行業介紹

1、存儲器行業

按照存儲介質的不同，現代數字存儲主要分為光學存儲器、磁性存儲器和半導體存儲器三類。光學存儲器包括 CD、DVD 等。磁性存儲器包含磁帶、軟盤、HDD 硬盤等。半導體存儲器是目前存儲領域市場規模最大的存儲器件。自上世紀 40 年代電子計算機問世以來，計算機存儲設備隨著其他硬件設備的發展和軟件、數據量的不斷增長處于持續的迭代更新中。整體來看，存儲介質經歷了磁-光-半導體的變化歷程，帶來了單位存儲器容量的大幅上升、數據讀寫速度的躍升以及存儲器單位物理體積的顯著縮小。

2、半導體存儲器行業

半導體存儲器是指通過對半導體電路加以電氣控制，使其具備數據存儲功能的半導體電路裝置。因其具有存取速度快、存儲容量大、體積小等優點，被廣泛應用于數據中心、網絡通信、消費電子、汽車電子、工業電子等行業，是電子信息時代的關鍵記憶設備。根據世界半導體貿易統計協會(WSTS)統計，2021 年全球半導體市場規模為 5,558.93 億美元。其中，半導體存儲器市場規模為 1,538.38 億美元，占全球半導體市場規模的比例為 27.67%。隨著未來存儲在企業、數據中心、工業及車規等應用場景的快速發展，半導體存儲器市場將保持持續增長趨勢。根據 Yole 的預測，全球半導體存儲器市場規模在 2022-2027 年將保持 8%的增速，并預計在2027 年達到 2,600 億美元。

半導體存儲器市場中，DRAM 和 NAND FLASH 占據主導地位。依據 Yole的數據，2021 年 DRAM 市場份額約占半導體存儲器市場的 56%，NAND FLASH市場份額約占半導體存儲器市場的 40%。

3、NAND FLASH 存儲器行業

NAND FLASH 存儲器產品通常由一顆存儲控制芯片和多顆串行的 NAND FLASH 存儲顆粒組成。隨著物聯網、大數據、人工智能的快速發展，海量數據對存儲設備的存儲密度和數據可靠性提出了更高要求，NAND FLASH 在未來將得到極大發展。根據 Report Linker 數據，NAND FLASH 市場規模預計在2022-2027 年保持每年 5.33%的增長，并在 2027 年達到 942.4 億美元。NAND FLASH 的產品應用領域主要包括固態硬盤、嵌入式和擴充式存儲器。其中，固態硬盤多用于大容量存儲場景如個人電腦、服務器、數據中心等;嵌入式存儲多用于低功耗存儲場景如智能手機、平板電腦、智能家居、物聯網、工業互聯網、智能汽車等;擴充式存儲多用于便攜式存儲場景如 U 盤、SD 卡、移動硬盤等。依據閃存市場數據，固態硬盤與嵌入式存儲是目前 NAND FLASH 存儲器占比較大的產品線，市場規模占 NAND FLASH 市場 85%以上。

存儲控制芯片

(1)存儲控制芯片簡介

1)半導體存儲器介紹

現代社會被稱為“信息社會”，信息技術滲透到政治、經濟、產業、服務領域的所有部門，信息化產業在國民經濟中占有的比重越來越大。數據作為數字經濟和信息社會的核心資源和關鍵生產要素，其安全存儲、可靠傳輸與管理、高效分析與利用變得至關重要。半導體存儲器作為目前最主流的數據存儲和數據交換設備，以半導體電路為存儲介質，具有體積小、存儲速度快、存儲密度高等優點，被廣泛應用于各類電子信息產品中。半導體存儲器按照介質分類可主要分為 DRAM 和 NAND FLASH。其中，DRAM 屬于揮發性介質，斷電后數據無法保存，通常用于計算機或電子設備的內存，可直接與 CPU 進行連接，無需搭載存儲控制芯片;NAND FLASH 屬于非揮發性介質，斷電后數據能夠保存，通常用于計算機或電子設備的固態硬盤、嵌入式及擴充式存儲器，需搭載存儲控制芯片。

2)存儲控制芯片介紹

NAND FLASH 存儲器產品(以下簡稱“存儲器產品”)主要由存儲控制芯片和 NAND FLASH 存儲顆粒(以下簡稱“存儲顆粒”)等部件組成。其中，存儲顆粒主要負責數據存儲，存儲控制芯片主要用于管理存儲顆粒中數據的寫入、讀取與擦除，并與終端應用客戶選用的各類外部計算機或電子設備(以下簡稱“主機”)CPU 進行通信和數據交換。

3)存儲控制芯片的重要性

存儲控制芯片是存儲器產品核心部件之一，起到中樞控制和管理調度的作用，是存儲器產品的“中央處理器”，也是存儲顆粒快速商業化落地的關鍵因素。存儲單元(bit cell)是存儲顆粒中的最小單位，其器件特性往往會導致存放在存儲顆粒中的數據因揮發而產生數據錯誤或數據丟失。存儲控制芯片能夠通過數據存儲管理和數據糾錯，有效降低上述數據錯誤或數據丟失的概率，增強存儲顆粒使用時的可靠性。

同時，存儲控制芯片能夠對數據在存儲單元間進行有效分配并優化其利用效率，控制存儲顆粒的擦除和讀寫管理，并通過靈活分配和調度以實現存儲顆粒的均衡使用，有效延長存儲顆粒的使用壽命，提高存儲顆粒的數據存儲性能。

此外，終端應用客戶在設計各類主機時，產品功能及應用場景各不相同，所采用的不同類型存儲協議組合及其協議版本也有較大差異。存儲協議約定了主機與存儲器產品的通信交互和數據傳輸規則，而存儲控制芯片可通過處理各類不同存儲協議并根據不同存儲顆粒的特點確定合適的數據管理方式，進而提高主機通信穩定性和數據傳輸效率，降低存儲顆粒開發的復雜度，使得存儲顆粒廠無需在設計存儲顆粒時考慮不同應用場景下存儲協議的適配。

由于存儲控制芯片具有對存儲顆粒的多通道并行管理能力，單顆存儲控制芯片可控制、管理和調度多顆存儲顆粒，并以增加同時管理的通道數量或存儲顆粒數量的方式擴展存儲器產品的整體容量。目前，存儲器產品的結構通常由單顆存儲控制芯片和一到多顆存儲顆粒組成。

當存儲器產品使用多顆存儲顆粒或單顆粒容量變大時，存儲控制芯片成本在存儲器產品總成本的占比可能相對下降;但存儲器產品對存儲控制芯片控制和調度能力要求也顯著提高，存儲控制芯片的技術難度、產品附加值及產品價格也會同步提升。

(2)存儲控制芯片產品線分類具體介紹

存儲控制芯片根據使用場景，可主要分為固態硬盤存儲控制芯片、嵌入式存儲控制芯片及擴充式存儲控制芯片三大產品線。

1)固態硬盤存儲控制芯片產品線

固態硬盤(SSD)存儲控制芯片主要用于筆記本、臺式機、工業控制系統、數據中心、基站等終端產品應用的固態硬盤產品中。固態硬盤廣泛應用于大容量存儲場景，通過插槽接入主機的主板上，通常可以拆卸，具有讀寫速度快、防震抗摔、低功耗、無噪聲、工作溫度范圍大、輕便等特點。公司的固態硬盤存儲控制芯片根據存儲協議不同可分為 PCIe SSD 和 SATA SSD 兩大類，具體如下：

2)嵌入式存儲控制芯片產品線

嵌入式存儲控制芯片主要用于智能手機、平板電腦、智能家居、物聯網、工業互聯網、智能汽車等設備的嵌入式存儲器產品中。嵌入式存儲器產品廣泛用于移動終端低功耗場景，以焊接的方式集成在主機的主板上，通常不可拆卸。公司的嵌入式存儲控制芯片根據存儲協議的不同，可分為 eMMC 和 SPI NAND 兩大類。具體如下：

3)擴充式存儲控制芯片產品線

擴充式存儲控制芯片主要用于 SD 卡、閃存盤(U 盤)、移動硬盤等便攜式存儲器產品中。擴充式存儲器產品主要用于擴充主機存儲容量或數據拷貝，可被靈活拔插。公司的擴充式存儲控制芯片根據存儲協議的不同可分為 SD 和 USB兩大類。

存儲器產品供應鏈：光罩、晶圓及封裝測試服務

光罩、晶圓及封裝測試服務主要適用于存儲控制芯片及存儲器產品。存儲控制芯片主要采購內容為光罩及晶圓制造、封裝/測試服務等;存儲器產品則是在自有存儲控制芯片的基礎上，采購標準存儲顆粒、存儲器產品封裝測試服務等。

NAND FLASH 存儲器行業競爭格局

(1)NAND FLASH 存儲器行業競爭格局

NAND FLASH 行業主要包括存儲顆粒廠、存儲控制芯片公司、存儲模組廠等行業角色。存儲顆粒廠核心能力為通過突破存儲顆粒架構、提升制造工藝水平，最終實現存儲密度持續提高和單位成本持續下降;存儲控制芯片公司核心能力為針對終端應用場景的多樣化需求，融合自身對各類存儲顆粒和存儲協議的理解，提供符合客戶實際需求的高適應性存儲控制芯片及服務;存儲模組廠核心能力為存儲器產品組成要件的資源整合。各角色基于自身不同的技術或產品優勢，在不同程度上充分利用其核心能力向上下游延伸，具體如下：

1)存儲顆粒廠

存儲顆粒廠主要專注于存儲顆粒技術，基于存儲顆粒的市場推廣需求，以存儲顆粒和存儲器產品相結合的形式進行銷售。存儲顆粒廠以存儲顆粒的性能、容量、產能等為核心競爭力，一方面通過積極推動存儲顆粒技術的創新和演進，引導更多高附加價值新型存儲應用的衍生;另一方面持續擴大現有存儲顆粒市場占有率。

基于上述需求，存儲顆粒廠通常會在存儲顆粒技術出現重大變化或開發新的存儲應用市場時自行研發存儲控制芯片或委托存儲控制芯片公司定制化開發，縮短市場培育周期，加速存儲顆粒技術研發成果轉化和市場回報;在成熟的存儲應用市場則會采購第三方存儲控制芯片公司研發的存儲控制芯片，利用存儲控制芯片公司的產品定義和研發能力，將顆粒銷售至更多不同類型的客戶和應用場景。

存儲顆粒廠主要為三星電子、美光科技、鎧俠、西部數據、SK 海力士(含已收購英特爾存儲業務的 Solidigm)和長江存儲等，根據上述存儲顆粒廠的公開披露信息，其主營業務收入中，未明確包含存儲控制芯片的單獨銷售。

2)存儲模組廠

存儲模組廠主要專注于存儲器產品的設計、加工和銷售。存儲模組廠在產品銷售、存儲顆粒和存儲控制芯片采購方面具有其獨特優勢。

在產品銷售方面，存儲模組廠產品覆蓋終端應用市場較廣，能夠接觸到市場趨勢和客戶需求;在存儲顆粒和存儲控制芯片采購方面，與存儲顆粒廠、存儲控制芯片公司建立規模化的業務合作關系，獲得存儲顆粒廠和存儲控制芯片公司穩定的供應鏈支持。

同時，為更好更及時地服務客戶，部分存儲模組廠也會自主開展固件研發、封裝測試等工作，少數存儲模組廠也嘗試自研存儲控制芯片或委托存儲控制芯片公司定制芯片。

存儲模組廠主要包括金士頓、創見信息、宜鼎、朗科科技、江波龍和佰維存儲等，根據上述存儲模組廠的公開披露信息，其主營業務收入中，未明確包含存儲控制芯片的單獨銷售或銷售規模較小。

3)存儲控制芯片公司

存儲控制芯片公司主要專注于存儲控制技術，銷售存儲控制芯片。同時，基于存儲控制芯片的市場推廣需求，存儲控制芯片公司也可提供技術服務、存儲器產品、存儲控制 IP 等多元化的存儲解決方案，更全面地支持到存儲顆粒廠、存儲模組廠和終端應用客戶。

在存儲顆粒廠的支持上，存儲控制芯片公司基于長時間、高度聚焦、高投入的技術研發，形成了存儲控制領域的專業化競爭優勢，針對不同存儲顆粒廠的各類存儲顆粒均具有豐富的模型、數據積累和研究開發經驗，能夠有效支持存儲顆粒，幫助存儲顆粒快速進行商業化落地。

同時，存儲控制芯片公司基于對存儲器產品的理解，持續挖掘存儲顆粒的潛能，拓展存儲顆粒的應用場景，利用存儲控制芯片提升和優化存儲顆粒，為存儲顆粒帶來更高附加價值。

在存儲模組廠的支持上，存儲控制芯片作為存儲器產品的關鍵組成部件，在使用相同存儲顆粒的前提下，存儲器產品品質與存儲控制芯片公司的產品性能和技術支持力度直接相關。

同時，存儲控制芯片公司通過定制化的測試方案、固件開發、芯片設計等技術服務幫助存儲模組廠實現差異化的產品競爭。

在終端應用客戶的支持上，存儲控制芯片公司能夠基于自身較強的技術水平，針對應用場景需求進行個性化深度定制和開發，提供系統級的存儲解決方案。以電力電網、軌道交通、銀行金融等領域為例，由于對存儲器產品的質量、存儲安全、可靠性、惡劣環境中工作穩定性或抗干擾能力等有較為嚴苛的要求，技術實現難度較高，在芯片研發、制造、測試和底層固件開發等階段均需要進行針對性的設計，因此存儲控制芯片公司在這些應用領域更具優勢。

此外，少數存儲控制芯片公司基于存儲控制核心技術的優勢，可以以存儲控制 IP 授權的形式，支持存儲顆粒廠或其他存儲控制芯片公司。存儲控制芯片公司主要為群聯電子、慧榮科技、得一微、點序科技、美滿電子等。

(2)NAND FLASH 存儲控制芯片公司競爭格局

由于存儲顆粒廠通常不對外直接銷售存儲控制芯片，存儲控制芯片市場主要由群聯電子、慧榮科技、得一微、點序科技、美滿電子等第三方存儲控制芯片公司主導。

未來發展趨勢

1、存儲器產品對存儲控制芯片的依賴性不斷加強

存儲顆粒由于受器件特點等因素影響，可靠性隨著使用時間的增加而逐漸降低。存儲控制芯片作為存儲器產品不可或缺的組成部分，可實現存儲顆粒的均衡使用、有效延長存儲顆粒的使用壽命、提高存儲顆粒的數據存儲性能。因此，存儲控制芯片公司與存儲顆粒廠、存儲模組廠的緊密合作可加快新型顆粒及新型存儲器產品的上市時間。由于 NAND FLASH 工藝制程、堆疊層數和架構快速升級，NAND FLASH技術難度越來越高，存儲密度不斷提高，使得存儲顆粒中的數據錯誤或數據丟失的概率顯著增加，使用壽命也快速下降。

以架構升級為例，按照每個存儲單元可存儲數位量不同可分為 SLC、MLC、TLC、QLC 等，TLC 架構雖單元容量為 SLC架構存儲顆粒的 3 倍，但其使用壽命(即可擦寫次數)僅為 SLC 的 1/20，可靠性也同步降低，對數據糾錯要求(ECC)從 1~4bit 增加到 72bit。

NAND FLASH 的技術發展特點，決定了存儲顆粒在應用時對存儲控制芯片的要求越來越高，依賴性也越來越強，對存儲控制技術和存儲控制芯片設計能力提出了更高的要求。存儲顆粒廠需要與存儲控制芯片公司達成深度合作，邀請存儲控制芯片公司更早、更深入地參與對新型存儲顆粒的協議標準制定、特性定義等環節中，探索相應存儲控制技術和應用落地的可行性、反饋樣品測試結果并提出分析和優化建議，盡快研發形成與之配套的存儲控制芯片設計方案、固件算法、量產工具等，從而高效實現對新型存儲顆粒的商業化應用。

2、新型存儲器產品的衍生進一步提升了存儲控制芯片的價值

隨著云計算、大數據、人工智能的發展以及存儲器產品的容量需求不斷增加，半導體存儲器也衍生了如計算型存儲、分布式存儲、基于新型存儲顆粒和存儲接口的持久內存等新型存儲器產品形態，其對存儲控制芯片的架構、功耗要求、對存儲顆粒的多通道并行管理能力、數據安全等方面要求也相應變高，使得存儲控制芯片在存儲器產品的價值不斷提高。

(1)計算型存儲

計算型存儲是指利用存儲控制芯片的算力，將原本由主機 CPU 執行的部分數據處理任務交由存儲控制芯片完成，減少了 CPU 的計算負擔。計算型存儲擅長處理數據密集型應用，在數據庫管理、視頻處理、人工智能層和虛擬化等場景的數據處理和數據加速中，相對 CPU 而言具有更快的響應時間和更低的時延，能夠節省帶寬，降低能耗，且由于數據在存儲器內部進行處理，可實現較高的安全性和隱私性。計算型存儲由全球網絡存儲工業協會(SNIA)進行標準化定義和推廣，并得到三星電子、Intel、英偉達、IBM 等行業領先公司的支持和應用。

2020 年 11月，Xilinx 與三星電子宣布推出三星 SmartSSD 計算存儲驅動器(CSD)，是業界首款可定制、可編程的計算存儲平臺，其將計算功能推進至存儲器中，可為各類應用加速，增速達 10 倍以上。

(2)分布式存儲

分布式存儲指把數據分散存儲到多個存儲服務器上，并把分散的存儲資源整合成虛擬存儲設備，有效提高存儲系統的存儲讀取效率。隨著云計算、大數據、人工智能的發展，海量的數據使得分布式存儲逐漸替代傳統單個存儲服務器存放所有數據的方式。以高密度 NAND FLASH 存儲顆粒和高性能存儲控制芯片組成的存儲系統，是分布式存儲的主流方案和未來演進方向。利用高性能存儲控制芯片的存儲控制技術和智能存儲顆粒管理，可實現高性能、低延遲且完整的存儲功能，并提供有效的數據去重、壓縮和穩定的數據保護功能，滿足大數據分析、視頻監控、高性能計算、工業互聯網、醫療影像、虛擬化云計算等非結構化數據量大、數據價值高、存儲工作負載特點多樣化等特點的新型應用場景。華為發布的全系列分布式存儲可實現 91.6%的最高硬盤空間利用率，穩定時延小于 1ms，支持 4,096 節點擴展，滿足多樣性數據分析業務需求，靈活按需購買與部署，節省空間和能耗，可降低 30% TCO(總擁有成本)。

(3)基于新型存儲顆粒和存儲接口的持久內存

持久內存(Persistent Memory)由新型存儲顆粒和新型存儲控制芯片實現，在現有存儲層次結構中新增一個介于內存和固態硬盤之間的層級，提供了相同成本下比內存更大的存儲容量、比固態硬盤更低的訪問延遲。持久內存適用于高性能、大容量、持久性等存儲工作負載特點的應用場景，擅長處理人工智能、機器學習、高性能計算等工作任務。主機 CPU 在執行上述類型的工作任務時，可直接訪問持久內存，無需在內存和固態硬盤間來回切換數據塊。該結構可降低成本較高的內存使用需求，提高固態硬盤的利用率，以適應不同的數據類型、技術需求和預算限制。

為了充分利用持久內存的特性，構建于 PCIe 邏輯和物理層級之上、可對持久內存進行標準化管理、更好發揮持久內存的價值的 CXL 協議成為主流接口發展方向。基于 CXL 的新型存儲控制芯片，實現了 CXL 協議中定義的多種新型存儲協議，可支持內存、持久內存等，擴展存儲容量，并支持資源共享(內存池)和交換，提升數據的高效處理和系統運算速度，使得持久內存得以快速應用落地。

固態硬盤持續加速對機械硬盤的替代

從機械硬盤(HDD)到固態硬盤(SSD)的演進與革新是計算機存儲設備最重要的歷史變革之一。由于機械硬盤系通過旋轉盤片搜索數據，當讀寫速度超過一定量級時，就會出現噪音或功耗變大等物理臨界問題。固態硬盤則是將數據存儲于半導體電路內，采用數字方式驅動，取消了機械部件，功耗較低且運行過程中不會產生噪音，完全消除旋轉和尋道的延遲，大幅提高數據處理速度，特別是在大吞吐率的隨機讀寫性能上有數個數量級的提高。根據 Wikibon 和艾瑞咨詢報告，在 SSD 存儲器價格不斷接近 HDD 存儲器的趨勢下，SSD 存儲器出貨量于2020 年首次超過 HDD 存儲器，并持續加速替代進程，特別是在性能和能源使用效率要求高的應用場合已成為首選。

審核編輯：湯梓紅

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