DDR5内存需求爆发!存储芯片稀缺赛道,龙头强者恒强

翰棋说财经 2024-06-29 08:38:01

据存储芯片供应链消息,当前上游存储原厂的高带宽存储器(HBM)订单已预订一空直至2025年。目前HBM订单的可预见性已经延伸至2026年第一季度。

此前,SK海力士和美光两大存储巨头2024年的HBM产品已提前被抢购一空,而2025年的订单也已接近满额。据估算,SK海力士和美光两家公司合计为英伟达提供的HBM月产能大约相当于6万多片。

由于HBM占用了大量的DRAM产能,预计将推动DDR5内存的价格逐步上升。

当前在下游PC和服务器对内存升级的迫切需求推动下,DDR5的步伐日益加快。

DDR5内存目前在PC市场中率推广应用,此外支持DDR5内存的服务器CPU也在逐步面市。相较于DDR4,DDR5内存具备更高的带宽、更低的功耗,十分适用于AI高性能计算。

根据Trendforce 发布的数据,预计DDR5的渗透率有望在2024年第三季度末超越DDR4,成为新一代内存技术的代表和未来发展趋势。

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全球DRAM产品结构:

DDR5行业概览

存储芯片是半导体的核心元器件,占据全球半导体市场规模的约28%。

存储芯片可以划分为RAM(随机存储器)和ROM(只读存储器)两大类。

其中,RAM包括DRAM、SRAM以及新型RAM,而ROM则主要包括NAND Flash和NOR Flash。在应用上DRAM和NAND Flash是主导产品。

DRAM存储技术自上世纪六十年代问世以来,通过存储托盘在电容器中的状态来实现数据的存储,具有高密度和相对密度高的优势。

在发展过程中,根据应用场景的不同,DRAM被分为标准DDR、LPDDR、GDDR三大类。

此外,各种类型的内存技术随着市场需求的不断变化而创新迭代,并在这个过程中不断衍生出新的技术品类,如HBM、LPCAMM等,持续推动着DRAM行业的发展。

DRAM每次迭代,芯片性能显著提升。当前DRAM技术已经发展至DDR5阶段,与DDR4相比,DDR5在各个参数上都有显著的提升。

DDR全称为双倍速率同步动态随机存储器,是SDRAM的进一步演变。

DDR能在一个时钟周期内实现两次数据读写,从而将数据传输速度提升一倍,广泛应用于个人计算机和服务器领域。

过去三年里,DDR4技术已经进入了成熟期,并成功跻身为内存市场的主流技术。当前DRAM技术已经发展至DDR5阶段,与DDR4相比,DDR5在各个参数上都有显著的提升。

DDR5内存接口芯片与前一代DDR4相比,显著提升了性能,支持更高的速率的同时实现了更低的电压需求。此外,DDR5具有超高的频宽和更低的功耗。

DDR5内存接口芯片及内存模组示意图:

DDR5模块中配置了电源管理IC,电源控制可以直接在DIMM模块上独立进行,从而确保电源的稳定性和信号的完整性,进而优化能源效率。

产业发展进程推进环节来看,当前JEDEC(固态技术协会)旨在推动新一代DDR6内存和新一代低功耗内存LPDDR6的制定工作。LPDDR5标准已经问世五年多,新一代的标准能有望带来更大的技术突破。

DDR6标准图示:

资料来源:JEDEC

DDR5市场格局和龙头梳理

2018年底全球领先的内存芯片制造商陆续公开了各自的DDR5研发进展。

DDR5技术自2020年开始逐步渗透市场,其主要发展目标是提高工作效率并降低工作电压,从而从根本上增强计算能力。

在DDR5时代,市场的竞争格局有望进一步集中,现有行业领先者将继续分割并扩大其市场份额。

三星和SK海力士正在加大对HBM、DDR5等高端产品的投入,并计划逐步淘汰DDR3等老旧产品。

HBM采用TSV技术,构建3D堆叠结构,并通过先进的封装技术与GPU紧密结合,在不增加占用面积的前提下,实现了容量的扩展并有效提升了带宽并降低了功耗。

2013年半导体行业标准机构JEDEC正式采纳了HBM技术。2015年AMD的Radeon Fury系列率先采用了由SK海力士生产的全球首款HBM。此后,HBM技术经历了HBM1、HBM2、HBM2e、HBM3的逐步演进,容量和带宽均得到了显著提升。

三大存储原厂HBM演进路径:

AMD和英特尔等厂商也在不断推动DDR5的应用,目前最新产品均已开始支持DDR5技术。

作为DDR3的主要供应商,全球巨头厂商的产能调整将对终端供应和价格产生重大影响。目前DDR3等产品的价格仍处于历史低位,但随着DDR3供应的减少,预计下半年其价格将有所上涨。

随着三星、SK海力士及美光等全球龙头厂商加速扩大HBM的生产规模,国内厂商在DDR3等中低端市场的替代潜力空间也十分广阔。

DDR5时代的到来将带来市场空间的显著增长。由于内存接口芯片行业存在多重认证和技术难度的双重壁垒,市场仍将由三大内存接口芯片厂商——澜起科技、瑞萨和Rambus主导。

在DDR5产品布局上,国内厂商澜起科技和瑞萨(IDT)都已经能够提供全套解决方案;Rambus目前可以提供RCD和DB产品,SPD产品正在研发阶段。此外,与澜起科技合作研发的聚辰股份已经可以供应DDR5 SPD产品。

整体来看,DRAM技整体竞争格局上看,三大巨头绝对领先国内厂商正在加速崛起。根据IC Insights,全球DRAM市场中三大巨头三星、SK海力士、美光市场份额绝对领先。在DRAM技术领域,美光公司创新性地推出了1β(1-beta)制程技术,并已成功应用于16Gb容量的DDR5内存中。从量产进度来看,包括兆易创新、北京君正、江波龙和东芯股份等在内的多家国内企业已经实现了规模出货。

在当前新一轮人工智能爆发背景下,存储芯片各细分环节有望迎来量价齐升高增长机遇。

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