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全球NAND闪存行业下游需求规模持续扩大 3D、4D NAND为技术主流发展趋势

1、NAND闪存概述

NAND闪存是一种通过在氮化硅的内部补集点捕获电子或空穴来存储信息的设备。在这种设备中,工作区和栅极间会留有通道供电流通过硅晶片表面,而根据浮置栅极中存储的电荷类型,便可进行存储编程(“1”)和擦除(“0”)信息的操作。同时,在一个单元内存储1个比特的操作被称为单层单元(SLC)。氮化硅内部捕获的电子数量与单元晶体管的阈值电压成正比,因此,当俘获大量电子时,即实现了高阈值电压;捕获少量电子会造成低阈值电压。

根据存储方式的不同,NAND Flash又可分为SLC、MLC、TLC和QLC,对应存储单元分别可存放 1、2、3和4bit的数据,存储密度越大,其寿命越短且速度越慢,但容量越大成本越低。以SLC和QLC为例,SLC相对于其他类型NAND闪存颗粒单位容量成本更高,但其数据保存时间更长、读取速度更快,反之,QLC拥有较高的存储密度且更低的成本,但是其寿命短、读取速度慢,目前NAND Flash主要以TLC为主。因此,重要的是,首先要根据NAND闪存的应用领域决定是否优先考虑信息量,性能和寿命,然后选择适当的编程方法。

NAND闪存编程类型

类型

单元存储量

单元擦/写寿命

SLC

1bit/cell

10万次

MLC

2bit/cell

3000-10000

TLC

3bit/cell

500

QLC

4bit/cell

150

资料来源:观研天下整理

2、NAND闪存下游市场需求以手机端为主

目前,NAND Flash存储芯片主要应用于智能手机市场的嵌入式存储产品、计算机的消费级SSD及服务器市场的企业级SSD产品为主,企业级SSD市场需求逐步扩张。在NAND存储芯片下游应用份额占比中,2022年,智能手机占比达34%、cSSD市场份额占比22%,存储卡/盘占比9%。

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数据来源:观研天下整理

3、ChatGPT面世引爆AI热潮,将大量催生NAND闪存需求

GPT-3采用大规模预训练模型,需要大量的数据对模型进行训练和调优,其预训练数据量达45Tb,参数量达1750亿个,而GPT-4作为多模态模型,训练数据量将远超于GPT3,将进一步催生对数据存储的需求。而ChatGPT面世引爆AI热潮,AI服务器存储需求量是传统服务器数倍。根据数据,AI服务器的DRAM需求量是常规服务器的8倍,NAND需求量是常规服务器3倍。

GPT-3采用大规模预训练模型,需要大量的数据对模型进行训练和调优,其预训练数据量达45Tb,参数量达1750亿个,而GPT-4作为多模态模型,训练数据量将远超于GPT3,将进一步催生对数据存储的需求。而ChatGPT面世引爆AI热潮,AI服务器存储需求量是传统服务器数倍。根据数据,AI服务器的DRAM需求量是常规服务器的8倍,NAND需求量是常规服务器3倍。

数据来源:观研天下整理

4、智能手机处于存量替换阶段,配置持续升级,带动存储需求位元增加

目前,智能手机处于存量替换阶段,受库存调整、经济下行等因素影响需求持续低迷。根据数据,2023年第一季度,全球智能手机出货量达2.8亿部,同比下降14%,但高端智能手机(售价600美元以上)实现逆势增长,同比增长1%。

而随着5G手机渗透率持续提升,AI、4K视频录制、多任务处理等需求随之增加,同时摄像功能逐渐各大厂商重点发力点,导致单个照片/影片内存占比持续增加,对手机存储的单机搭载容量和性能提出更高要求,带动存储需求位元增加。

而随着5G手机渗透率持续提升,AI、4K视频录制、多任务处理等需求随之增加,同时摄像功能逐渐各大厂商重点发力点,导致单个照片/影片内存占比持续增加,对手机存储的单机搭载容量和性能提出更高要求,带动存储需求位元增加。

数据来源:观研天下整理

5、PC需求持续走弱,存储需求增量主要来自单机搭载量提升

近两年,由于库存调整导致C需求持续走弱,考虑到市场对Chromebook和Windows11更新换机需求,预计2024年PC市场前景有望改善。根据数据,2020年PC NAND Flash容量为450Gb,预计2026年将超过1000Gb,2020-2026年CAGR为15%。

近两年,由于库存调整导致C需求持续走弱,考虑到市场对Chromebook和Windows11更新换机需求,预计2024年PC市场前景有望改善。根据数据,2020年PC NAND Flash容量为450Gb,预计2026年将超过1000Gb,2020-2026年CAGR为15%。

数据来源:观研天下整理

6、3D、4D NAND为NAND技术未来主流发展趋势

根据观研报告网发布的《中国NAND闪存行业发展趋势研究与投资前景分析报告(2023-2030年)》显示,长期来看,目前,2D NAND已经接近其缩放极限,很难实现进一步扩展。3D NAND主要通过在垂直堆栈中将多组存储单元进行相互层叠,以实现存储容量增加的目的,堆叠层数越高则意味着容量就越高,3D NAND技术可支持在更小的空间内容纳更高存储容量,进而带来成本节约、能耗降低及大幅的性能提升。

2016-20233D NAND闪存技术路径及主要参数

年份

2016-2017

2018-2019

2020-2021

2022-2023

3D 代际

L48

L64

L96

L128

L256

L512

单芯片容量

256-512G6

512GB-1TB

512GB-2TB

1-3TB

2-6TB

4-12TB

Hole CD

65-100

65-100

65-100

65-100

65-100

65-100

SLit Pitch

4

4

4-8

8

8

8

Vertical Pitch

50-70nm

40-60nm

40-60nm

40-50nm

40-50rm

40-50nm

BL CD

20

20

20-40

-40

-40

-40

多重堆叠

2-4

4-8

资料来源:观研天下整理

2007年东芝(现在的铠侠)提出3D NAND结构的技术理念,2014年三星推出业界首个3D V-NAND产品,垂直方向堆叠3D NAND层数已经成为各大NAND厂商竞争的主要方向。2022年美光实现232层NAND闪存产品的出货,三星宣布开始量产236层3D NAND闪存芯片。而在国内方面,长江存储在NAND领域取得不断突破,2020年成功研发128层3D NAND闪存产品,持续缩短与海外巨头之间的差距。

为进一步提高存储容量,SK海力士推出4D NAND技术,并且在2022年宣布成功研发全球首款业界最高层数的238层4D NAND闪存。4D NAND技术主要通过在3D NAND中利用单元下外围(PUC)技术,在单元下方形成外围电路,减少外围电路所占面积,从而实现容量的增加和成本的降低。(WYD)

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整体需求破八千万只! IR46新标准推行或将带动智能电表行业量价齐升

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2024年02月20日
多项因素驱动中国半导体测试设备行业规模不断扩大 国产替代逐步推进

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2024年02月07日
我国半导体测试机行业分析:市场规模整体扩大 国产替代空间仍较大

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根据数据显示,2022年,全球半导体测试机行业市场规模达46.9亿美元,其中SOC测试机市场规模为29.3亿美元,存储测试机市场规模为8亿美元,模拟测试机市场规模为6.6亿美元;预计2025年半导体测试机市场规模将达到51.6亿美元。

2024年02月07日
我国光芯片行业分析:市场规模整体保持较高增速 国产替代化正在进行

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2024年02月06日
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电子雷管行业空间巨大且高速成长吸引企业深度布局。截至2022年我国有超过34家企业提供电子雷管产品,其中四川雅化、云南民爆、保利联合、河南前进、山西壶化、江南化工、湖南南岭、江西国泰电子雷管产量较大,处于行业领先位置。

2024年02月01日
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2024年01月26日
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2024年01月26日
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