本文來自“深度報告：存儲市場柳暗花明，國產替代未艾方興”。存儲芯片屬于半導體中集成電路的范疇，是目前應用面最廣、標準化程度最高的集成電路基礎性產品之一。半導體按照產品分類可分為光電器件、傳感器件、分立器件和集成電路四大類，占半導體價值量比例最高的為集成電路，約占整個半導體行業市場規模的 82.64%，其主要包括模擬芯片、微處理器芯片、邏輯芯片和存儲芯片等四種。

存儲設備是計算機系統中用于存儲和讀取數據的硬件組件，按存儲介質不同可分為光學存儲、磁性存儲和半導體存儲。

光存儲器是指用光學方法從光存儲媒體上讀取和存儲數據的一種設備，一般指光盤機、光帶機和光卡機等。

磁性存儲，是指利用磁能方式存儲信息的磁介質設備，其存儲與讀取過程需要磁性盤片的機械運動，目前廣泛應用于 PC硬盤、移動硬盤等領域；

存儲芯片，又稱為半導體存儲器，是指利用電能方式存儲信息的半導體介質設備，其存儲與讀取過程體現為電子的存儲或釋放，廣泛應用于內存、U 盤、消費電子、智能終端、固態存儲硬盤等領域。

按照斷電后是否保留存儲的信息，存儲芯片主要可分為易失性存儲芯片（RAM）和非易失性存儲芯片（ROM）。

RAM 為隨機存儲器，斷電后不會保存數據，主要產品包括 SRAM 和 DRAM，DRAM 即動態隨機存儲器，使用電容存儲，DRAM 的一個比特使用一個電容和一個晶體管存儲，由于電容會漏電，因此需要定時刷新一次存儲單元來保持數據；SRAM 即靜態隨機存儲器，其內部結構比 DRAM 復雜，可以在不刷新電路下保存數據。

ROM 是一種存儲固定信息的存儲器，在正常工作狀態下只能讀取數據，不能即時修改或重新寫入數據，在外部電源切斷后仍能保存數據，讀取速度較慢但存儲容量更大，主要包括 EEPROM（帶電可擦可編程只讀存儲器）、Flash (閃存芯片)、PROM(可編程只讀存儲器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲器)等。

根據具體的功能，可以將計算機中的存儲器細分為寄存器、高速緩存、主存儲器、磁盤緩存、固定磁盤、可移動存儲介質等 6 層。從 CPU Cache、內存到 SSD 和 HDD，構成了計算機的存儲體系，各層只和相鄰的層交換數據，隨著層級由高到低，設備容量變大、離 CPU 距離變遠、訪問速度變慢、傳輸時間變長，并且每字節的造價成本也越來越便宜。

CPU中的寄存器位于最頂部，記為L0，它使用 SRAM 芯片做成，集成在CPU 的內部，其容量有限、速度極快、和 CPU 同步；

緩存是一種小而快的存儲器，一般作為 DRAM 的緩沖，采用 SRAM 技術實現，通常也會被集成在 CPU 內部；

主存一般由 DRAM 組成，和SRAM 不同，其存儲密度更高，容量更大，價格更低，速度也更慢。綜合來看，SRAM 價格貴、速度快，DRAM 價格便宜、容量更大，SSD 和 HDD 硬盤作為外部存儲設備容量更大、成本更低、離 CPU 更遠、訪問速度更慢。

DRAM 和 FLASH 是目前市場上最為主要的存儲芯片。FLASH 可分為 NOR 和NAND 兩種，兩者區別在于存儲單元連接方式不同，導致兩者讀取方式不同，NAND 由于引腳上復用，因此讀取速度比 NOR 慢一點，但是擦除和寫入速度比 NOR 快很多；NAND內部電路更簡單，因此數據密度大，體積小，成本也低，市場上一些大容量的 FLASH 都采用 NAND 型，例如 SSD、U 盤、SD 卡、EMMC。

相比于 Flash 與 Nor，DRAM 具有較高讀寫速度、存儲時間短等優勢，但單位成本更高，主要用于 PC 內存(如 DDR)、手機內存(如 LPDDR)和服務器等設備等。

存儲芯片行業產業鏈上游參與者包括硅片、光刻膠、靶材、拋光材料、電子特種氣體等半導體材料供應商和***、PVD、CVD、刻蝕設備、清洗設備、封測設備等半導體設備供應商。

產業鏈中游為存儲芯片制造商，主要負責存儲芯片的設計、制造和封測，常見的存儲芯片包括 DRAM、NAND 閃存芯片和 NOR 閃存芯片等；

產業鏈下游為消費電子、汽車電子、信息通信、人工智能等應用領域內的企業，各類電子化和智能化設備都離不開存儲芯片應用。

存儲芯片產業鏈主要由集成電路設計、晶圓制造、封裝和測試、模組廠商集成等環節組成，從經營模式來看，主要分為 IDM 和垂直分工模式。

IDM 模式指企業業務覆蓋 IC 設計、制造、封裝和測試的所有環節，大部分國際存儲芯片大廠均為 IDM 模式，例如東芝半導體、三星半導體、飛索半導體、美光科技等大型跨國企業。

垂直分工模式，即 Fabless（無晶圓制造的設計公司）+Foundry（晶圓代工廠）+OSAT（封裝測試企業），Fabless 模式是指無晶圓生產線集成電路設計模式，即企業只進行集成電路的設計和銷售，將制造、封裝和測試等生產環節外包，例如高通、聯發科、AMD、華大半導體等；Foundry 即晶圓代工廠，它是一種只負責芯片制造，不負責芯片設計環節的一種產業運作模式

在臺積電成立以前，半導體行業只有 IDM 一種模式，經過半個多世紀發展，全球半導體產業鏈逐步朝向分工和整合趨勢發展。

DDR、LPDDR、GDDR 是基于 DRAM 的三種內存規范或標準。固態技術協會（JEDEC） 定義了三種 DRAM 標準類別，幫助設計人員滿足目標應用的功耗、性能和規格要求。

標準 DDR：面向服務器、云計算、網絡、筆記本電腦、臺式機和消費類應用，支持更寬的通道寬度、更高的密度和不同的形狀尺寸，其發展路線通過提升核心頻率來提高性能。

移動 DDR（LPDDR)：面向移動式電子產品和汽車這些對規格和功耗非常敏感的領域，提供更窄的通道寬度和多種低功耗運行狀態，四代之前是基于同代 DDR 發展，四代之后是基于應用端獨自發展，通過提高Prefetch 預讀取位數來提升性能。

圖形 DDR (GDDR)：面向需要極高吞吐量的數據密集型應用程序，例如圖形相關應用程序、數據中心加速和 AI，是應用于高端顯卡的高性能 DDR 存儲器，側重于數據位寬、遠超同期 DDR 的運行頻率。

LPDDR，即低功率雙倍速率同步動態隨機存儲器，是 DDR SDRAM 的一種，又被稱為 mDDR（Mobile?DDR SDRAM），擁有比同代 DDR 內存更低的功耗和更小的體積。

GDDR，是用于顯示的 RAM 技術，其特點是高帶寬、高延時，目前最新的標準是 GDDR6，2022 年 7 月，三星推出了首款具有 24Gbps 處理速度的GDDR6 顯存。

按存儲單元密度來分，NAND Flash 可分為 SLC、MLC、TLC、QLC 四種。

SLC 為單級單元，每單元可存儲 1 比特數據，產品性能好、耐久度高，提供高達 10 萬個P/E 周期，但容量低、成本高，常應用于對讀寫耐久度要求很高的行業，如服務器、軍工等。

MLC 屬于多級單元，每單元可存儲 2 比特數據，數據密度比 SLC 要高，可以有更大的存儲容量，擁有 1 萬個 P/E 周期，耐久性比 SLC 低，MLC 在服務器、工規級應用較多。

TLC 為三級單元，每單元可存儲 3 比特數據，性能和耐久性下降，P/E 周期降至最高 3000個，但是容量可以做得更大，成本也可以更低，廣泛用于消費類產品，是性價比最高的存儲方案，性能、價格、容量等多個方面達到了較好的平衡。

QLC 為四級單元，每單元可存儲 4 比特數據，性能、耐久度進一步變差，P/E 周期只有 1000 個，但價格便宜，單元空間內的存儲容量更高，消費級的大容量 SSD 就采用 QLC NAND 閃存顆粒。

NAND 經歷了 2D NAND 時期，現在邁入3D NAND 時期。2D NAND 將存儲數據的單元水平并排地放置，放置單元的空間量有限，縮小單元則會降低可靠性；3D NAND在縱向上增加疊放單元，加大單位面積內的晶體管數量，從而獲得更高存儲密度，實現更高的存儲容量，此外，耐久度更高、功耗更小，同時不會導致價格大幅上升。

市場上的 3D NAND 主要分為傳統并列式架構和 CuA（CMOS under Array）架構，2018 年，長江存儲公布了其突破性 3D NAND 架構 Xtacking，將晶圓鍵合這一關鍵技術在3D NAND 閃存上得以實現，隨著層數的不斷增高，基于Xtacking 所研發制造的 3D NAND閃存將更具成本和創新優勢。

編輯：黃飛