1、存储芯片研究框架DRAM深度报告证券研究报告 半导体行业 2020年4月3日目录目录一、一、DRAM投资逻辑框架投资逻辑框架DRAM驱动力及增量市场驱动力及增量市场DRAM国产替代：合肥国产替代：合肥长长鑫为鑫为最最大希望大希望 DRAM供需错配导致价供需错配导致价格格波动波动二、详解二、详解DRAM：存储：存储器器最大最大细细分领域分领域三、周期三、周期&需求：周期波需求：周期波动动及需及需求求分析分析四、知己知彼：四、知己知彼：DRAM市市场及场及竞竞争格争格局局剖析剖析 五、国内五、国内现状：大陆各现状：大陆各DRAM厂厂商详解商详解智能智能电视电视DRAM驱动力及增量市场驱动力及增量市
2、场资料来源：前瞻产业研究院，方正证券研究所整理居家居家办公办公 在在线线学习学习家具家具智能化智能化无人无人驾驶驾驶5G云计算云计算D R A M三三 巨巨 头头其其 他他 D R A M厂厂 商商PCIoT机顶盒机顶盒汽车汽车电子电子智能智能手机手机基站基站与网与网络络设备设备服务器服务器620亿亿美元美元2018年年1219亿美元亿美元2026年年市市 场场 份份 额额DRAM市场前景市场前景市场驱动力市场驱动力增量应用市场增量应用市场主要主要DRAM厂商厂商全球全球DRAM市场规模市场规模大大 陆陆DRAM国产替代：合肥长鑫为最大希望国产替代：合肥长鑫为最大希望资料来源：方正证券研究所整
3、理大陆大陆DRAM厂商厂商合作方合作方技术来源技术来源资本合作资本合作芯片代工芯片代工技术来源技术来源现状现状美国商务美国商务 部封杀，部封杀， 暂时停摆暂时停摆尚无量产能力尚无量产能力月产能月产能4万片，冲击万片，冲击8万片万片DRAM 供需与周期关系详解：供需错配导致价格波动供需与周期关系详解：供需错配导致价格波动资料来源：Bloomberg数据库、方正证券研究所整理0246810122010/112011/12011/32011/52011/72011/92011/112012/12012/32012/52012/72012/92012/112013/12013/32013/52013/
4、72013/92013/112014/12014/32014/52014/72014/92014/112015/12015/32015/52015/72015/92015/112016/12016/32016/52016/72016/92016/112017/12017/32017/52017/72017/92017/112018/12018/32018/52018/72018/92018/112019/12019/32019/52019/72019/92019/112020/12020/32020/52020/72020/92020/112021/1DDR4 4Gb 512Mx8 2133/
5、2400 MHz DDR4 8Gb 1Gx8 2133/2400 MHz DDR3 4Gb 512Mx8 1333/1600MHz DDR3 4Gb 256Mx16 1333/1600MHzDDR3 2Gb 256Mx8 White BrandDDR3 2Gb 128Mx16 1333/1600MHzDDR4 4Gb 512Mx8 2133/2400 MHz White Brand DDR4 8Gb 1Gx8 2133/2400 MHz White Brand DDR3 4Gb 512Mx8 White BrandDDR3 4Gb 256Mx16 White Brand DDR3 2Gb 25
6、6Mx8 1333MHzDDR3 4Gb 256Mx16 White Brand2019年达年达到到周期底部周期底部，2020年年上行上行周周期开期开启启。 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行业周期上行通常行业周期上行通常将将持续持续两两年，年，看看好好2021-2022年年DRAM行业行业保保持稳持稳 定增长。定增长。单价（美金）单价（美金）目录目录一、一、DRAM投资逻辑框架投资逻辑框架二、详解二、详解DRAM：存储存储器器最大最大细细分领域分领域DRAM 定义与结构定义与
7、结构 DRAM 历史与发展历史与发展 DRAM 分类及技分类及技术路径术路径 DRAM 未来技术及制未来技术及制程程三、周期三、周期&需求：周期波需求：周期波动动及需及需求求分析分析四、知己知彼：四、知己知彼：DRAM市市场及场及竞竞争格争格局局剖析剖析 五、国内现状：大陆各五、国内现状：大陆各DRAM厂厂商详解商详解资料来源：联想创投，方正证券研究所整理DRAM定义与结构：易失性存储器定义与结构：易失性存储器半导体存储从应用上可划分为易失易失性性存储存储器器（RAM，包包括括DRAM和和SRAM等），等），以以及及非非易易 失性存储器失性存储器（ROM和非和非ROM）。存储器存储器磁性存储磁
8、性存储半导体存储半导体存储易失性存储易失性存储其他其他RAMMRAM等等SRAMDRAMRAM非易失性存储非易失性存储光学存储光学存储NAND非非Flash类类FlashROM非非ROM类类PCM等等存储器分类存储器分类磁带磁带机械硬盘机械硬盘软盘软盘蓝光蓝光DVDCDSLCMLCTLCQLCPROMEPROMEEPROMOTPROMNOR资料来源：电子工程世界，Semiconductor Engineering，方正证券研究所整理DRAM定义与结构：易失性存储器定义与结构：易失性存储器 动态随机存储器（动态随机存储器（DRAM）和静态）和静态随随机存机存储储器器（SRAM）同同属于属于易易失
9、失性性存储存储器器，在，在断断电电状状 态下数据会丢失。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，需需要定要定时时刷新刷新电电路路克克服电服电容容漏电漏电问问题题，读写速 度比SRAM慢，常用于容量大的主容量大的主存存储器储器，如计如计算算机机、智能智能手手机、机、服服务务器器内存内存等等。 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。DRAMSRAM晶圆结构图晶圆结构图速度速度较慢较快容量容量大小单成本单成本便宜贵用例用例主内存1级和2级微处理器缓存密度密度每个单元的密度低每个单元密度
10、更密集功率功率高低SRAMDRAM PCMNAND、NORHDD、光盘 磁带DRAM和和SRAM对比对比各级存储器性能和价格变化趋各级存储器性能和价格变化趋势势DRAM定义与结构：晶体管结构定义与结构：晶体管结构、Bit CellDRAM属于临时存储区域属于临时存储区域资料来源：半导体行业观察，百度百科，方正证券研究所整理 DRAM由由许许多多重复重复的的“单单元元”位位元元格（格（Bit Cell）组组成成，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，电容电容可可储储存存1bit数数据据量量，充放电后电荷的多少（电 势高低）分别对应二进制数据0
11、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具具有有刷刷新特新特性。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基本晶体管结构基本晶体管结构行地址线路行地址线路闸极闸极列地址线路列地址线路电容电容(储存储存0或或1）晶体晶体管管 MOSFET输入源输入源键盘 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存储设备类型高速缓存高速缓存L1/L2/L3CPU寄存器寄存器读读 写写 速速 度
12、度 上上 升升，容容 量量 降降 低低每每 单单 位位 存存 储储 价价 格格 上上 升升永久存永久存储区域储区域临时存临时存储区域储区域DRAM内存内存DRAM定义与结构：位元格定义与结构：位元格资料来源：苏宁，Wikipedia，方正证券研究所整理DRAM模模组组位元格形成矩阵结构位元格形成矩阵结构DRAM CHIPS 多个多个位元位元格格（Bit Cell）组组成成矩阵矩阵结结构，构，形形成内成内存存库，库，数数个内个内存存库形库形成成DRAM存储芯存储芯片片。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
13、元线，由感测放大器侦测并放大电压变化。 DRAM的的核核心心是利是利用用0和和1存储数存储数据据。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历史与发展：早期存储器的发展史资料来源：方正证券研究所整理 1942年，世界上第一台电子数字计算机ATANASOFF-BERRY COMPUTER（ABC）诞生，使用再再生生电电容容磁磁 鼓鼓存储存储器器存储数据。 1946年，随机存取存储器（RAM）问世，静电静电记记忆管忆管能在真空管内使用静电荷存储大约4000字节数据。
14、 1947年，延延迟迟线线存储存储器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。同年磁磁芯存储芯存储器器诞生，这是随机存取存储器（RAM）的早期版本。 1951年，磁磁带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，世界上第一个硬盘硬盘驱驱动器动器出现在了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Russell发明了只读式只读式光光盘存盘存储储器器（
15、CD-ROM），1966年提交了专利申请。 1982年，索尼和飞利浦公司发布了世界上第一部商用CD音频播放器CDP-101，光盘开始普及。 1966年年，DRAM被被发发明明。IBM Thomas J. Watson 研究中心的Robert H. Dennard发明了动态随机存取存储器（DRAM），并于1968年申请了专利。 1970年年，Intel公公司司推出推出第第一款一款商商用用DRAM芯片芯片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。早期早期DRAM发展途径发展途径1942年年再生电容磁再生电容磁鼓存储
16、器鼓存储器1946年年静电记忆管静电记忆管1947年年延迟线存储器延迟线存储器1947年年磁芯存储器磁芯存储器1951年年磁带磁带1956年年硬盘驱动器硬盘驱动器1965年年只读式光只读式光 盘存储器盘存储器1966年年DRAM被发明被发明1970年年Intel1103DRAM历史与发展：早期存储器的发展史历史与发展：早期存储器的发展史资料来源：中关村在线，IC Insights，方正证券研究所整理 2005-2020年年DRAM的市场规模的市场规模 Intel 1103100%80%60%40%20%0%-20%-40%-60%1200100080060040020002005 2006 2
17、007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020销售额（亿美元）YoY（%） DRAM主要可以分为分为DDR（Double Data Rate）系列系列、LPDDR（Low Power Double Data Rate）系列系列和和GDDR（Graphics Double Data Rate）系列、系列、HBM系系列列。 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具有低功耗的特具有低功耗的特性性，主要应用于便携设备。 GDDR一般会匹配使用高性能显卡共一般会匹配使用高性能显卡
18、共同同使使用用，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分类及技术路径分类及技术路径： DDR资料来源：半导体行业观察，搜狐，方正证券研究所整理 第一第一代代SDR SDRAM (single data rate synchronous DRAM)：单单速率同速率同步步动态动态随随机存机存储储器器。采用单端（Single-Ended）时钟信号。 第二第二代代DDR SDRAM (double data rate synchro
19、nous DRAM) ：双倍双倍速速率率同同步步动动态态随随机机存存储储器器。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，因此因此在在DDR内内存存的标的标识识上采上采用用了工了工作作频频率率2的方的方法法，也也 就就是是DDR200、DDR266、DDR333和和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，在时在时钟钟信号信号的的上升上升沿沿与下与下降降沿均沿均可可进行进行数数据处据处理理 ，使数据传输率
20、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。记忆体阵列记忆体阵列(100-150 MHz)记忆体阵列记忆体阵列(100-200 MHz)记忆体阵列记忆体阵列(100-200 MHz)多多 工工 器器I/O(100-150 MHz)I/O(100-200 MHz)100-150 Mbps200-400 MbpsSDRDDRSDR与与DDR架构架构SDR与与DDR内存条内存条DDR2DRAM分类及技术路径分类及技术路径： DDR资料来源：半导体行业观察，Newegg，京东，方正证券研究所整理 DDR2为为双双信信道道两两次次同同步步动动态态随随机机存存取取内
21、内存存。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。 在同在同样样133MHz的核心的核心频频率下率下，DDR的实际工作频率为133MHzX2=266MHz，而而DDR2可以可以达达到到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为为双信双信道道三次三次同同步动步动态态随机随机存存取内取内存存。DDR3内存Prefetch宽度从4bit提升至8bit，核心同核心同频频率下率下数数据据传传 输输量是量是DDR2的两的两倍倍，DDR3传输速率介于 8001600 MT/
22、s之间。DDR2与与DDR3架构架构400-1066 Mbps记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵记忆体阵列列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)多多 工工 器器I/O(200-533 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵记忆体阵列列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)多多 工工 器器I/O(400-1066 MHz)800-2133 MbpsDDR3DDR2与与DDR3内
23、存条内存条DRAM分类及技术路径分类及技术路径： DDR资料来源：半导体行业观察，方正证券研究所整理 DDR4采用记采用记忆体忆体分分组技组技术术，引入多组记忆体库，每组记忆体库容量与预存缓冲区容量每组记忆体库容量与预存缓冲区容量与与DDR3相相 当。当。另有一个多工器从合适的记忆体库里选取输出资料。在连续存取不同分组的资料时，I/O速率 再次实现翻倍。 DDR5计计划引划引用用已应已应用在用在LPDDR4中中的的通道通道分分裂技裂技术术。将将64位元位元的的传输传输通通道分道分成成两个两个独独立立的的32位元通道位元通道，并，并再次再次将将预存预存取取空间空间翻翻倍倍。如此增加预存取的资料量
24、将再次提升传输速率。DDR5目前还未普及，预计 量产时间为2022年DDR4架构架构历代历代DDR参数对比参数对比记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)多多 工工 器器8N记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵列记忆体阵列 (100-266 MHz)记忆体阵记忆体阵列列 (100-266 MHz)多多 工工 器器8N多多 工工 器器DDR4I/O (667- 1600MHz)1
25、333-3200Mbps记忆体记忆体分组分组 0记忆体记忆体分组分组 1规格规格DDRDDR2DDR3DDR4DDR5Vdd(V)2.51.81.5 (1.35DDR3L)1.21.1Vpp(V)内部内部内部2.5V/内部时内部时钟钟(MHz)100 - 200100 - 266(OC) 133 - 300(OC) 133 - 300(OC)133 -200I/O时时钟钟(MHz)100 - 200200 - 533533 - 12001066 - 24002133 - 3200预取缓冲区大小预取缓冲区大小2n4n8n8n16n最大传输最大传输率率(MT/s)200-400400 - 1066
26、1066 - 24002133 - 48004266 - 6400每每DIMM最大传输率最大传输率(GB/s)1.6 - 3.23.2 - 8.56.4 - 19.219.2 - 38.434.1 - 51.2记忆体库数量记忆体库数量48816 in 4 groups 32 in x groups晶片密度晶片密度256Mb -1Gb512Mb - 4Gb1Gb - 8Gb4Gb - 32Gb15Gb - 32Gb典型模组密度典型模组密度1GB4GB8GB16GB32GBDIMM接脚数接脚数184240240288288CMD/位址汇流排位址汇流排/24 bit SDR(具有ODT架构)2x7
27、bit DDR(不具 ODT架构)通道频宽通道频宽6464646432DRAM分类及技术路径分类及技术路径： DDR演进及市占率演进及市占率 目前目前DDR型型DRAM市市场场上上，速速度度更更快快的的DDR4占占 主主要比要比例例。2019年占比达到77%，在DDR5未全 面量产下有望进一步提高比例。 DRAM市场呈市场呈现明现明显的新显的新型型DRAM产产品逐渐取品逐渐取代代 老老款款DRAM趋势趋势，老款DRAM逐渐被淘汰或转为 利基型DRAM。第一代DDR已经停产，DDR2在 2010年占比高达30%，而这一比例到2019年仅 剩1%，仅应用在利基市场。多代多代DDR市占率变化市占率变
28、化历代历代DDR的速度及工作电压的速度及工作电压012301000200030004000DDRDDR4DDR2速度(Mbps)DDR3电压(V)100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%2010201120122013201420152016201720182019DDRDDR2DDR3DDR4资料来源： 与非网，方正证券研究所整理DRAM分类及技术路径分类及技术路径： LPDDR LPDDR封装层叠示意图封装层叠示意图 资料来源：半导体行业观察，方正证券研究所整理 LPDDR（low power DDR）指的是指的是低低功耗功耗双双倍数倍数据据传输传输率率，其，其目
29、目的是的是降降低存低存储储器的器的功功耗耗。主要是通过 减小存储器与CPU之间的导线电阻和减小通道宽度来实现低功率的运行。 通过通过改改变变存存储储器器位位置置或或封封装装层层叠叠技技术术降降低低功功耗耗。将存储器焊接在主机板上与CPU紧邻的位置，或是采采用用封封装装 层层叠技叠技术术直接直接堆堆叠在叠在处处理器理器上上方方（通常是SoC）使得LPDDR存储器与处理器紧密整合使线电阻减小，进 而降低功耗。 LPDDR无无固固定定通道通道宽宽度，度，一一般般为为32bit，小于，小于普普通通DDR，且且LPDDR运行运行电电压较压较低低，从，从而而实现实现节节能。能。 历历代代LPDDR参数对比
30、参数对比 规格规格LPDDRLPDDR2 LPDDR3 LPDDR4LPDDR4X LPDDR5Vdd(V)1.81.21.21.11.1 and 0.6Max 1.1 and0.6内部时脉内部时脉(MHz)200 - 266200 - 266200 - 266200266200I/O时脉时脉(MHz)200 - 266400 - 533800 - 1066160021333200预取缓冲区大小预取缓冲区大小2n4n8n16n16n16n突发长度突发长度16 - 32最大传输率最大传输率(MT/s)400 - 533800 - 10661600 -2133320042666400每每32位元汇
31、流排最大位元汇流排最大 传输率传输率(GB/s)1.6 - 2.13.2 - 4.26.4 - 8.512.81725.6记忆体库数量记忆体库数量/88816, in groups晶片密度晶片密度/64Mb -8Gb1Gb - 32Gb 4Gb - 32Gb/CMD/位址汇流排位址汇流排19 bit SDR10 bit SDR10 bit SDR6 bit SDR, multicycle commands/通道频宽通道频宽3232322x1616 or 2x161x16堆叠记忆体晶片堆叠记忆体晶片较低密度较低密度I/O的的BGA锡球锡球 将记忆体晶片连接至封装将记忆体晶片连接至封装 底部的焊垫
32、上方底部的焊垫上方高密度高密度I/O的的BGA锡球将锡球将ASIC逻逻辑晶片连接至主机板辑晶片连接至主机板金或铜焊线封装金或铜焊线封装单一或多个单一或多个ASIC逻辑晶片逻辑晶片导线载板（基本上是小片导线载板（基本上是小片的的PCB）DRAM分类及技术路径分类及技术路径： GDDR GDDR参数对比参数对比资料来源：半导体行业观察，方正证券研究所整理GDDR是绘是绘图用双倍数据传输率（图用双倍数据传输率（graphics DDR），），为为专门适配绘图芯片的存储器专门适配绘图芯片的存储器。与传统DDR芯片相比，GDDR芯片的 频宽更宽，且每个芯片都直接连接至GPU，多个GDDR并行产生更宽的数
33、据带宽。多个GDDR的接线不需通过多工器处理，并通过使用更小的阵更小的阵列列以及更大的周边电路更大的周边电路提升了其读取速度，并提升I/O时脉速度，同时降低GDDR的记忆体密度。GDDR与处与处理器的紧密排列限制了内存的最终兼容理器的紧密排列限制了内存的最终兼容。一般的大尺寸GPU最多和12个GGDR芯片紧密整合。各代各代GDDR升级路径与升级路径与DDR类似，初期不分家。类似，初期不分家。初期时 DDR/GDDR、DDR2/GDDR2 其实规范差异很小，频率等参数基本 上都是一致，因此当时显卡即可以用 DDR2 颗粒，也可以用 GDDR2 显存颗粒。自GDDR3 显存开始，其成为专为图形处理
34、 开发的一种新型内存。GDDR5基于DDR3采用差分时脉，可同时开启两个记忆分页。GDDR5X采用了具备16n缓冲区的四倍 数据传输率（quad data rate：QDR）模式。GDDR6采用了类似于LPDDR4的通道分裂技术。GDDR与处理器排列示意图与处理器排列示意图外接记忆体外接记忆体矽晶片矽晶片GDDR5规格规格GDDR3GDDR4GDDR5GDDR5XGDDR6Vdd(V)/1.51.35 1.51.351.25 1.35Vpp(V)/N/A1.8/内部时脉内部时脉(MHz)/625 - 1000625 - 8251000I/O CMD时脉时脉(MHz)/1250 - 200012
35、50 - 17502000I/O CMD时脉时脉(MHz)/2500 40002500 - 35004000预取缓冲区大小预取缓冲区大小4n8n8n8n DDR or 16n QDR16n QDR突发长度突发长度/88 or 1616最大传输率最大传输率(MT/s)/5 - 810 - 1416每每32位元汇流排最大传位元汇流排最大传 输率输率(GB/s)/20 - 3240 - 5664存取粒度存取粒度(bytes)/32642x32I/O 频宽频宽/x32/x16x32/x162chx16/x8记忆体库数量记忆体库数量/816 (no groups) 16 (no groups)16 (n
36、o groups)晶体密度晶体密度(Gb)/4 - 888 - 32接脚数量接脚数量/170190180DRAM分类及技术路径分类及技术路径： HBMHBM节点发展史节点发展史资料来源：半导体行业观察，方正证券研究所整理 HBM相相较于较于GDDR更更先先进进，开开启启了了DRAM 3D化道化道路。路。 HBM位于连接GPU与芯片的中介层上，使用被动式硅中介层。这种中介层不含任何主动元件，能能容容纳纳更更多多的的平行平行导线导线，从而从而提提供极供极宽宽的带的带宽宽，但，但成成本较本较高高。 内存内存芯片芯片与与处理处理器器间导间导线线极短极短及及低频低频特特性性使使HBM能耗大能耗大幅降幅降
37、低。低。存储芯片相互堆叠，通过大量硅穿孔连结至底 部的逻辑芯片，再通过中介层的宽汇流排连接至处理器。高位宽允许芯片I/O时脉降至低频。 HBM结构示意图结构示意图 HBM位置示意图位置示意图规格规格HBMHBM2Vdd(V)1.21.2Vpp(V)2.5堆叠高度堆叠高度4 - 84 - 8内部时脉内部时脉(MHz)500500I/O 时脉时脉(MHz)5001000 - 2000晶体密度最大值晶体密度最大值4Gb8Gb每晶片的通道数每晶片的通道数22每堆的通道数每堆的通道数88通道宽度通道宽度(位元位元)128128每通道的记忆体库数量每通道的记忆体库数量816 - 32预取数预取数2n4n脉
38、冲时间脉冲时间24每接脚的资料率每接脚的资料率(GT/s)0.8 - 1.22 - 2.4堆叠密度堆叠密度(GB)48 - 16堆叠接脚数堆叠接脚数10241024堆叠频宽堆叠频宽(GB/s)128256 - 607记忆体堆记忆体堆CPU/GPU封装基板封装基板逻辑晶片逻辑晶片中介层中介层HBM DRAM从从2D架构架构转向转向3D架构架构是是未来未来的的主主要要趋趋势之势之一一。3D DRAM是将存储单元（Cell）堆叠至逻辑单元 上方以实现在单位晶圆面积上产出上更多的产量。相较于普通的平面DRAM，3D DRAM可以有可以有效降低效降低 DRAM的单位的单位成成本本。 其他其他发展发展路路
39、径径：采用铁采用铁电电材料材料的的设计设计电电容容（ferro capacitor）以延长DRAM位元格储存电荷的时间延长。 具有改善DRAM的资料保存时间（retention time），减小刷新的负担、快速开启或关闭低功耗模式、实 现更低的备用功耗，以及进一步推动DRAM的规模化等优点。使用低使用低漏漏电流电流沉沉积的积的薄薄膜晶膜晶体体管管（thin-film transistor），例如氧化铟镓锌，来取代DRAM位元格内的硅基晶体管，以大幅降低储存单元的面积。资料来源：Besang，方正证券研究所整理DRAM未来技术及制程未来技术及制程3D DRAM 结构示意图结构示意图DRAM未来技
40、术及制程：进入未来技术及制程：进入10nm阶段阶段 当当前前处处于于10nm阶阶段段，1Znm为为最最新新量量产产技术。技术。全球前三大厂商三星、海力士、美光在2016年-2017 年进入1Xnm（ 16nm-19nm）阶段， 2018-2019 年为1Ynm（ 14nm-16nm） ，2020 年至今正处于 1Znm（12-14nm）时代。 10nm进进入入第第四阶四阶段段，1a(1)nm工工艺艺即将即将到到来来。在10nm领域，第4代产品已经提上日程，三星、海力士使用字母a、b、c作为1Znm技术的延续，美光则选择、来命名。 三星领先，美光三星领先，美光、海力士紧随其后海力士紧随其后。三星
41、已于2020年上半年完成首批1anm制程DRAM的出货，美光、海 力士目前还未达到量产阶段。目目前我前我国国DRAM行行业最业最先先进的进的长长鑫正鑫正处处于于1Xnm阶阶段段，落后约4年时间。三巨头及长鑫工艺尺寸发展历程三巨头及长鑫工艺尺寸发展历程三星三星海力士海力士美光美光长鑫长鑫2016资料来源：方正证券研究所整理201720182019202020212022Q11Xnm1Ynm1Znm1nm1nm20nm1Xnm1Ynm1Znm1nm20nm1Xnm1Ynm1Znm1nm19nm17nmDRAM未来技术及制程：处于未来技术及制程：处于10nm阶段阶段资料来源： IC Insights
42、、ASML官网，方正证券研究所整理 工艺升工艺升级级速度速度减减缓缓，尺寸，尺寸工工艺减艺减小进小进程遇阻程遇阻。DRAM领域的bit growth从1994年至今始终处于下滑趋势， 增速从70%（1994年-2003）降低至20%（2017年以后），主要是因为当工艺尺寸减小时，DRAM的良 率无法得到控制。 DUV即将达到极即将达到极限限，EUV是下一代是下一代光光刻技刻技术术。目前DRAM领域最为成熟的光刻技术是193nmDUV光刻机，其最大极限在大约10nm，目前DUV技术的精确度已经接近极限。下下一一代代13.5nmEUV光光刻机刻机是是DRAM工工 艺节点实现艺节点实现10nm以下突
43、破以下突破的的关关键键，EUV可以通过减少光罩次数来进一步压低成本并提高产能。但ASML的 EUV一年产能仅十几台，难以满足当前需求。 三巨头仅三星已三巨头仅三星已进进行行EUV技术试生技术试生产产阶阶段段，于2020年已出货首批用EUV进行制造的1Xnm级别DRAM。海 力士及美光紧随其后，皆在2020年初发布对于EUV技术生产的计划。目目前前EUV经经济济效效益低益低于于DUV，但随但随 着着DRAM工艺技术工艺技术不不断进断进步步，EUV必必将是将是抢抢占未占未来来市场市场的的关键关键所所在在。1994-2014年位元成长率估计年位元成长率估计ASML EUV 光刻机光刻机100%90%
44、80%70%60%50%40%30%20%10%0%199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014Bit Growth（%）目录目录一、一、DRAM投资逻辑框架投资逻辑框架二、详解二、详解DRAM：存储存储器器最大最大细细分领域分领域三、周期三、周期&需求需求：周期周期波波动动及需及需求求分析分析DRAM 行业变革及周期行业变革及周期 DRAM 供需与周期关系详解供需与周期关系详解 DRAM 六大需求剖析六大需求剖析四、知己知彼：四、知己知彼：DRAM市市场及场及竞竞争格争
45、格局局剖析剖析五、国内现状：大陆各五、国内现状：大陆各DRAM厂厂商详解商详解DRAM 行业变革及周期：从销售额看行业演变行业变革及周期：从销售额看行业演变资料来源：Smithsonianchips，Vlsiresearch，IC Insights，方正证券研究所整理-100%-50%0%50%100%150%020040060080010001200198519871989199119931995199719992001200320052007200920112013201520172019销售额（亿美元）全球金融危机全球金融危机PC推动推动PC&Notebook推动推动YoY（%）智能手机
46、智能手机&服务器推动服务器推动AIOT 200%LG、TI退出退出奇梦达退出奇梦达退出尔必达退出尔必达退出中国合肥长鑫加入中国合肥长鑫加入欧债危机欧债危机新冠疫情新冠疫情美日半导体协议美日半导体协议互联网泡沫破灭互联网泡沫破灭亚洲金融危机亚洲金融危机CAGR=12%主要玩家演变：iPhone4 上市上市DRAM芯片需求经历了芯片需求经历了PC推动周期、推动周期、PC&Notebook推动周期，目前正处于智能手机推动周期，目前正处于智能手机&服务器服务器&AloT推动周期。推动周期。2010年iPhone 4正式开启移动端的巨大增量，叠加云服务器端需求不断上涨，DRAM迎来第三轮爆发式的增长并持
47、续至今。DRAM 供需与周期关系详解供需与周期关系详解资料来源：IC Insights、方正证券研究所整理01345670200400600800100012002001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020市场规模（亿美元）ASP（美元)量价齐升量价齐升价跌量涨价跌量涨量价齐跌量价齐跌2价涨量跌价涨量跌三星三星18nm量产量产三星三星20nm量产量产三星三星28nm量产量产三星三星36nm量产量产三星三星40nm量产量产三星三星60nm量产量
48、产三星三星80nm量产量产三星三星90nm量产量产三星三星0.10m量量产产DDR2DDR3 OneDRAMDDR4、LPDDR3Low Latency DRAM混合DIMM LPDDR4LPDDR2LPDDR4DDR5LPDDR5GDDR5主流内存标注：新制程良率低新制程良率低中美贸易战、中美贸易战、 日韩贸易摩擦日韩贸易摩擦宏观经济复苏与产品生命周期来临DRAM供小于求 PC、智能手机、智能手机等等设设备备的的需需求求量量上上升升 DRAM供大于求ASP下降，下游厂下降，下游厂商大商大量量补库存补库存ASP上升，上升，厂商预期增加，扩产能 亏损厂商退出，全球供给减小新一轮的刺激新一轮的刺激
49、GDDR6DRAM 供需与周期关系详解：供需错配导致价格波动供需与周期关系详解：供需错配导致价格波动资料来源：Bloomberg数据库、方正证券研究所整理0246810122010/112011/12011/32011/52011/72011/92011/112012/12012/32012/52012/72012/92012/112013/12013/32013/52013/72013/92013/112014/12014/32014/52014/72014/92014/112015/12015/32015/52015/72015/92015/112016/12016/32016/52016
50、/72016/92016/112017/12017/32017/52017/72017/92017/112018/12018/32018/52018/72018/92018/112019/12019/32019/52019/72019/92019/112020/12020/32020/52020/72020/92020/112021/1DDR4 4Gb 512Mx8 2133/2400 MHz DDR4 8Gb 1Gx8 2133/2400 MHz DDR3 4Gb 512Mx8 1333/1600MHz DDR3 4Gb 256Mx16 1333/1600MHzDDR3 2Gb 256Mx8
