2022年,智能手機、PC等消費電子市場需求放緩,供需失衡之下,庫存持續上升,存儲芯片市場不可避免受到嚴重影響。
TrendForce表示,DRAM價格自年初以來就一路走跌,下半年合約價每季跌幅更超過10%,顯見需求市場的嚴峻;閃存市場同樣呈現供過于求的狀態,導致第三季wafer價格跌幅達30%-35%,預計第四季NAND價格持續下探。
Gartner此前觀點表示,全球半導體市場疲軟期至少將持續到2023 年,預計明年的半導體收入將下降2.5%左右。而存儲芯片市場的下滑勢頭會更大,可能突破10%。
世界半導體貿易統計協會(WSTS)給出的預測更為悲觀。其表示,受到存儲芯片市場急劇冷凍所拖累,2023年的全球半導體市場規模將萎縮4.1%至5570億美元,存儲芯片市場則將出現17%的降幅。
市場的供過于求強烈推動了存儲市場進入下行周期,存儲芯片的頭部廠商正努力跨越“寒冬”。
在存儲產業陣陣寒意再次涌上心頭之際,我們來回顧一下存儲行業的發展歷程,以求從中汲取經驗,反哺行業發展。
以史為鏡,可以知興替。
存儲行業興起于上實際60年代,是半導體行業重要的細分領域,約占整個半導體行業的25%。DRAM和NAND閃存為存儲芯片行業中占比最高的兩個分支,銷售總額占據了整個存儲芯片行業90%以上的市場份額。
存儲行業的發展歷程大致可分為3個階段。1990年以前,DRAM為存儲芯片市場上主要的產品,且伴隨少量的EPROM和EEPROM;1990年至2000年,NOF Flash開始逐步占據一定比例的市場份額;2000年以后,NAND Flash開始爆發式增長,其市場規模直逼DRAM, 而NOF Flash的市場規模于2006年達到頂峰后開始逐漸下滑,但于近兩年又開始有微小上升趨勢。
存儲行業的主要玩家伴隨歷史發展發生了顯著的變化,霸主地位由一開始的美國企業(1969-1984年)逐步轉移到日本(1985-1996年),最后再轉移到韓國企業(1996-現在)。
據WSTS統計,目前在DRAM市場,三星、美光、SK海力士合計占比約94%;NAND Flash領域,三星、鎧俠、SK海力士、西部數據、美光、英特爾合計占比約98%。
DRAM產業“第六次大蕭條”
相比于過去兩年的“一芯難求”,隨著消費電子市場進入下滑周期,以DRAM為代表的芯片需求正在快速下滑。
DRAM產業正在被貼上“第六次大蕭條”、“產業下行”、“市場寒冬”的標簽??v觀內存芯片全球發展史,圍繞DRAM產業發展而產生的激烈競爭此起彼伏。
1966年,來自IBM的羅伯特·登納德成功研發出MOS型晶體管+電容結構,半導體存儲器的發展從此開啟。
行業發展早期,Intel依靠DRAM量產實現一家獨大。由于當時大中型計算機使用的磁鼓存儲器笨重昂貴,Intel向計算機用戶大力宣傳DRAM,1972 年憑借 1K DRAM 取得巨大成功。服務于HP、DEC等重要客戶,IBM在新推出的S370/158大型計算機上,也開始使用DRAM內存。
1974年,英特爾DRAM產品的全球市場份額達到驚人的82.9%。就在英特爾在DRAM領域賺得盆滿缽滿的同時,競爭對手也在迅速崛起。1973年,美國德州儀器(TI)、莫斯泰克(Mostek)、日本NEC等廠商先后進入DRAM市場。
其中,Mostek利用技術升級成為市場霸主,70年代后期,Mostek一度占據了全球DRAM市場85%的份額??上?,沒過多久,因遭遇資本市場的惡意收購,公司發展遭遇較大障礙。Mostek被UTC收購,后來又轉賣給了意法半導體。1978年,幾位從Mostek公司離職的技術人員,在愛達荷州一家牙科診所的地下室,共同創立了一家新的存儲技術公司,也就是后來的存儲巨頭——Micron(美光)。
Mostek是內存界第一個敗退的巨頭,也為美國群雄接下來的連續崩潰埋下了伏筆。
除了國內競爭對手之外,英特爾面臨的更大威脅來自國外。1970年代,經濟高速崛起的日本看到DRAM市場潛力后,在70年代末期以舉國體制發展DRAM技術,成立了VLSI聯合研發體。在VLSI項目的幫助下,1977年日本成功研制出了64K DRAM,追平了美國公司的研發進度。
隨后日本 DRAM 產業進入增長爆發期。到了1980年代中期,富士通、日立、三菱、 NEC、東芝等一眾日本廠商繼續發力,憑借質量和價格優勢,快速占領全球市場,開始反超美國公司。
1984年,日立生產的DRAM內存已開始采用1.5um生產工藝,三菱甚至公開4M DRAM關鍵技術。到1986年,僅東芝一家,每月1M DRAM產量就超過100萬塊。
由于日本廉價DRAM的大量傾銷,美光被迫裁員一半,只得向美國政府尋求幫助;Intel也深陷泥潭,無奈退出DRAM市場。
另外,1983-1985年游戲機市場的崩盤,市場銷量下降到只有之前的10%不到,也是導致內存嚴重過剩,導致了Intel和國家半導體等美國廠商退出DRAM領域的一個重要原因。
1986年,日本存儲器產品的全球市場占有率上升至65%,而美國則降低至30%。
然而,就在日本半導體廠商橫掃存儲市場的時候,外部政治環境開始發生了微妙的變化。1985年日美關系發生轉變,美國主導的《廣場協議》以及對日本半導體產品發起反傾銷訴訟,致使日本產品性價比極速下降。
在接二連三的打擊下,日本半導體產品市場份額一落千丈,很快喪失了主導權。
此時產業的發展機會轉向了韓國,韓國三星、LG、現代、大宇等財閥集團也看中了半導體技術的市場前景,通過購買、引進技術專利及加工設備,對其進行消化吸收,積蓄技術力量。其中,三星通過購買專利疊加自研的方法迅速崛起,隨后在 DRAM領域繼續保持著高投入研發,最終實現技術超越成為新巨頭。
1998年韓企在DRAM份額超過日本企業。
DRAM產業經歷了幾十多年的發展,如果用一個詞來形容這四十年,那就是——“腥風血雨”。
2001年,因為現代電子從現代集團中拆分,公司改名為海力士。同年美光完成收購德州儀器的內存部門,隨著1999年到2001年內存行業整合結束,三星、美光、海力士、英飛凌四家掌握有全球近八成的DRAM市場份額。
在經過日韓兩國之間不斷的價格戰,激烈競爭的大浪淘沙后,DRAM市場玩家剩下三星、SK海力士、奇夢達、美光、爾必達這五家。
2007年微軟推出Vista系統,提高了對內存的消耗,各大廠商紛紛擴大產能以應對市場需求,結果Vista銷量平淡,供過于求的DRAM價格便一路下滑,并在2008年全球金融危機中跌破材料成本。
此時的三星為了提高市場占有率,不惜虧本擴大產能加劇行業虧損,導致奇夢達和爾必達接連被淘汰。在歷經多年搏殺后,全球DRAM廠商逐漸從“群雄逐鹿”變成“三足鼎立”。
2016年手機內存需求的快速增長導致全球內存芯片缺貨,而內存條價格也跟著水漲船高。據Business korea報道,內存價格大漲的背后可能不全是市場因素,是三星、美光等存儲公司通過削減產量、減少供應的方式,抬高了DRAM的價格。
可見,商業世界里,一個行業高度壟斷可能造成的結果是:頭部廠商有可能操縱產量和價格,用低價來擠垮競爭對手,或用漲價來謀取暴利。
DRAM產業最大的特點就是其周期性規律。業內人士曾指出:DRAM存儲,每賺錢一年,就要虧錢兩年,所謂“賺一虧二”。
在這種強烈的周期性規律下,想要長期生存下去,是一件非常困難的事情。DRAM廠商需要有強大的現金流和融資能力,能夠維持高強度的研發支出,保持團隊的穩定。
在虧損周期,DRAM廠商需要更多的錢,才能夠活下去。在繁榮周期,也不能大意。廠商在選擇擴充產能時機時,需要非常謹慎。不然就可能導致供大于求,盈利變虧損。
“逆周期投資”法寶
四十年前,全球大概有幾十家DRAM廠商。如今,只剩下三家,競爭之殘酷,由此可見一斑。這四十年里,有一家企業不僅堅持活了下來,還干掉無數對手,長期占據霸主地位。這家企業,就是前面提到的三星。
三星這家公司,就是靠著韓國的舉國之力,接二連三地采用“逆周期投資”策略,干掉了無數對手,成為了半導體存儲領域的老大。
第一次“逆周期投資”
三星的第一次“反周期投入”,就發生在前文所說的1980年代中期。
彼時,日美激戰正酣,DRAM市場普遍不景氣,價格大跌,從1984年初的每片4美元下降到1985年的30美分。而三星推出64K DRAM時,生產成本是1.3美元/片。
面對行業寒冬,三星不僅沒有收縮投資,反而開始逆向投資,擴大產能,并開發更大容量的DRAM。到1986年底,三星半導體累積虧損3億美元,股權資本完全虧空,接近破產。
關鍵時期,韓國政府出手“救市”,總共投入近3.5億美金,并且以政府名義背書,給三星拉來了20億美元的個體募資。并且趕上日本半導體被美國壓制,加上PC電腦進入熱銷期帶來的行業繁榮,使得三星順利翻盤,迎來業績增長。
不久后,以三星為代表的韓系DRAM廠商,逐漸蠶食了日本半導體企業讓出的市場份額,占據了市場的主導地位。
第二次“逆周期投資”
1992年,日本住友樹脂廠發生爆炸,導致原材料供應緊張,內存價格暴漲。這一年,三星率先推出世界上第一個64M DRAM。
1993年,全球半導體市場又開始轉弱。這時,三星故技重施,采取了第二次“反周期投入”,投資興建8英寸硅片生產線來生產DRAM。
1995年,微軟公司Windows95視窗操作系統發布,極大地刺激了內存的需求,帶動內存價格大幅上揚,三星的投資獲得回報。全球各大廠商后知后覺,紛紛投資擴大產能。
然而,到了1995年底,各廠商8英寸晶圓廠投產后,導致產能急劇增加,使得DRAM供大于求。于是,賣方市場又變成了買方市場,價格又開始下跌。在此情況下,廠商們被迫削減產量,減小投資規模。
三星繼續擴大投資。1996年,三星推出世界上第一個1GB DRAM,奠定了行業領軍地位。
直到1999年,DRAM價格下跌的趨勢有所緩解。因為互聯網泡沫的出現,DRAM行業進入了短暫的繁榮階段。
同年,在激烈的競爭環境下,DRAM行業發生了若干重大變化:
韓國現代內存與LG半導體合并,成立現代半導體,后來,又從現代集團拆分(2001年),改名海力士(Hynix);美國存儲廠商美光收購德州儀器內存部門;日本方面,日立、NEC、三菱電機的DRAM業務整合,抱團成立了爾必達。
歐洲方面,西門子集團的半導體部門獨立,成立了億恒科技,2002年改名為英飛凌。再后來,2006年英飛凌科技存儲器事業部拆分獨立,變成了奇夢達。
然而好景不長,隨著互聯網泡沫破碎,2000年全球遭遇互聯網危機。PC市場遭受重創,DRAM的市場需求也急速下降,而三星、美光、海力士、英飛凌等龍頭企業剛經歷擴產,價格又迎來了跳水,DRAM市場規模從288億美元腰斬至110億美元。
經濟危機過后,DRAM市場從低谷中逐漸恢復。2006年,三星開發出世界上第一個50nm工藝的1GB DRAM;海力士則開發出當時世界上最高速的200MHz 512MB Mobile DRAM。
那一時期,DRAM市場逐漸形成了五強格局:三星(韓)、SK海力士(韓)、奇夢達(德)、美光(美)和爾必達(日)。
第三次“逆周期投資”
2007年,微軟推出Vista系統。該系統對內存消耗較大,DRAM廠商預期內存需求大增,于是紛紛增加產能。但實際上,Vista銷量很差,沒有帶動內存市場,導致產能再次過剩。
更殘酷的是,2008年金融危機爆發,導致DRAM市場雪上加霜。內存價格一路下跌,甚至跌破材料成本,行業面臨洗牌。
就在眾廠商哀鴻遍野時,三星第三次舉起了“反周期”屠刀,決定將三星電子總利潤的118%投入DRAM擴張業務,進而加劇行業虧損,給艱難度日的對手們壓上最后一根稻草。
當年排名第三的德系廠商奇夢達成為倒在2009年春天的第一個大廠。自此,歐洲玩家正式退出DRAM 市場。2012年初,曾經的DRAM頭部廠商爾必達也支撐不下去了,宣布破產,曾經占據DRAM市場50%以上份額的日本,也輸掉了最后一張底牌。
總結來看,三星充分利用了存儲器行業的強周期特點,在價格下跌,生產過剩,其他企業削減投資的時候,逆勢瘋狂擴產,通過大規模生產進一步下殺產品價格,從而逼競爭對手退出市場甚至直接破產,世人稱之為“逆周期投資”。
三星的逆周期投資已經成為半導體界的一段傳奇故事。
至此,DRAM領域形成了三星、SK海力士、美光“三足鼎立”的局面。2011年之后,DRAM內存的市場格局沒有發生什么重大變化。但是,DRAM的用戶需求和市場環境,變化很大。
之后,三大DRAM廠商為提高自身市占率 ,繼續大打價格戰,DRAM價格不斷下跌。2017-2018年,受益于數據中心、智能手機市場需求,DRAM市場迎來增長。服務器DRAM、移動DRAM需求成長,DRAM廠商的供應量增長低于市場需求量,DRAM價格一路上揚。此外,運算加密貨幣所需的繪圖型DRAM推動了市場供不應求加劇。
2019 年,由于前期產能擴張和去庫存因素,存儲芯片價格下跌較多。加密貨幣市場價格崩塌、智能手機市場進入成熟期,驅動市場進一步需求疲軟,DRAM價格跌幅最高達37%。
1994年以來,DRAM江湖經歷了五次大蕭條。目前,DRAM行業又處于多周期疊加下的“寒冬”,DRAM產業的第六次蕭條或許正在路上。
DRAM江湖:從群雄割據,到三分天下
總體上來說,DRAM產業每3-5年都經歷“需求提出-供不應求-價格上漲-擴充產能-產能過剩-價格下跌-重新洗牌”的過山車,如此不斷循環。
縱觀 DRAM發展歷史,DRAM產業具備成長和周期雙重屬性,圍繞成本、技術、品質等為核心競爭要素,而背后需要企業在融資能力、產業鏈配套及人才梯隊等全方位儲備,考驗企業系統性的資源調動能力。
DRAM行業早期競爭激烈,參與者眾多,70 年代是市場分水嶺。1972 年,Intel 憑借 1K DRAM研發取得成功,迅速占領市場。同時期,IBM 和德州儀器也開始入局。1973 年,PC 需求放緩對半導體產業造成沖擊。德州儀器和各大日本廠商抓住時機進入內存市場,Intel 市場份額快速下降。80 年代,日本廠商憑借低價的優勢份額持續提升,韓國三星也在此時開始布局DRAM。1984 年,Intel 開始退出市場;1998 年,德州儀器將存儲業務出售給美光;1999年 IBM 也將合資工廠出售給東芝并退出市場。
過去50多年的發展歷程中,存儲企業間搏殺慘烈,王朝幾經更替。美國、日本、德國、韓國、中國臺灣的選手,懷揣巨額籌碼,興高采烈地走進來,卻在輸光之后黯然離場。無數名震世界的產業巨頭轟然倒地,就連開創DRAM產業的三大元老——英特爾、德州儀器和IBM,也在商業廝殺中含恨退出了DRAM市場。
經過大浪淘沙后,英特爾、IBM、英飛凌、Motorola、德州儀器、日立、三菱、東芝、松下、現代、LG等廠商紛紛退出了DRAM江湖。
近10年來DRAM市場集中度逐漸上升,當前全球DRAM廠商的數量不到10家,形成了三星電子、SK海力士、美光三足鼎立的格局,在DRAM市場呼風喚雨,賺得盆滿缽滿。2021年,三巨頭總共占有94%的DRAM市場份額。
NAND閃存,35年跌宕起伏
另一邊,NAND閃存市場同樣激烈。
在日美激戰正酣的1984年,東芝(2017年4月東芝存儲器集團從東芝公司剝離,并于2019年10月正式更名為KIOXIA,中文名為鎧俠)跨時代地提出了“閃存”概念,宣告一個新時代的到來。
遺憾的是,Flash閃存并沒有得到東芝公司的充分重視。相比已經開跑多年的DRAM,以及日本DRAM正強勢碾壓美國,剛面世的NAND閃存在東芝眼里瞬間黯然失色。
直到三年之后,東芝才根據閃存的概念發明出了全球第一塊NAND閃存芯片,為之后的電腦、智能手機、數據中心等許多新應用奠定了技術基礎。
整個90年代末,受益于手機、數碼相機、便攜式攝像機、MP3播放器等消費數碼產品的爆發,Flash市場規模迅猛提升。當時,市場一片繁榮,參與的企業也數量眾多。
此時的閃存市場,競爭開始加劇,英特爾、三星、東芝等廠商互不相讓地追逐NAND閃存的制高點。
進入21世紀,NAND Flash崛起的勢頭更加迅猛。
在互聯網泡沫與美國的圍追堵截之下,2001財年,東芝在巨額虧損之下徹底剔除DRAM,將DRAM業務賣給了美光。之后便決意重拾此前不被自己重視的NAND閃存業務。
三星則一路披荊斬棘,將NAND閃存的容量從1G升到2GB、4Gb、8Gb、16Gb、32Gb、64Gb,在工藝方面,三星成功開發出90nm、70nm、50nm、40nm、30nm。
雖然退出DRAM市場,但在閃存領域,英特爾并未放棄。1992年,英特爾第一款NAND閃存產品姍姍來遲,容量為12MB。
在這場技術競賽中,單打獨斗不是市場的主旋律。東芝聯手閃迪,英特爾則選擇了美光。
在DRAM爭霸賽中發展良好的美光,在NAND閃存領域比其余幾家存儲企業出發都晚。2005年,英特爾與美光成立合資公司IM Flash,珠聯璧合一方面是抵御三星與東芝的沖擊,另一方面則是押注未來,全力進軍3D NAND。
2007年,手機進入智能機時代,喬布斯在舊金山的馬士孔尼會展中心,從口袋中掏出了那款影響世界的iPhone,再次對閃存市場技術格局造成影響。
基于芯片性能和應用需求,NOR Flash的市場份額開始被NAND Flash大量取代。NAND閃存迎來黃金期,同時各家企業在新技術上的競賽也更加激烈。
也是在這一年,2D NAND走到頭。這一次東芝又引領了潮頭,獨辟蹊徑發布基于BiCS技術的3D NAND。而三星并沒有借鑒東芝的結構,反而另辟蹊徑選擇了VG垂直柵極結構的V-NAND閃存。
閃存行業進入3D時代。此后數年,英特爾與美光、東芝(鎧俠)、SK海力士以及三星走在在追逐更高密度,更高層數的道路上。
產業發展初期,朝氣蓬勃,各家企業都能找到屬于自己的生態位,產業一旦進入成熟期,并購加劇,馬太效應之下生態位要么擴張,要么被蠶食。2010年之后,整個閃存行業動蕩不安,收購事件此起彼伏,一方面鞏固自身優勢,另一方面彌補短板。
LSI收購Sandforce、閃迪收購IMFT、 蘋果收購Anobit、Fusion-io收購IO Turbine。其中美光與SK海力士是最為活躍的兩家企業。
據統計,美光在2010完成對閃存制造商Numonyx的并購,2012年收購PCle虛擬化解決方案供應商Virtensys,2015年收購SSD控制器初創公司Tidal,2019年正式收購IM Flash。SK海力士則在2012年收購意大利NAND閃存開發商Ideaflash,并在2021年拿下英特爾的NAND閃存業務。
而英特爾與美光這一對戰友對技術路線出現了分歧。2019年,英特爾與美光正式結束了在NAND Flash技術方面長達14年的合作關系。最終美光收購了IM Flash,英特爾則獨自建立了NAND Flash和3D XPoint存儲器研發團隊,但沒多久,英特爾就徹底放下了NAND Flash,如同其當年放下DRAM一樣。這一決定算是宣告英特爾對NAND閃存的告別,同時也切斷了基于3D XPoint技術打造出傲騰(Optane)產品線,同時也為英特爾的存儲之路徹底地畫上句號。
英特爾告別賽場之后,將一部分財產留給了昔日戰友美光,另外的場地留給了后起之秀SK海力士。2021年12月底,SK海力士以90億美元的價格接手了英特爾NAND閃存業務及SSD業務,后在美國成立NAND閃存解決方案提供商Solidigm。2021年第四季度,海力士加上Solidigm的市場總份額來到了全球第二,僅次于三星。
通過市場博弈和整合并購,NAND Flash領域的玩家數量越來越少。最終,形成了由三星、SK海力士、鎧俠、西部數據、美光等巨頭為主導的集中型市場。
NAND的江湖春秋
自1987年發明NAND閃存以來,經過了35年的跌宕起伏,有前浪退出,也有后浪涌進。東芝雄霸市場、三星一躍龍門、美光與SK海力士強勢突圍,以及退出賽場的英特爾,都為NAND Flash市場演繹了一場橫跨時空的精彩劇情,并創寫了屬于自己的江湖春秋。
從WSTS公布的出貨量數據來看,NAND閃存的發展大致可以分為三個階段。2000年至2016年間,NAND閃存出貨量呈現線性增長趨勢;2016年至2018年,出貨量相對穩定;2018年之后,受益于數據中心市場增長,NAND閃存出貨量隨之增加。
從NAND閃存市場的角度看,隨著2001年以后音樂播放器、數碼相機、手機等領域疾速增長,NAND閃存市場需求持續上揚,出貨量以線性趨勢持續增加。
發展至今,大數據、云計算、元宇宙等新興領域的快速發展,對NAND產品的容量、性能、功耗提出了更高的要求。在技術沒有代際差異的情況下,NAND產品趨于標準化同質化,成本、堆疊層數和市場規模正在成為NAND產業接下來的競爭焦點。一系列閃存廠商再次紛紛加速技術演進和市場布局,以爭奪NAND閃存市場的主導權。
寫在最后
回顧存儲行業的發展歷史,應用市場的更迭、供需關系的改變和存儲芯片的價格波動主導了眾多存儲公司的命運,催生了市場新格局。
行業廠商的起起伏伏也展示了市場判斷對于企業經營的重要性。存儲芯片市場由于其周期性和產線投產時間長等緣故,扎堆投資,就容易造成供過于求,進而使半導體公司出現虧損、生產線荒廢、人員解散,又會導致市場緊缺,價格上升,又開始建立新的或者改善原生產線。這種情況下,如何對市場周期進行預判,又如何度過低迷期,都對各家存儲企業提出了極高的要求。
當前,存儲市場再次吹起下行的寒風,存儲廠商在先進技術方面的競爭不見頹靡。
無論是第五代10nm級DRAM技術,還是更高層數堆疊的NAND Flash,存儲大廠都在積極發力,以保持市場領先地位,并滿足市場對高容量、高性能產品需求,呈現出持續發展的潛能。
與此同時,存儲廠商們也在布局未來的潛力市場。雖然移動、PC等消費市場呈現出疲軟態勢,但云、服務器、高性能運算、車用與工控等領域結構性增長需求不減,半導體市場結構化增長的特征,為存儲原廠的增長提供了堅實后盾。
盡管存儲市場需求近期疲軟,但長期需求趨勢依然強勁,數字化的浪潮已經不可逆轉,存儲市場長久來看必然是向更高更大的格局邁進。
回顧過往幾十年存儲行業發展脈絡,起起伏伏正如傳奇投資人John Templeton所言:“牛市在悲觀中萌生,在懷疑里成長,在樂觀中登頂,在亢奮里寂滅”。
存儲市場的興衰也大抵如此。