存取内存。DDR3内存Prefetch宽度从4bit提升至8bit,核心同频率下数据传 输量是DDR2的两倍,DDR3传输速率介于 8001600 MT/s之间。,DDR2与DDR3架构,400-1066 Mbps,记忆体阵列 (100-266 MHz),记忆体阵列 (100-266 MHz),记忆体阵列 (100-266 MHz),记忆体阵列 (100-266 MHz),多 工 器,I/O (200-533 MHz),记忆体阵列 (100-266 MHz),记忆体阵列 (100-266 MHz),记忆体阵列 (100-266 MHz),记忆体阵列 (100-266 MHz),多 工 器,I/O (400-1066 MHz),800-2133 Mbps,DDR3,DDR2与DDR3内存条,DRAM分类及技术路径: DDR,DDR4采用记忆体分组技术,引入多组记忆体库,每组记忆体库容量与预存缓冲区容量与DDR3相 当。另有一个多工器从合适的记忆体库里选取输出资料。在

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