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半导体疯狂扩产面临隐忧!存储器涨势反转,或迎价格暴跌

半导体疯狂扩产面临隐忧!存储器涨势反转,或迎价格暴跌

谁主导存储器市场的急速扩张?

来源:芯东西

编译|ZeR0

编辑|漠影

过去一年,台积电、三星、台积电等全球芯片制造龙头接连宣布巨额投资计划。

台积电计划未来三年投资1000亿美元(折合6436亿人民币),三星电子未来三年计划投资240万亿韩元(折合1.3万亿人民币),不过半导体业务具体占比未知。英特尔宣布未来10年将在欧洲投资800亿欧元(折合5979亿人民币)。

各国也提供补贴来支持这些公司的资本投资。比如美国拟拨款520亿美元加强其本土半导体制造能力,欧盟17国签署万亿半导体计划,韩国建立“K-半导体战略”概念提供税收优惠等激励。

据日经新闻今年8月28日报道,2021年10家主要半导体厂商的资本投资总额将超过6800亿人民币。SEMI的一项调查显示,从2021年到2022年,已确认的半导体工厂开工数量将达到29家。

在汤之上隆看来,这种反常的资本投入和工厂林立的现象,就像是被“花衣魔笛手”操纵的老鼠,一步步走向悬崖,悬崖底部等待着的是半导体价格暴跌,以及接下来的半导体大萧条。

▲全球半导体产量增加和投资热潮正在世界各地进行

▲全球半导体产量增加和投资热潮正在世界各地进行

01.

半导体产量大幅增长,

谁引领了存储市场的快速扩张?

各大半导体厂商已投资逾6800亿人民币,29家工厂的建设已经开始,但这些工厂的半导体量产似乎最早要到2022年下半年,正常情况下要到2023年才能完成。

然而,有迹象表明,全球半导体产量已经开始大幅增加。如下图所示,全球半导体季度出货额和出货量在2018年Q3内存泡沫破灭时,分别达到2658亿美元和1249亿个的峰值。

▲季度全球半导体出货额和出货量(1991-2021 Q2)

▲季度全球半导体出货额和出货量(1991-2021 Q2)

之后因存储器市场不景气,出货额和出货量有所下滑,但在2020年Q2之后大幅回升。随后,2021年Q2出货额达2894亿美元,出货量1336亿个,创季度历史新高。这种势头在未来很可能会持续下去。

接下来,让我们看看半导体类型划分的季度出货量。2021年Q2,逻辑半导体为363亿美元,包括处理器和微控制器在内的Mos Micro为189亿美元,模拟半导体为178亿美元,均创下季度新高。

▲按类型划分的季度半导体出货量(1991-2021 Q2)

▲按类型划分的季度半导体出货量(1991-2021 Q2)

另一方面,包括DRAM和NAND闪存在内的半导体存储(Mos Memory)的出货额并未超过2018年Q3的峰值(441亿美元)。但从2020年Q4到2021年Q2出货量的急剧上涨,不免令人心生恐惧,因为这个斜率与2016-2018年Q3的内存泡沫相当。

话虽如此,存储器出货额不会无限增长,预计会在某个时刻供过于求,达到峰值,随后等待着他们的,则可能是存储器价格暴跌和随后的市场不景气。

那么,主导存储市场快速扩张的主角是DRAM、NAND,还是两者兼而有之?本文尝试进行这种分析。

02.

DRAM出货量急剧上涨

今年Q2达历史新高

下图显示了DRAM季度出货额和出货量的变化。

▲DRAM季度出货额及出货量变化(~2021 Q2)

▲DRAM季度出货额及出货量变化(~2021 Q2)

汤之上隆判断存储器市场的急剧增长由DRAM引起。这是因为,从2020年Q4到2021年Q2,DRAM的出货量开始呈现近乎垂直的趋势。这与下图中的存储器出货量非常相似。

▲按类型划分的季度半导体出货量(1991-2021 Q2)

▲按类型划分的季度半导体出货量(1991-2021 Q2)

那么DRAM出货量为何会飙升呢?从2010年到2018年前后,DRAM出货量一直保持在40亿个左右,但从2019年Q3左右开始大幅增加,2021年Q2达到55.3亿个的历史新高。

汤之上隆认为,造成这种情况的原因如下:2012年以来,DRAM厂商实际上集中在三星、SK海力士和美光科技三家公司,并通过暗中达成一致意见进行生产调整,保持出货量在一定水平。

不过,随着DRAM主战场从2019年下半年开始从移动端转移到服务器端,上述三大厂商放弃了暗中串通,重新展开竞争。结果,三家公司都增加了出货量,导致世界范围内DRAM出货量急剧上涨。除了这三大DRAM厂商的竞争之外,新冠肺炎疫情的影响也应涉及其中。

03.

NAND出货量变化相对平稳

不是存储市场快速扩张主因

我们再来看看NAND季度出货额和出货量变化。自2000年以来,NAND出货量几乎呈线性增长,但这一增长到2016年后停止了。

汤之上隆认为,这是由于NAND从2D到3D的转变。在2D上,存储单元已经小型化,芯片尺寸也已经变得更小。因此,芯片进一步微缩后,1片晶圆上能获得的NAND数量也随之增加。

▲NAND出货价值和出货量变化(~2021 Q2)

▲NAND出货价值和出货量变化(~2021 Q2)

但从2016年开始,NAND实现3D化。为了增加存储容量,3D NAND采用了存储单元垂直堆叠的方式,因而芯片尺寸基本不变。故汤之上隆认为自2016年NAND走向3D化,其出货量已趋于平稳。

NAND出货量在存储泡沫的2018年Q3达到约30亿个,但随后在2019年Q1下降至22亿个,又在2019年Q4恢复到30亿个。然后受新冠肺炎疫情影响,它在2020年Q2减少到约26亿个,之后开始稳步回升,在2021年Q2创下约33亿个的历史新高。

也就是说,在疫情爆发前后,DRAM出货量从大约40亿个上升到55亿个以上,而NAND出货量仅从30亿个上升到33亿个。因此,可以说存储器市场迅速崛起的主要源头是DRAM,而不是NAND。

04.

DRAM现货价变化如何影响存储器市场?

从当前分析来看,DRAM出货量的增加与2020年Q4-2021年Q2存储器市场的急剧扩张有关。那么,这与DRAM价格的有多大关系呢?下面,我们来对DRAM的现货价和合约价进行分析。

首先,下图显示了2020年12月31日至2021年9月17日期间各种DRAM的现货价格。这里DDR是Double Data Rate的缩写,表示DRAM规格,DDR3的传输速率是DDR2的2倍,DDR4的传输速率是DDR3的2倍。

▲各种DRAM现货价格(2020年底-2021年9月17日)

▲各种DRAM现货价格(2020年底-2021年9月17日)

从上图可以看出,DDR4 DRAM比DDR3更贵,同一DRAM规格时,集成度高的价格更高。

接下来,将2020年12月31日的DRAM价格标准化为“1”,观察各种DRAM价格的变化。到2021年3~4月,两种DDR3_2Gb DRAM价格上涨了2.4-2.5倍以上。其次价格上涨的两款DDR3_4G,涨幅在1.9~2倍以上,两款DDR4_4G紧随其后,涨幅在1.8~1.9倍。

▲标准化的各类DRAM现货价(2020年底-2021年9月17日)

▲标准化的各类DRAM现货价(2020年底-2021年9月17日)

另一方面,集成度最高的16G在3月份左右上涨了1.2倍左右,其次的两种DDR4_8G价格上涨了约1.4~1.5倍。简而言之,在DRAM现货价格中,传输速率低、集成度不高的传统DRAM价格一路高涨。从DRAM合约价的变化也可以看出这个趋势。

05.

传统DRAM现货价和合约价都在上涨

下图显示了2020年9月至2021年8月各种DRAM的合约价变化。与现货价格类似,其价格按DDR2、DDR3、DDR4的顺序上涨,如果DDR相同,集成度越高,价格越高。

▲各种DRAM合约价(2020年9月-2021年8月)

▲各种DRAM合约价(2020年9月-2021年8月)

接下来,我们将2020年12月的合约价标准化为“1”,并查看了各种DRAM价格的变化,结果显示价格从高到低依次是DDR3_2G、DDR2_512M、DDR2_1G、DDR3_1G,价格从高到低。另一方面,两款DRAM集成度最高的DDR4_8G的涨价幅度最低。

▲标准化的各种DRAM合约价(2020年底-2021年8月)

▲标准化的各种DRAM合约价(2020年底-2021年8月)

换句话说,无论是现货价还是合约价,传统DRAM价格都在上涨,而集成度高的DRAM价格并没有上涨那么多。为什么会发生这样的事情呢?

06.

新冠肺炎疫情催化传统DRAM价格飙涨

也许价格大幅上涨的传统DRAM主要应用于家用电器产品等领域。新冠肺炎疫情迫使人们呆在家里。结果,为了在家里更舒适地生活,人们就在网购家电产品,这些家电产品不需要高传输速率、高集成度的DRAM,因此,市场上很少出现的传统DRAM价格飙涨。

▲标准化的各类DRAM现货价(2020年底至2021年9月17日)

▲标准化的各类DRAM现货价(2020年底至2021年9月17日)

这个推论可以从下面的事件中得到证实。首先,我们再来看看上面这张图,一直上涨的传统DRAM现货价格从7月左右开始下跌。此时全球都在推进新冠肺炎疫苗接种,封锁也被逐渐解除。

因此,对新冠肺炎疫情的需求可能曾经收敛。不过传统DRAM的合约价还在上涨,这一推论是否正确还有待验证。

下图显示了集成度不同的每月DRAM出货量。DRAM每隔3-4年就会被集成度最高的产品所取代。目前主流的DRAM是4G以上的8G或16G。

由于现货价和合约价涨幅较大的2G在2013年见顶,1G在2010年达到峰值,512M在2008年左右达到峰值,因此,市场上DRAM的绝对数量很少。稀有的DRAM因突发的新冠肺炎疫情而变得必要,所以价格上涨超2倍。

▲按集成度划分的DRAM月出货量(1991年1月-2021年6月)

▲按集成度划分的DRAM月出货量(1991年1月-2021年6月)

07.

DRAM出货额上涨背后,两大因素双重作用

再回到下图中从2020年Q4到2021年Q1 DRAM出货额的快速增长。其快速增长的第一个原因是DRAM出货量的增加。

▲DRAM季度出货额及出货量变化(1991-2021 Q2)

▲DRAM季度出货额及出货量变化(1991-2021 Q2)

那么DRAM价格上涨的影响有多大?从下图中按集成度划分的DRAM出货量可以看出,目前生产的DRAM大部分是4G、8G和16G。

▲按集成度划分的DRAM月出货量(1991年1月-2021年6月)

▲按集成度划分的DRAM月出货量(1991年1月-2021年6月)

由下图可见,高集成度DRAM(例如8G)的合约价上涨了1.44倍。

半导体疯狂扩产面临隐忧!存储器涨势反转,或迎价格暴跌

 

 

▲标准化的各种DRAM合约价(2020年底-2021年8月)

▲2020年Q4至2021年Q2 DRAM出货量增长背后的因素

▲2020年Q4至2021年Q2 DRAM出货量增长背后的因素

DRAM出货额从149.86亿美元增至235.3亿美元(1.57倍)

DRAM出货量从48.88亿个增加到55.29亿个(1.13倍)

主流的DDR4_8G合约价从2.85美元涨至4.1美元(1.44倍)

(出货量系数 1.13)x(涨价系数 1.44)= 1.62

如上所述,DRAM出货量增长幅度(1.57倍)与出货量增长1.13倍、主流DRAM价格增长1.44倍的乘积值(1.62倍)大致相当。

因此,可以说这张图中DRAM出货额的增加是由出货量和价格上涨两方面因素共同造成的。一开始汤之上隆以为出货量的增加会带来更大影响,但后来发现价格上涨反而会带来更大的影响。

▲DRAM出货量季度出货量及数量变化(~2021 Q2)

▲DRAM出货量季度出货量及数量变化(~2021 Q2)

08.

NAND现货价走势难解

汤之上隆也对NAND进行了现货价和合约价的分析。首先,下图展示了2020年12月31日~2021年9月17日期间各种NAND的现货价走势。

▲各种NAND的现货价(2020年12月31日~ 2021年9月17日)

▲各种NAND的现货价(2020年12月31日~ 2021年9月17日)

SLC是Single Level Cell, MLC是Multi Level Cell, TLC是Triple Level Cell,分别是可以在一个存储器单元中写入1位、2位、3位的NAND。另外3D TLC是3D NAND的意思,没有3D的NAND都是2D NAND。

继续看上面这张图,可以看到3D TLC 1T(1TB)是最高的,SLC 1G和SLC 2G是最便宜的,除此之外没有规律。

因此,与DRAM的情况相同,汤之上隆观察了2020年12月31日将价格标准化为“1”时各种NAND的价格变化。要解释下面这张图相当困难。首先,从整体上来说,没有哪一种NAND的价格像DRAM的现货价一样上涨2倍。价格最高的SLC_2G也只有1.2~1.27倍。

▲标准化的各种NAND的现货价(2020年末-2021年9月17日)

▲标准化的各种NAND的现货价(2020年末-2021年9月17日)

此外,MLC_128G和MLC_256G的价格几乎呈线性增长。SLC_16G价格从8月下旬开始突然猛涨。另一方面,SLC_8G自4月中旬以后,价格下降到“1”以下,持续下降到0.93。

那么,为何上述NAND会有这样的表现呢?这很难明确回答,比如SLC_2G和SLC_1G的价格相对较高。由于SLC的集成度不高,可以考虑汽车等要求高可靠性但不关注集成度的应用(虽然没有太多证据)。

09.

NAND的现货价和合约价未大幅上涨

接下来,我们来看一下2020年12月~2021年8月期间各种NAND合约价的变化。价格最高的是SLC_32G,其次是SLC_16G,MLC_128G为第三。由此可见,NAND并不是集成度越高,价格越高。

▲各种NAND合约价(2020年12月-2021年8月)

▲各种NAND合约价(2020年12月-2021年8月)

如果集成度相同,均为32G,MLC价格约为3美元,而SLC达到4倍以上,为12.55美元。换言之,对于汽车和高性能计算机等可靠性要求严格的产品,可使用SLC而非MLC。

NAND厂商在开发TLC之后又开发了Quad Level Cell(4位单元)和Penta Level Cell(5位单元),但这些多位单元似乎不能用于所有终端产品。

汤之上隆们将2020年12月合约价标准化为“1”,观察各种NAND价格的变化。结果显示,所有NAND在2021年3月~4月期间价格上涨了1.06~1.1倍,6月~7月再涨了1.5~1.18倍。

▲标准化的各种NAND合约价(2020年末-2021年8月)

▲标准化的各种NAND合约价(2020年末-2021年8月)

到2021年8月,MLC_32G、MLC_128G和 MLC_64G是价格涨幅最大的,然后是SLC_1G。诚然,SLC_1G属于现货价格涨幅较大的一类,但SLC_2G在8月中旬之前现货价涨幅最大,是合约价涨幅最小的类型。

综上所述,无论是NAND的现货价还是合约价,都没有像DRAM那样大幅上涨。此外,存储单元的大小、集成度与NAND价格之间的相关关系很难找到。顺便一提,目前生产的NAND中,集成度超过512G的NAND逐渐取代256G成为主流。

▲各集成度NAND每月出货量(1991年1月~ 2021年6月)

▲各集成度NAND每月出货量(1991年1月~ 2021年6月)

10.

结语:存储器市场的急速扩张

将持续到何时?

从各季度半导体出货量来看,2020年Q4至2021年Q2,存储器市场迅速扩张。其主要原因在于DRAM而非NAND。在DRAM方面,出货量创下季度历史新高,超过55亿个。同时,由于主力产品8G合约价上涨1.44倍,DRAM出货金额也增加了1.57倍,达到235.3亿美元。

另外,传统DRAM的现货价和合约价都上涨2倍以上。经分析,传统DRAM的绝对数量较少,且因新冠肺炎疫情盘踞,各种家电需求扩大,导致价格上涨。

DRAM市场以及存储器市场的迅速扩张将持续到何时?这可能取决于MPU。2016年英特尔10nm工艺“难产”,后来它又为14nm“续命”,为了提高MPU的性能,增加内核数量,因此增加了芯片面积,因而从1片晶圆可获取的芯片数量减少了。

▲每季度MPU、DRAM、NAND出货量

▲每季度MPU、DRAM、NAND出货量

受此影响,2016年Q3全球MPU出货量为1.36亿个,到2019年Q1降至8800万个,减少了4800万个。由于全球MPU短缺,面向PC和服务器生产的DRAM和NAND充斥市场,致使价格暴跌,引发半导体大萧条。

MPU在2021年Q2的出货量为1.2亿个,虽然离2016年Q3的高峰期还有些不足,但出货量正在稳步增长。或许英特尔已确定量产10nm的目标,也有可能为AMD代工的台积电MPU产量提高。

无论如何,在MPU出货量增加的当下,存储器价格不太可能暴跌。但到2024年左右,当英特尔在美国亚利桑那州开设的新半导体工厂量产时,MPU可能会供过于求。

汤之上隆希望各半导体制造商正确地进行市场营销,冷静地、有计划地生产半导体,不要进行毫无意义的竞争。

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