DRAM：实现国产可替代的愿望挺难的

如今，“1bit只要1美元”的厂商早已退出DRAM市场， “三分天下”的局面难以打破，国产内存的希望如星星之火，尚不可燎原。

DRAM（动态随机存取存储器，Dynamic Random Access Memory），是一种半导体存储器，利用电容储存电荷多少来存储数据，是最为常见的系统内存，通常DRAM 只能将数据保持很短的时间，必须隔一段时间刷新（refresh）一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失，比如关机就会丢失数据。它的读写速度比SRAM慢、密度更低、功率更高，但容量大、集成度高、体积小、成本便宜，常作为主存储器用于计算机、智能手机、服务器内存等电子设备中。

DRAM的结构比较简单，是由许多个重复的位元格（bit cell）组成，一个电容和一个晶体管就是一个cell，一个cell可以储存1bit的数据，多个位元格（bit cell）组成了矩阵结构，形成内存库，而数个内存库就形成了DRAM存储芯片。

▲ 图源：方正证券研究所

存储器是全球半导体最大的细分市场，而DRAM占存储器市场规模的58%。特殊时期带动“宅经济”的快速发展，电脑、智能手机、服务器等电子市场需求增加，进而影响到DRAM价格迅速回升，与此同时，随着AIoT市场长景气周期已至，DRAM迎来了第三轮爆发式的增长。

我国是内存消耗大国，理应拥有几分话语权，但是根据全球DRAM市场竞争格局来看，过分残酷的现实令人警醒。根据ChinaFlashmarket的数据，2019年三星电子占据全球DRAM市场份额的45%，SK海力士排名第二占比达29%；美光市场份额达到21%，中国台湾企业南亚科技和华邦科技分别占据了3%、1%的市场份额。

本文将带你了解DRAM市场的三大巨头公司，以及砥砺前行的国产新力量。

形成“三足鼎立”格局的寡头们

DRAM行业历经几轮周期的大洗牌，目前呈现以韩国三星电子、海力士、美国美光三大寡头垄断市场的势态，2019年这三家企业的市场占有率高达95.5%。

技术与财力并进的三星电子

在“三足鼎立”的局面形成之时，三星用绝对的技术实力和逆周期的强势资金投入换来丰厚的市场份额。1992年，在三星电子首次成为世界第一大DRAM内存制造商之后，连续27年坐稳世界第一的铁王座，并且在今年计划推出采用EUV技术生产的第四代10nm级（1anm）内存芯片之后，继续独霸这个最头部的位置，并将扩大这一细分市场的绝对优势。

事实上，三星电子、SK海力士和美光都属于青出于蓝胜于蓝的成功典范。1966年，全球第一颗DRAM在IDM公司被发明。1970年，英特尔公司第一款商用DRAM芯片Intel 1103，彻底颠覆了当时盛行的磁存储技术，席卷了八成以上的存储市场，随后能打的德州仪器也加入团战。

▲ 只有1k内存的DRAM

韩国在落后十几年之后才开始发力，并全速追击。1983年，三星在美光和CITRIX的支持下完成64K DRAM研发，一年后实现量产；1986年，由韩国政府出资，由韩国电子通信研究所联合三星、LG、现代三大集团以及韩国六所大学，联合攻关DRAM的核心技术；1988年三星电子完成4M DRAM研发；1992年完成全球第一个64M DRAM的研发；1996年研发出全球第一个1GB DRAM（DDR2）。

▲ 三星DDR2 1G DRAM

现如今，三星电子已经掌握了存储芯片的财富密码，在制造工艺和资金投入上不给竞争者任何超越的余地。

在经营理念上，三星一直坚守研发高投入、逆向投资等战略，率先将EUV技术投入到DRAM的生产制造中，在去年三月，宣布推出业界首款基于EUV的10纳米级 (D1x) DDR4 DRAM 模块。目前，官方表示D1x是一种实验性EUVL制造工艺，仅用于制造实验性DDR4 DRAM，而暂时不会进一步使用。

命运多舛的SK海力士

前面提到，1986年韩国政府出资，联合三星电子、LG、现代半导体以及六所高校攻克DRAM核心技术，而海力士就是现代半导体和LG半导体 (LG Semicon)的集合体。1999年，当时排名世界第三的韩国现代半导体与LG合并，两年后又从现代集团拆分出来，将公司名改为海力士（Hynix Semiconductor Inc）。

刚刚独立出来的海力士也差点儿和自己的前辈莫斯泰克一样被搞垮。受金融危机影响，2001年DRAM价格的狂跌，导致海力士亏损25亿美元，面临无法按期归还收购LG的巨额贷款 (超过140亿美元)，在濒临破产的情况下，韩国财团和中国无锡鼎力相助，并且在2012年，海力士债权人将20%股份转给韩国电信SK Telecom后侥幸存活，也正是因为这样，原海力士更名为SK海力士。

现在，服务器、移动端和PC业务是海力士的主要收入来源，其中DRAM业务占公司收入比重长期处于70%-80%。目前，1Znm（12-14nm）与1Ynm（14nm-16nm）制程产品占比达40%，预计未来将扩张至75%。

目前，DRAM市场的主流技术规范为DDR4和LPDDR4，而作为领军人物的三大巨头已经开始部署DDR5技术。其中，美光在去年1月就率先出货，并得到产品验证，现在已经开始与合作伙伴共同推进DDR5内存在下一代计算平台中的使用。而SK海力士也在今年的财报会议上表示，未来几个月会开始量产DDR5内存，试图得到到Intel 12代酷睿Alder Lake的青睐。

不断“出走”的美光

谈到美光，那就不得不提到DRAM市场中元老级的三大美系厂商，英特尔、德州仪器和莫斯泰克。

前文提到，第一款商用DRAM是英特尔的Intel 1103，在当时一度占据了80%以上的市场份额，而德州仪器看到商机也立刻行动，通过逆向工程研究出DRAM存储器工艺结构，在1971年推出了2K产品，很快在两年后又推出成本更低的采用了1T1C结构的4K DRAM，迅速发展成为英特尔的竞争对手。

但实际上，在德州仪器开始研发DRAM之前，几位从TI离职创办了莫斯泰克（Mostek）公司的工程师就提出了CPU和DRAM集成的方案，在1973年推出了引脚更少的4K DRAM，相比英特尔和德州仪器有更低的成本。在1976年，莫斯泰克推出了采用双层多晶硅栅工艺的MK4116，这款DRAM的容量是16K，在当时是顶级容量，凭借这款产品，莫斯泰克打败英特尔占据了全球75%的市场份额。而美光，又是四位从莫斯泰克离职的员工创立而来。

▲ 莫斯泰克4K DRAM

DRAM市场的生产难度超过半导体大佬们的预期，到了2010年之后，整个欧美市场的DRAM业务几近团灭，仅剩一家拿得出手的存储器公司 — 美光。

现在来看，不断“出走”是正确选择，仅存美系存储器业务独苗美光能够专心内存市场，在DRAM制程与NAND技术方面保持先进地位。今年初，美光宣布批量出货第四代10nm制程（1αnm）的DRAM颗粒，该产品将主要应用于英睿达品牌DDR4内存条以及旗舰手机搭载的LPDDR5等产品。在EUV方面，三星和SK海力士已经购入光刻机，而美光则将在2024年才会开始生产采用EUV 光刻机的存储器。

砥砺前行的国产存储

如果将DRAM国际三大巨头与国产存储器厂商放在一起对比，市场占有率就如同大象和蚂蚁一样差别巨大。目前，国内有三大存储项目，分别为紫光集团与武汉、南京、成都合作展开的NAND与DRAM项目（长江存储、紫光南京、紫光成都）；联电与福建省合作的DRAM项目（福建晋华）；兆易创新与合肥合作的DRAM项目（合肥长鑫）。

紫光系的长江存储，更侧重于NAND产品；福建晋华则遭美国打压，项目停滞很久，近期有消息称，晋华成功研制具备自主知识产权的25nm内存芯片并小批量试产；目前，合肥长鑫是大陆地区唯一拥有DRAM自主生产能力的公司，也被看做是国内存储的最大希望。

合肥长鑫项目又称“506项目”，是由兆易创新与合肥市产业投资控股合作，计划建设19nm、12寸晶圆DRAM芯片项目。该项目包括了合肥长鑫（合肥长鑫集成电路有限责任公司）、长鑫存储（长鑫存储技术有限公司）、睿力集成（睿力集成电路有限公司）三个运营主体，总预算金额为180亿元，由原兆易创新CEO朱一明担任长鑫存储技术有限公司董事长。

▲ 资料来源：方正证券研究所

该项目于2018年一季度完成一期建设，12英寸晶圆生产线投产电性片。2019年，兆易创新与长鑫存储将合作方式分为代销和代工两种，由兆易创新自研的DRAM交于合肥长鑫生产，兆易创新则负责代销。

长鑫存储的技术主要来源于德国奇梦达。奇梦达是从英飞凌独立出来的DRAM存储芯片公司，也曾是全球第四大DRAM芯片供应商，在2008年金融危机中破产。通过与奇梦达合作，长江存储获得了一千多万份与DRAM相关的技术文件以及2.8TB的数据，包括了DRAM、Flash、半导体工艺及制造、光刻、封装和存储器接口等相关的技术专利。

在资金与技术的双重支持下，长鑫存储于2019年三季度成功量产了19nm制程工艺的DDR4/LPDDR4X芯片，在2020年底，长鑫存储的实际产能约为每月40,000片，高于2020年初的每月20,000片。按照计划，长鑫将于2021、2022年达到8万片/月、12万片/月产能，有望满足国内部分存储需求。

▲ 资料来源：方正证券研究所

虽然国内DRAM也有近40年的发展历程，但是在商业落地的时间节点上远远落后于国际领先厂商。作为半导体存储芯片，DRAM既烧钱又要拼技术，最好还要有自己的厂房，因而内存行业的壁垒远高于其他业务。曾有分析师预测，长鑫存储的产品在2025年之前都不可能在中国以外的地区使用，并且即便是在中国市场，也需要不少的时间才能赢得一定的市场份额。

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