闪存:生成式AI技术正在迅猛发展,不仅需要强大的算力,更需要海量、高速的存力,闪存作为数据存储领域的重要组成,正迎来前所未有的发展机遇
快闪存储器(英语:flash memory),是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式,允许在操作中被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性数据存储,以及在计算机与其他数字产品间交换传输数据,如存储卡与U盘。闪存是一种特殊的、以宏块抹写的EEPROM。早期的闪存进行一次抹除,就会清除掉整颗芯片上的数据。
闪存是一种非易失性存储器,即断电数据也不会丢失。因为闪存不像RAM(随机存取存储器)一样以字节为单位改写数据,因此不能取代RAM。
闪存卡(Flash Card)是利用闪存(Flash Memory)技术达到存储电子信息的存储器,一般应用在数码相机,掌上电脑,MP3等小型数码产品中作为存储介质,所以样子小巧,有如一张卡片,所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用,闪存卡大概有SmartMedia(SM卡)、Compact Flash(CF卡)、MultiMediaCard(MMC卡)、Secure Digital(SD卡)、Memory Stick(记忆棒)、XD-Picture Card(XD卡)和微硬盘(MICRODRIVE)这些闪存卡虽然外观、规格不同,但是技术原理都是相同的。
NAND FLASH 和 NOR FLASH 是闪存的两大主要产品。NAND 擦和写均是基于隧穿效应,电子穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层,对浮置栅极进行充电(写数据)或放电(擦除数据);NOR 在擦除数据时也基于隧穿效应,但在写入时采用热电子注入方式。这一不同点也驱动 NOR 的工作功耗高于 NAND。
中国半导体产业链由上游为半导体支撑产业,中游为存储芯片行业,下游市场参与者由众多电子整机厂组成。存储器芯片是集成电路价值量最大的产品之一,存储芯片产业是国家战略产业,直接关系到电子信息产业的发展,中国正逐渐在全产业链各个环节中实现对进口产品的替代。
按照存储原理的不同,存储设备分为磁盘和存储芯片。磁盘是指利用磁能方式存储信息的磁介质设备,信息的存储、读写依靠磁性盘片的机械运动,目前磁盘主要用于PC硬盘、移动硬盘等领域。存储芯片(存储器)是通过电能方式存储信息的半导体芯片,信息的存储与读取过程通过电子的存储或释放完成,主要用于内存、U盘、固态存储硬盘、手机、平板等。
Flash(闪存芯片)是最主要的存储器,分为NAND Flash和NOR Flash。
NAND Flash存储容量大、读写速度高、读写次数多、寿命长,主要用于存储大容量、批量读写的数据,比如智能手机、平板电脑、U盘、固态硬盘等。NAND Flash芯片的主要特点是非随机存储、不可执行代码,以块为单位进行数据存取,具有较高的存储速度,分为SLC型、MLC型、TLC型等。随着NAND Flash工艺制程微缩,数据块容易变坏,需要通过软件和固件来实现数据冗余备份和提升存储可靠性,技术难度较高。
NOR Flash分为串行和并行,负责存储代码和部分数据,主要用在手机、PC、DVD、TV、USB Key、机顶盒、物联网设备等需要经常执行各类程序的嵌入式领域。NOR Flash的特点主要是可随机存储,随机读取速度较快、可执行代码,能够与处理器直接连接。串行NOR Flash结构较为简单、成本更低,受益工艺进步和读写性能提升,系统方案商对串行NOR Flash的使用越来越多。
NOR型与NAND型闪存的区别很大,打个比方说,NOR型闪存更像内存,有独立的地址线和数据线,但价格比较贵,容量比较小;而NAND型更像硬盘,地址线和数据线是共用的I/O线,类似硬盘的所有信息都通过一条硬盘线传送一般,而且NAND型与NOR型闪存相比,成本要低一些,而容量大得多。因此,NOR型闪存比较适合频繁随机读写的场合,通常用于存储程序代码并直接在闪存内运行,手机就是使用NOR型闪存的大户,所以手机的“内存”容量通常不大;NAND型闪存主要用来存储资料,我们常用的闪存产品,如闪存盘、数码存储卡都是用NAND型闪存。这里我们还需要端正一个概念,那就是闪存的速度其实有限,它本身操作速度、频率就比内存低得多,而且NAND型闪存类似硬盘的操作方式效率也比内存的直接访问方式慢得多。因此,不要以为闪存盘的性能瓶颈是在接口,甚至想当然地认为闪存盘采用USB2.0接口之后会获得巨大的性能提升。
从后期发展来看,NAND 集成度高、成本较低,读写速率适中,非常适合用于消费电子设备的大量数据存储介质,随着手机、笔记本电脑等市场需求,市场规模迅速增长。而 NOR Flash 物理底层架构导致单位成本较高,因此没有大范围成为存储主流介质。而 NOR Flash 具有较高的读取效率,较低的擦/写速度,因此运用场景更像只读 ROM 的一种,特点是写入一次,基本上就不再擦写,只用于读取,且可以直接挂在数据总线上,运行程序效率异常高,用于各种嵌入式体系的基础系统存储。
FLASH MEMORY市场规模整体约460亿~480亿美元,占总体存储市场规模约26%,位列数字存储市场规模第三。其中 NAND FLASH 约为 440 亿美元,Nor FLASH 约为 20 亿美元。
NAND FLASH市场规模整体呈现上升趋势。NAND技术不断进步,2D NAND向3D NAND转变, 3D NAND堆叠层数提升,存储容量增长。随着消费类产品如智能手机以及企业SSD需求的增长,NAND市场规模呈现上升趋势。NAND FLASH市场集中度较高。2019年形成三星、铠侠、西部数据、镁光、SK 海力士、Intel 主导的 NAND FLASH 市场格局,分占市场份额的 33.5%、18.9%、14.3%、13.5%、9.7%和 9.5%,行业CR4达80.2%。
近年来,NOR FLASH市场规模逐渐扩大。当电子设备启动时,需要从存储芯片内读取系统信息并运行,该存储芯片需要满足可执行运行程序且掉电后存储的数据不丢失。DRAM 掉电后数据会丢失,而 NAND FLASH 无法执行程序,因此 NOR FLASH 应用极其广泛。以 TWS 耳机为代表的可穿戴设备、手机屏幕显示的 AMOLED 和 TDDI 技术,以及功能越来越强大的车载电子领域,成为NOR FLASH 市场空间获得重新增长的主要动力,2016 年开始,NOR FLASH市场规模逐步扩大。
新兴厂商进入,主攻NOR FLASH。不同于NAND FLASH,NOR FLASH市场出现了很多相对较小的厂商。2018年,旺宏、赛普拉斯、华邦、镁光、兆易创新分占 NOR FLASH市场闺规模的21%、21%、21%、18%、11%。2021年第一季度旺宏的市场份额上升至26%,华邦上升至25%、兆易创新上升至18%,而镁光退出前四大NOR FLASH公司。
2020年代,长江存储的自主开发3D NAND快速量产,将迎来收获期。2020年3月,大基金二期表示积极支持湖北产业发展,将投资800亿元左右于长江存储。此外2020年,长江存储宣布128层TLC/QLC 两款产品研发成功,且推出致钛系列两款消费级SSD新品。据日经社报道,长江存储有望在2021年底占据全球NAND市场份额的7%。
21年二季度以来,受益PC持续热销、服务器回暖等需求拉动,闪存市场已渐呈供给紧张态势,相应价格也已开始逐季上涨。近期区块链市场的加密货币 Chia(未上市交易)引起虚拟货币市场的较高关注,不同于比特币、以太币等靠的是矿机、显卡挖矿,Chia需使用较大容量的存储空间进行挖矿。
机构认为Chia的升温或将助推存储器尤其是大容量闪存价格的上涨,SSD相关上下游产业链如Flash/HDD制造厂商、主控芯片、SSD模组等有望直接受益。
价格走高推动产业营收大增。今日重要性:✨
48%的受访者询问了会向生成式AI聊天机器人询问有关健康的问题。
QLC SSD在企业级存储领域扮演着越来越重要的角色
根据集邦咨询最新调查,强劲的AI应用需求于2024年第三季持续带动Enterprise SSD(企业级固态硬盘)产业增长,由于供应商出货量无法满足市场需要,导致价格上涨,推升产业整体营收季增近30%。展望第四季Enterprise SSD营收表现,随着采购高峰过去,且Server OEM订单略为下修,导致采购订单容量较前一季略为缩减,在出货量减少的情况下,预期第四季产业营收也将相应减少。
AI芯片市场近年来呈现出强劲的增长势头
NAND Flash主要供应商之一的铠侠将于2024年12月进行减产,将有助于NAND Flash报价止跌或反转。此外,服务器需求仍将支撑NAND需求。 (台湾工商时报)
根据集邦咨询最新调查,2024年第三季NAND Flash产业出货量位元季减2%,但平均销售单价(ASP)上涨7%,带动产业整体营收达176亿美元,季增4.8%。集邦咨询表示,不同应用领域的NAND Flash价格走势在今年第三季出现分化,企业级SSD需求强劲,推升价格季增近15%,消费级SSD价格虽有小幅上涨,但订单需求较前一季衰退。智能手机用产品因中国手机品牌严守低库存策略,订单大量减少,第三季合约价几乎与上季持平。Wafer受零售市场需求疲软影响,合约价反转下跌。NAND Flash产业第四季将面临更大挑战,尽管企业级SSD价格有望持平,但其余类别产品合约价已开始走跌;此外,消费品牌商将在年底前降低库存,导致订单动能明显减弱。因此,TrendForce集邦咨询预计第四季NAND Flash产业整体营收将季减近10%。
SK海力士三季度销售17.57万亿韩元,分析师预期18.16万亿韩元。 三季度销售增长受到HBM和ESSD的带动。 三季度HBM销售季环比增超70%,同比增超330%。 三季度运营利润7.03万亿韩元,分析师预期6.91万亿韩元。 三季度净收入5.75万亿韩元,分析师预期5.22万亿韩元。 三季度,HBM在DRAM收入的占比达到30%,预计四季度将达到40%。 三季度毛利润率52%。 预计四季度DRAM B/G季环比增速将处于0%-10%区间的中部。 预计四季度NAND B/G季环比增速将处于10%-19%区间的低端。 由于M15x建设的缘故,预计2025年INFRA资本开支将较上年增长。
根据TrendForce集邦咨询最新调查,2024年第二季因NVIDIA(英伟达)GPU平台放量及AI应用推动了存储需求,加上Server(服务器)品牌商需求升温,Enterprise SSD(企业级固态硬盘)采购容量明显增长。AI(人工智能)推动大容量SSD需求,但由于供应商今年上半年未能及时调整产能,供不应求情况大幅推升第二季Enterprise SSD平均价格季增超过25%,原厂营收季增50%以上。展望第三季度,北美CSP(云端服务业者)客户需求持续增加,Server品牌商订单动能不减,这将继续拉升Enterprise SSD采购容量。由于供不应求情况延续至第三季,TrendForce集邦咨询预估,第三季合约价将较前一季上涨15%,原厂营收将季增近20%。
容量更大、速度更快、安全性更好、外观更时尚的SSD将成为新的价值主张。
上述研究将推动超快闪存技术的产业化应用。今日重要性:✨
人工智能的飞速发展迫切需要高速非易失存储技术。当前主流非易失闪存的编程速度普遍在百微秒级,无法支撑应用需求。复旦大学周鹏-刘春森团队前期研究表明二维半导体结构能够将其速度提升一千倍以上,实现颠覆性的纳秒级超快存储闪存技术。然而,如何实现规模集成、走向真正实际应用仍极具挑战。 从界面工程出发,团队在国际上首次实现了最大规模1Kb纳秒超快闪存阵列集成验证,并证明了其超快特性可延伸至亚10纳米。北京时间8月12日下午,相关成果以《二维超快闪存的规模集成工艺》(“A scalable integration process for ultrafast two-dimensional flash memory”)为题发表于《自然-电子学》(Nature Electronics)。(澎湃新闻)
研究机构预计,2024年的DRAM内存、NAND闪存行业收入将分别大幅增加75%。今日重要性:✨
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