闪存芯片是一种通过浮栅晶体管存储电荷来实现数据记录的非易失性半导体存储芯片,其核心特点是允许在操作中被多次电擦除或写入,并且断电后数据仍能长期保存,无需依赖持续供电,具备读写速度快、体积小巧、功耗低、抗震动等显著优势。因此闪存芯片在非易失性存储芯片领域中佔据主导地位,应用广泛且市场价值巨大。按存储信息类型不同,闪存芯片可分为代码型闪存芯片和数据型闪存芯片:
①代码型闪存芯片:代码型闪存芯片是主要为存储系统启动及运行过程中的代码的闪存芯片,具备读取速度快、数据稳定性、可靠性高的特点,但通常存储容量小、写入速度慢且单位存储成本比较高。代码型闪存芯片包括NOR Flash和SLC NAND Flash两类:
NOR Flash:NOR Flash容量比较小,具有可靠性较高、读取速度较快、功耗较低等优势,通常用于中小容量代码的存储和快速读取;
SLC NAND Flash:SLC NAND Flash容量相对较大,具有单位存储成本较低、擦写速度较快等特点,通常用于大容量代码的存储和快速擦写。
②数据型闪存芯片: 数据型闪存芯片是专为存储系统运行过程中大容量数据的闪存芯片,存储容量更大,并追求更低的存储成本,但可靠性、擦写寿命不如代码型闪存芯片。数据型闪存芯片包括MLC、TLC、QLC NAND Flash及3DNAND Flash。
闪存芯片产业链上游是各类关键基础设施供应商,最重要的包含EDA等闪存芯片设计工具、封测设备、光刻机等制造设备及晶圆等原材料的供应商。产业链中游涵盖闪存芯片设计、晶圆制造、封测等环节的企业。闪存芯片的应用场景十分丰富,产业链下游包括网络通讯、智能家居、工业、消费电子、汽车电子等各行业终端系统厂商。
IC设计是闪存芯片产业链中游的核心环节,直接决定了闪存芯片的性能、功耗、可靠性及成本效益。从事IC设计业务的公司依照商业模式不同可分为集成设备制造商(IDM)和无晶圆厂企业。IDM是指整合了IC设计、晶圆制造、封测及销售全流程的企业,属于重资产运营;
无晶圆厂企业是指仅从事IC设计业务,将晶圆制造等环节委託给代工厂的企业,属于轻资产运营,其避免了自建晶圆厂及其运营的高额成本,可将资源集中投入于IC设计,同时脱离维护自有生产线的约束。因此,该等企业能在选择生产的基本工艺与设计架构等技术路径上保持高度灵活性,是推动闪存芯片行业技术进步和产品创新研发的关键力量。
闪存芯片行业存在一定的週期性,通常以三至四年为一个週期,因此短期市场表现存在波动性。受新冠疫情的影响,闪存芯片企业面临原材料供应短缺,叠加全球经济下滑,以收入计,全球闪存芯片市场规模一度从2020年的585亿美元下降至2023年的409亿美元。
随著经济复苏,全球闪存芯片市场规模在2024年迎来拐点,目前市场正处于快速回升阶段。以收入计,全球闪存芯片的市场规模于2024年增至684亿美元,同比增长67.0%。同时,AI技术的成熟及大范围的应用已成为闪存芯片行业市场关键驱动力,预计将推动市场规模持续增长。
全球闪存芯片的市场规模预计将于2030年达888亿美元,2024年至2030年的复合年增长率达4.5%。在此情况下,AI技术在边缘设备中的加速渗透为代码型闪存芯片带来强劲的市场动能,该种芯片为提升本地化代码存储与执行的即时效能及可靠性的关键元件。因此,代码型闪存芯片的整体闪存芯片市场占有率持续增加,由2020年的6.1%增至2024年的7.2%,并预期于2030年达9.3%。
① AI时代下闪存芯片行业迎来广阔发展机遇:AI时代下,网络通讯、消费电子、智能家居、工业和汽车等各行各业设备迭代升级加快,智能终端数量一直增长。此外,大语言模型等AI技术的应用推动各领域数字化转型进程不断加速,全球数据量呈现爆发式增长态势。闪存芯片作为承载设备正常运行过程中海量代码与数据信息的关键载体,将迎来广阔发展机遇。
— 设备智能化升级催生高性能的代码存储要求:AI技术在各类设备的规模化应用推动其智能化级别持续迭代。通过在本地完成AI模型或算法的部署、调用和推理,这些设备正从被动响应指令的载体变为具备自主思考能力的智能体。例如,AIPC通过本地运行大模型实现实时翻译、文档总结等功能;智能汽车依託车端内置的AI算法识别路况,自动调整行驶轨迹。这种智能化升级使设备固件代码量与複杂程度急剧上升。因此,在代码和程序存储方面,需要低延迟、高可靠性的闪存芯片,以支撑複杂计算任务的高效执行,并保障系统快速启动与稳定运行。
— 海量数据增长驱动高规格的数据存储需求: 各类智能终端中,多模态交互、大模型训推等AI赋能场景不断涌现,驱动数据规模持续扩张。例如,AI手机实现运动状态识别、语音助手对话等功能时,需存储的图像、语音、多维传感器数据等非结构化、多模态数据量明显地增长。同时,设备内置的AI大模型需频繁读写大规模参数数据,以支持各类智能化功能落地。因此,需要大容量、高数据吞吐率的闪存芯片,满足AI场景下海量数据的实时流转与高效处理需求。
②新兴应用场景开闢增量市场: 近年来,AI数据中心、人形机器人、低空经济飞行器等新兴应用场景不断涌现。这些新兴应用场景不仅产生了海量複杂数据和实时控制指令,对数据的实时处理、代码的快速加载与安全执行也提出了极高要求,驱动了具备先进数据处理能力、低延迟、高可靠性的闪存芯片的需求。在此背景下,不断拓展的应用场景为闪存芯片行业开闢了广阔的增量市场。
③有利的政策与法规支持:闪存芯片为各类设备提供关键存储支撑,成为全世界科技竞争的重要方向,全球各地政府均出台支持政策推动其发展。在中国,工业与信息化部联合其他五部门于2023年10月联合印发《算力基础设施高水平质量的发展行动计划》,提出到2025年中国先进存储容量佔比达到30%以上,逐步推动闪存芯片升级;在美国,国会于2022年8月通过了《芯片与科学法案》,提出向半导体行业提供资金支持和税收减免,以鼓励尖端芯片研发;在欧洲,欧盟委员会于2022年2月发佈《芯片法案》,指明欧盟将加强其在先进存储芯片技术的研发与量产能力,为行业发展锚定方向。
①新材料和新器件技术协同突破:材料层面,氮化硅、氧化铪等先进存储材料的应用,为闪存芯片性能突破奠定底层基础,有望推动其向更大存储容量、更快读写速度方向演进。器件层面,结构优化成为核心突破路径,芯片堆叠技术将持续进阶,通过立体堆叠在紧凑空间内实现容量和功能的跃升。这些技术突破共同为闪存芯片拓展更多应用场景提供支撑。
②CIM等新型技术迭代推动闪存芯片能效突破: 随著AI技术的快速普及,智能终端需处理的数据与代码量大幅度的增加。传统芯片运算架构高度依赖数据传输,日益面临带宽受限、能效低下等瓶颈。在此背景下,近存计算技术应运而生,该技术透过将运算单元置于存储单元附近,以缩短数据传输距离,成为缓解该等瓶颈的过渡性解决方案。在先进封装技术与新型存储介质等技术的驱动下,该技术正逐步迈向更先进的CIM,这项突破性技术透过将运算单元直接嵌入存储单元,突破了传统芯片架构的限制。CIM技术充分的利用存储器件的物理特性,在数据存储位置直接执行运算,完全避免数据移动所伴随的能耗与延迟,从而尽量提高闪存芯片的能效。
③ReRAM等新型存储器商业化落地加速:ReRAM具备高速读写、超低功耗、高工艺兼容性与CIM适配优势,契合边缘AI中智能终端的本地高精度推理需求;FRAM兼具ROM与RAM特性,具备低功耗优势;MRAM凭借高速读写与高擦写耐久性,适配汽车电子等对存储稳定性要求严苛的场景。目前各类新型存储器正逐步向汽车电子、工业自动化等领域渗透,随著场景适配深化与技术成熟,预期将成为传统闪存芯片的重要补充,商业化应用边界持续拓宽。
④SLC NAND Flash持续向先进制程节点迭代:SLC NAND Flash的制程正加速向更先进的节点迭代,推动芯片性能持续提升。其正从40nm发展至目前主流的3xnm和2xnm节点,并向1xnm演进,1xnm将成为新基准。这一趋势将有利于芯片成本、功耗逐步降低,同时提升数据读取速度与可靠性,为更多高性能存储应用场景提供支撑。
⑤NOR Flash工艺平台一直在升级: 随著行业对降本增效、跨场景适配的需求升级,NORD等新工艺平台加速涌现,致力于在功耗、成本、擦写性能之间实现更优平衡。NORD既具备ETOX的宽温适应性、长数据保持能力,又兼具SONOS的尺寸小、功耗低、擦写快优势,可覆盖更广泛的容量需求且成本竞争力突出。同时,NORD工艺平台作为纯国产化平台,其应用能明显降低对进口工艺的依赖,为存储产业链自主可控筑基。凭借诸多优势,NORD工艺平台有望持续在众多领域中深化应用。返回搜狐,查看更加多
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