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需求端：存储为长期高成长赛道，数据中心、AI、自动驾驶驱动成长
存储芯片是长期高成长的赛道。只要有数据就离不开存储，新型终端或应用的诞生及爆发，拉动数据存储需求不断增长。复盘历史，存储器市场出现过多轮新终端或应用驱动的成长周期，如 90 年代 PC 的渗透，2000 年代功能机的渗透及 iPod 等推出，2010 年代智能机的渗透及云计算的爆发，未来存储器需求将在 5G、AI 以及汽车智能化的驱动下步入下一轮成长周期。
存储芯片市场规模维持长期增长，在半导体市场的占比波动上行。全球存储芯片市场于波动中保持上升趋势，市场规模从 2005 年的 546 亿美元增至 2020 年的 1229 亿美元，复合增速达 5.6%，IC Insights 预计 2023 年将超过 2000 亿美元。存储芯片在整个半导体中的占比 2002 年在 10%出头，到上一轮景气度高点 2018 年，达到 33.1%，整体处于波动上行的状态。2019 年和 2020 年，由于存储器周期下行，该比例有所下降，根据 WSTS，2020 年该比例约为 27%。
从结构上看，DRAM 和 NAND Flash 为存储芯片的核心品类。受到 5G 手机、服务器、PC 等下游需求驱动，存储芯片市场规模将快速扩张。2020 年 DRAM 下游市场中，计算、无线通讯、消费和工业分别占 45.9%、36.5%、9.6%、4.5%，而 NAND Flash 下游市场中，计算、无线通讯、消费和工业分别占 54.8%、34.1%、6.1%、2.6%（注：IDC 的分类中，“计算”包含服务器和 PC，“无线通讯”包含智能手机）。智能手机 5G 升级，带动智能手机单机容量提升，云计算和 AI 发展，推动存储需求不断上行。另外，远程服务的诸多应用持续带动服务器需求，而平板、笔记本电脑等也因远程办公、教学需求，出货量大幅增长。下游市场发展将带动 DRAM 和 NAND Flash 快速发展。
从应用结构变化趋势看，服务器和智能手机成为近 10 年存储需求增长的主要驱动力。①智能手机：2010 年智能手机爆发，对存储芯片的需求随之爆发，DRAM 下游应用中智能手机占比开始快速上升，手机 DRAM 市场规模从 2005 年的 21 亿美元增长至 2020 年的 239 亿美元，复合增速 17.8%，手机 NAND 市场规模从 2005 年的 70 亿美元增长至 2020 年的 189 亿美元，复合增速 6.8%。②计算（服务器及 PC）：计算市场稳定增长，计算用 DRAM 销售额持续增长，销售额从 2005 年的 233 亿美元增长至 2020 年的300 亿美元，复合增速 1.7%，增速较低是因为 PC 市场自 2010 年以来有所衰退。而 NAND Flash 下游应用中计算占比开始快速上升，销售额从 2005 年的 84 亿美元增长至 2020 年的 304 亿美元，复合增速 8.9%。
服务器出货量稳健增长。根据 IDC 统计，2016-2020 年，由于云计算浪潮、AI、企业数字化转型、物联网等的推动，全球服务器出货量从 956 万台增长至 1224 万台，复合增速达 6.4%。
云服务厂商资本开支维持高增速，服务器出货增长动能强劲。在长期驱动力（AI、云计算）的作用下，全球云服务厂商加速采购服务器，20Q1-21Q2 服务器采购经历了先补库存后去库存，21Q3 以来服务器需求恢复。短期来看，服务器需求企稳，而全球云服务厂商的资本支出维持40%上下的高增长，由此判断服务器需求有较强支撑。长期来看，5G、云计算浪潮、AI、企业数字化转型、物联网等快速发展，将促使企业增购服务器。IDC 预计 2021-2025 年维持稳定增长，2021 年出货量达到 1299 万台，到 2025 年达到 1676 万台，复合增速为 6.5%。
服务器平台升级带来存储芯片容量提升和规格升级。服务器更新换代带来 DRAM 和 NAND Flash 搭载容量的提升，据 DRAMeXchange 测算，服务器的 DRAM 平均单机容量从 2019 年的 304GB 上升至2020 年的 397GB，涨幅达 30%。据 ChinaFlashMarket 测算，服务器的 NAND Flash 平均单机容量从 2019年的 2300GB 增至 2020 年的 2700GB，增幅达 17%。目前，英特尔平台的服务器占市场主导地位，以其为例，其服务器正从 Purely 平台向 Whitley 平台切换，同时下一代 Eagle Stream 平台将于 2022 年起量，服务器平台切换带来 DRAM 和 NAND Flash 搭载量和规格的提升，如内存通道从 6 提升至 8，DRAM 从DDR4 升级至 DDR5。
智能手机进入存量升级时代，存储芯片单机搭载容量维持高增长。智能手机经历过2008-2016 年的爆发式增长，出货量于 2016 年达到峰值，近年来出货量有所下降。随着 5G 换机的推进，智能手机出货量有望恢复小幅增长，整体智能手机市场属于存量市场。其搭载的 DRAM 平均单机容量从 2010 年的0.5GB 增长至 2020 年 4.3GB，复合增速达 24%，NAND Flash 平均单机容量从 2014 年的 21GB 增长至2020 年的 108GB，复合增速达 31%。
预计 2025 年全球 5G 渗透率接近 70%，5G 换机拉动存储容量提升。随着全球更多地区开始 5G 商用部署、各品牌陆续推出 5G 机型，5G 智能手机渗透快速提升。根据 IDC 预测，2021 年 5G 智能手机出货量将占全球销量的 40%以上，并将在 2025 年增长至 69%。国内 5G 渗透率全球领先，2021 年 12 月已达81%。5G 手机升级带来存储容量升级，根据美光，高清视频、高像素拍摄、5G 传输和云游戏需求不断增长，智能手机从 4G 切换至 5G，旗舰机 DRAM 配置将从 6GB+提升至 8GB+，NAND 配置将从128/256GB 提升至 256/512GB，智能手机单机存储芯片搭载容量持续提升。
2021 年全球 PC 出货量接近历史峰值水平，未来出货量将维持稳定。在疫情远程办公和教育的推动下，2020 年全球 PC 市场扭转颓势，同比增长 13.5%。疫情并非长期性事件，PC 需求量持续高速增长存在较大不确定性。IDC 预计 2021 年全球 PC 出货量至 3.45 亿台，同比增长 13.5%，接近 2011 年的历史峰值，预计出货量到 2025 年维持在 3.5 亿台水平。若考虑进平板电脑，则 2021 年全球 PC+平板出货量达 5.2 亿台，至 2025 年小幅下降至 5.1 亿台。因此，从出货量看，未来 PC+平板为存量市场，其存储芯片需求主要来自单机搭载容量的提升。
未来 PC DRAM 和 NAND Flash 平均容量将保持高速增长。随着数据存储需求的不断增长，PC 存储配置逐年升级，根据 PC Matic Research，PC DRAM 容量自 2000 年以来持续增长，到 2020 年单机接近10GB，NAND Flash 容量变化趋势与之类似。根据 Yole 预测，2020 年 PC 平均 DRAM 容量约为 10GB，2026 年 PC 平均 DRAM 容量将近 18GB，复合增速约为 10%。而 2020 年 PC 平均 NAND Flash 搭载量约为 450GB，2026 年 PC 平均 NAND Flash 搭载量将高于 1000GB，复合增速约为 15%。
汽车自动驾驶等级提升，大容量数据存储需求增长。自动驾驶汽车可以减少人为干预对于驾驶的必要性， 英飞凌预计 2020 年 L1 及以上新车渗透率接近 50%，L2 渗透率达 7%，未来将从目前的 L2 阶段发展至完全不需要驾驶员干预的 L4 及 L5 阶段。随着自动驾驶等级的提升，以及车载信息娱乐系统（IVI）、多摄像头视觉处理、长寿命电池和超高速 5G 网络的引入，车内车外数据流量大大提升，超大计算处理成为必需品，相应地大容量数据缓存（DRAM、SRAM）、存储（NAND）和其他存储（NOR Flash、EEPROM 等）需求大幅增长。汽车智能化驱动数据存储需求，车载存储市场有望提速增长。2020 年全球车载存储市场规模约 46 亿美元，在整体存储市场占比不足 5%，但成长速度较高，2016-2020 年复合增速为 11.4%，预计随着汽车智能化水平的提升，车载存储市场提速增长，主要体现在 DRAM（尤其是新能源车用的 LPDDR）、NAND 等需求高速增长，2025 年车载存储市场将增长至 119.4 亿美元，2021-2025 年复合增速为 21.0%。从结构看，车载存储市场以 DRAM 和 NAND 为主，占比分别为 57%和 23%，其他小类的存储芯片如 NOR Flash、SRAM 和 EPROM/EEPROM 也在车内有广泛应用。
目前汽车存储容量与智能手机相当。当前汽车对储存的需求主要来源于 ADAS 系统和 IVI 系统，其中 ADAS 占比超过 10%，IVI 约占 80%。根据中国闪存市场，目前高端车型至多搭载 12GB DRAM 和256GB NAND，与当前旗舰智能手机相当；而在中端车型中，2~4GB DRAM 和 32~64GB NAND Flash 则为常见配置；在低端车型中，DRAM 和 NAND Flash 容量需求更低，仅为 1~2GB 和 8~32GB。
单车 DRAM 和 NAND Flash 容量有巨大提升空间。随着自动驾驶等级提升，用于收集车辆运行和周边环境数据的各类传感器将会越来越多，包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达等，OTA（空中下载技术）、 V2X（vehicle-to-everything）等网络通信功能也将产生大量数据。英特尔估计自动驾驶汽车每天将产生4000GB 的数据量。即使低等级自动驾驶的车辆也需要大量车载数据存储，因为座舱 IVI 系统正逐步搭配更多大尺寸、高分辨率屏幕。根据中国闪存市场预测，L4、L5 的汽车将配备 40GB 以上的 DRAM 和 3TB以上的 NAND Flash，该配置远高于当前的智能手机。
存储芯片位元（bit）供给增长来自两方面：①工艺制程迭代带来单片晶圆中位元增长。②晶圆产能的扩张。龙头厂商将主要精力投向制程迭代，以满足高速增长的位元（GB）需求。DRAM 方面，根据 SK 海力士预计，DRAM 工艺制程从 1Znm 到 1αnm，单片晶圆可切出的晶粒数量增长 25%，在晶圆产能不增长的情况下，仍将驱动 DRAM 位元供给增长。目前，三星电子、美光、SK 海力士等 DRAM 产品生产正在引入 EUV 光刻，工艺制程正在从 1Znm 往 1αnm 转换，以满足 DRAM 位元增长的需求。NAND 方面，3D堆叠工艺持续演进，176 层渐渐成为 3D NAND 主流，目前头部厂商正在推进 2XX 层 3D NAND 的研发和量产，预计显著提升单片晶圆的位元产出量。2021-2022 年 DRAM 和 NAND Flash 产能稳定增长。我们统计了 DRAM 和 NAND Flash 主要厂商的产能及预测，DRAM 厂商选取三星电子、美光、SK 海力士、南亚科技、长鑫存储等 5 家，NAND Flash 厂商选取三星电子、美光、SK 海力士、Flash Alliance（东芝+西部数据）、英特尔、旺宏、长江存储等 7家。整体来看，2020 年、2021 年、2022 年 DRAM 产能分别同比增长 4.5%、9.9%、7.0%至 531、584、625 万片/年，NAND Flash 产能分别同比增长 1.7%、6.7%、5.9%至 688、734、777 万片/年，加上部分无法归属于 DRAM 或 NAND Flash 以及 NOR Flash、SRAM 等小类存储的产能，2020 年、2021 年、2022 年存储芯片整体产能分别同比增长 0.0%、7.6%、5.6%至 1258、1354、1429 万片/年，产能稳定增长。
存储新增产能投放集中在 2021-2022 年。分厂商看，三星电子的西安二期扩产，主要为 NAND Flash，于 2021 年中投产，而平泽 P2 和 P3 的新增产能（DRAM、NAND Flash 及晶圆代工）分别于 2021 年中和 2022 年投产。铠侠/西部数据的 K2 和 Fab7 产能（NAND Flash）将于 2022 年春投产。SK 海力士和美光的 DRAM 扩产则分别于 2021 年 Q1 和年中投产，而国内的长鑫存储和长江存储近两年及未来两年持续有产能开出，但爬坡需要一定的时间，实际产能相较于全球产能影响有限。整体来看，存储大厂新增产能释放主要在 2021-2022 年，2021 年产能投放较多，预计 2022 年仍有产能投放，但增速放缓。
往 2023 年以后看，暂无确定的新增产能落地。往 2023 年以后看，三星电子暂无扩产计划；美光计划在日本广岛投资约 70 亿美元扩产 DRAM，新工厂将于 2024 年开始投入运营；SK 海力士将在未来十年于韩国首尔投资 1060 亿美元用于扩产 DRAM，新工厂于 21Q4 动工，将于 2025 年完成所有工程项目，之后启动量产。从各厂商的扩产规划看，目前 2023 年及以后存储芯片确定的新增产能较少。工艺迭代难以完全满足位元增长需求，预计 2023 年以后存储产能增长达到 5~10%。根据 SUMCO 预测，2021-2025 年 DRAM 位元需求复合增速达 20%，其中 10%的增速可由 DRAM 工艺迭代满足，剩余不足 10%的增速仍需凭借产能扩张（即 DRAM 晶圆供给的复合增速仍需达到 10%）。而 2021-2025 年 3D NAND 位元需求复合增速达 31%，其中 30%的增速可由 3D NAND 工艺迭代满足，由于近两年 3D NAND 位元供给增长较多，预计 2021-2023 年 3D NAND 所需晶圆的供给增速为 1%（当前扩产速度超过所需，因此导致供给过剩），2023-2025 年恢复至 8%的复合增速。因此，我们预计 2023 年以后 DRAM 和 3D NAND 产能增长仍可达到 5~10%。
存储芯片具有大宗商品的属性，供需错配导致价格周期性波动。存储芯片下游需求量大，需要通过规模扩张才能维持经济效益，同时产品多为标准化产品，因此具有大宗商品的属性。当行业需求旺盛，处于上行周期时，需求端的增长导致短期供不应求，产品价格持续上扬（即上涨基本为需求导向型），此时当一家存储厂商选择扩产以扩大市场份额时，通常其他厂商也会跟随扩产，导致产能集中落地，从而造成产能过剩，最终引发存储芯片价格下跌（即下跌基本为供给导向型），由此形成一定的周期性。DRAM 和 NAND 行业已形成垄断格局，DRAM 尤为明显，因此各家扩产与定价策略类似，资本支出的开出较为集中，使得存储芯片的周期性显著强于其他半导体品类。（存储器市场价格周期主要与产能周期有关，库存周期表现不明显）以美光和 SK 海力士为例，每轮大规模资本支出后的 1-3 年内，产品进入降价周期，毛利率下降。 
三星电子为存储芯片龙头，产品毛利率波动小于美光和 SK 海力士。一方面，三星电子为集团型公司，存储芯片仅贡献 20%~30%营收。另一方面，三星电子在市场中占据主导权，多次扩产时机早于美光和 SK 海力士，因此在每轮价格下跌前获得更高的收益。这份主导权来自于三星电子的技术优势、资金规模和早期多次逆周期扩产带来的份额优势。
从中短周期来看，受需求与供给的错配导致，DRAM和NAND价格呈现周期波动，每轮周期约 3~4 年。（这也基本符合晶圆厂“投资建设——量产——产能爬坡”的时间周期规律）长周期看，单个位元成本呈现下降趋势。根据三星电子，DRAM 技术演进路径主要为缩小工艺制程，随着工艺制程升级，单位 Gb 成本持续下降。而 NAND Flash 2013 年前技术演进路径为工艺制程，随着工艺制程升级，单位 Gb 成本持续下降，2014 年随着 3D NAND 量产，堆叠层数从 32 层持续增长至当前的192 层，单位 Gb 成本加速下降；同时，伴随存储单元密度提升，从 SLC→MLC→QLC→TLC，进一步促进了单位 Gb 成本的下降。NAND Flash 长期成本下降趋势快于 DRAM。根据 McCallum 统计，对比 DRAM 和 NAND Flash 的成本下降趋势，NAND Flash 单位位元长期价格下降趋势快于 DRAM，且预计随着堆叠层数增加，成本加速下降。这是由于 NAND Flash 在突破 3D 堆叠后，技术更新迭代较快，具备显著的规模经济，而 DRAM技术发展历史较长，技术更加成熟，迭代相对缓慢。
主流 DRAM 产品是指当前市场上被广泛销售的 DDR4-5、LPDDR4-5、GDDR5-6 等产品型号，该市场占据了 DRAM 行业绝大多的市场份额，行业主要玩家为三星、美光、海力士；主流 DRAM 产品大规模应用在 PC、手机、服务器和 GPU 等领域；其行业景气度受供给和需求两端的影响；此外，行业代际之间的演变如从 DDR4 向 DDR5 的渗透也影响着细分产品的价格走向。因此，在研究该市场时，需要持续追踪行业供需变化和产品代际演变的趋势。利基型 DRAM 市场是一个小众（市占率不足一成）、动态的成熟产品市场，现有产品规格主要包括 DDR1-DDR3 全系列内存容量产品以及逐渐转至利基市场的 DDR4-4Gb。除了三大厂有较少一部分产品分布在利基型 DRAM 市场，该行业的主要玩家还包括中国台湾的南亚科技、华邦电子、代工厂力积电以及中国大陆的兆易创新和北京君正。从需求端来看，利基型 DRAM 主要应用于 TV、安防以及消费类电子领域；现阶段由于汽车的智能化程度尚浅，因此对 DRAM 的速度要求不如 PC、手机和服务器，更侧重于DRAM 工作状态的稳定性，因此当前车规级 DRAM 主要使用成熟制程进行生产。由于利基型市场下游应用领域广泛、因此行业需求的周期性波动相对较小，呈现出稳定增长的局面。
从供给端来看，随着三星将利基型 DRAM 产线向 CMOS 产品的生产转移，DRAM 主流厂商的利基型产品供给将有所收缩；利基型 DRAM 的 IDM 厂商主要是中国台湾的南亚科技和华邦电子，而产能规划上华邦电在 2023 年之后才陆续有新产能的开出；因此，利基型 DRAM 的产能增长相对更为缓慢。在有效新开产能不多的背景下，随着利基型DRAM 需求的稳定增长，持续看好利基型 DRAM 市场的发展。
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