存储巨头，忧心忡忡

半导体行业观察·2024-12-16

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美国主要存储器公司美光即将公布其财报。随着内存市场供应过剩的担忧最近加剧，尤其是传统产品，业界正在密切关注美光科技的前景。

编者按：本文来自微信公众号半导体行业观察（ID：icbank），创业邦经授权发布。

美国美光计划于19日公布2025财年第一季度（2024年9月至2024年11月）财报。此前，美光科技 6 月至 8 月的销售额为 77.5 亿美元，录得“盈利惊喜”。这比上一季度增长了 14%，比去年同期增长了 93%。

美光预计，受HBM（高带宽内存）等高附加值产品的影响，本季度销售额将持续增长。该公司本季度销售额预测中位数为87亿美元，比去年同期高出84%。

美光在公布上一季度业绩时表示，“基于本财年，HBM市场将从2023年的40亿美元增长到2025年的250亿美元”，美光补充道，“存储器的供需平衡由于 HBM 比例的增加以及向下一代 NAND 工艺的过渡，明年的行业将会健康发展。”

然而，半导体行业最近提出了内存市场不确定性进一步增加的担忧。这是因为除人工智能（AI）之外的通用存储器需求持续低迷，中国后来者正在积极扩大产量，存储的未来正在引发担忧

存储形势，急转下滑？

事实上，根据市场研究公司Trend Force的数据，9月底通用DRAM产品固定交易价格环比下跌17.07%，上月底也下跌20.59%。从9月份开始，NAND价格也连续三个月下跌两位数。

DRAMeXchange 在12更是进一步指出，截至 11 月底，通用 PC DRAM 产品（DDR4 8Gb 1Gx8）的平均固定交易价格为 1.35 美元。与 7 月份 2.1 美元的价格相比，这标志着 35.7% 的大幅下跌。今年下半年DRAM价格大幅下跌，可归因于供需双方的不利因素，引发人们对更广泛经济影响的担忧。

对智能手机和个人电脑等信息技术 (IT) 设备的需求尚未复苏，中国等主要国家的国内情绪依然低迷。这导致主要IT设备公司下调了DRAM库存。供给方面，中国企业正在发起供给攻势。虽然他们在高带宽内存 (HBM) 等先进产品方面尚未赶上韩国，但他们在双倍数据速率 4 (DDR4) 等传统产品方面凭借价格竞争力撼动市场。

Kiwoom 证券研究员 Park Yoo-ak 评论道：“预计今年年底和明年初 DRAM 价格的跌幅将比预期大幅下降，”并补充说，“由于中国厂商和其他公司以低价销售产品，因此直到明年第二季度，DRAM供应增长率将超过需求增长率。”一位商界高级官员也认同这种观点，他表示：“如果 DRAM 价格波动，三星电子等领先企业的业绩将下降，甚至影响税收收入。”

截至11月，PC DDR5 16Gb产品的平均固定交易价格为3.9美元，较10月的4.05美元下降3.7%。与7月份4.65美元的价格相比，跌幅达到16.1%。商界担心，如果半导体价格进一步加速下跌，对整体经济的不利影响可能会加大。如果三星电子和SK海力士的糟糕表现长期持续，可能会扰乱两家公司数十万亿韩元的年度设施投资计划。这可能会导致一种“反向乘数效应”，即投资减少导致国内整体经济萎缩。

一位半导体行业官员指出，“如果半导体下行周期与当前形势重叠，可能会对整个经济造成冲击”，并补充道，“政界至少需要考虑采取措施减少企业管理的不确定性。”另一位商界高级官员强调了局势的严重性，他表示：“这就好像是在经济领域而非政治领域宣布了紧急状态。”

DRAM 市场的现状表明未来将面临充满挑战的时期，预计价格将持续下跌趋势至明年初。这对严重依赖半导体行业的韩国经济产生了重大影响。政策制定者和行业领导者需要小心应对这些动荡的局势，以减轻潜在的经济影响。

目前，股市有下调三星电子、SK海力士等韩国本土存储器企业目标股价的趋势。

NH Investment & Securities将三星电子的目标股价从9万韩元下调16.67%至7.5万韩元。这反映出传统半导体价格跌幅超出预期、中国存储器企业的追赶以及HBM的比例。摩根大通最近将三星电子的目标股价从8.3万韩元下调至6万韩元。投资意见也被下调至“中性”。SK海力士的目标股价也从26万韩元下调至21万韩元。

在此形势下，美光的业绩公布和预测有望成为衡量韩国存储器行业未来表现的关键指标。

三星的绝地反击

面对这种世界变化，三星正在强势出击。首先，公司更换了存储业务的负责人。三星表示，公司副董事长兼设备解决方案 (DS) 部门负责人 Young Hyun Jun 被任命为首席执行官，并将担任内存业务和三星先进技术研究院负责人。这是三星面对当前竞争做出的第一个决定。

随后在DRAM方面，三星电子开始投资大规模生产“1c D”RAM。据了解，近期已向相关合作伙伴订购了生产设备，安装工作将于明年2月左右开始。由于1c DRAM是决定三星电子下一代HBM4竞争力的关键要素，因此看来正在为及时量产该产品做好准备。据业内人士9日透露，三星电子最近开始订购设备，用于在平泽第四园区（P4）建设1c DRAM量产线。

1c DRAM 是第六代 10 纳米 DRAM。电路线宽约为11至12纳米(nm)。它是比目前商业化的最新一代1b（第5代）DRAM领先一代的产品，预计从明年开始全面商业化。因此，三星电子也一直在重点开发1c DRAM。去年第三季度，取得了明显的成果，例如首次获得了1c DRAM的“Know Good Die”（正常运行的芯片）。

此外，三星电子已经开始准备量产1c DRAM。最近发现P4内的新DRAM生产线已投资用于量产1c DRAM的设备。到目前为止，1c DRAM 仅在试验（试生产）线上生产。

因此，Lam research等主要设备公司的设备预计将于明年第一季度开始引进。与DRAM总产量相比，目前的投资规模估计并不算大。不过，据悉，三星电子内部和外部正在就追加投资进行讨论。

半导体行业相关人士解释说：“据我了解，三星电子将于明年 2 月左右开始引进 1c DRAM 量产设备。”并补充道，“待 1c DRAM 产量稳定到一定程度后，才会追加投资”。”。

三星电子的1c DRAM在供应下一代HBM（高带宽内存）HBM4（第六代HBM）的竞争中也具有重要意义。

三星电子一直使用1a（第4代）DRAM，直至HBM3E（第5代HBM），但计划在HBM4中使用1c DRAM。主要竞争对手 SK 海力士和美光在 HBM3E 之后在 HBM4 中保留 1b DRAM。

HBM 是多个 DRAM 垂直堆叠的存储器。因此，核心芯片DRAM的性能对HBM的性能有重大影响。这就是为什么人们预计，如果三星电子成功地将1c DRAM应用于HBM4，它将能够重新获得在下一代HBM市场的领导地位。

不过，目前还很难确定三星电子是否能够成功量产1c DRAM和HBM4。尽管三星电子正在全力开发1c DRAM，但尚未实现稳定的良率。另一位官员表示，“三星电子的目标是在明年下半年量产HBM4，因此似乎正在为此进行设备投资。关键在于DRAM和HBM的良率能多快提高。”

在NAND 方面，三星也率先完成400 层 NAND 的突破。

据介绍，三星电子在其半导体研究所成功完成了其突破性 400 层 NAND 技术的开发。该公司已开始将这项先进技术转移到平泽园区一号工厂的大规模生产线上，这一过程于上个月开始。这一重要的里程碑使三星处于 NAND 闪存技术的前沿，因为它准备与 SK 海力士等行业竞争对手竞争，后者最近宣布批量生产 321 层 NAND。

三星电子计划于明年 2 月在美国举行的 2025 年国际固态电路会议 (ISSCC) 上详细发布其 1Tb 容量 400 层三级单元 (TLC) NAND。这种先进 NAND 的量产预计将于明年下半年开始，不过一些行业专家预测，如果加快进程，生产可能会在第二季度末开始。

400层NAND的开发代表了NAND闪存技术的重大飞跃，该技术已从传统的平面（2D）NAND发展到三星于2013年推出的3D NAND。该技术涉及垂直堆叠存储单元以提高存储密度和效率。三星为 400 层 NAND 引入“三重堆栈”技术，其中涉及将存储单元堆叠为三层，标志着该领域的显着进步。

SK海力士的攻和守

凭借HBM实现反超的SK海力士，也不甘于被三星直接追上。他们也在存储方面祭出了自己的绝招。

首先，在DRAM方面。据报道，SK 海力士计划将位于京畿道利川总部的一些 DRAM 关键人员派往清州，以扩大其高带宽存储器 (HBM) 的生产能力至清州 M15X 晶圆厂，以应对供应短缺的问题。

据业界15日透露，SK海力士预计将聘用部分在京畿道利川校区工作的与DRAM整个工艺相关的精英员工，并将其转移至清州校区。

目前，SK海力士将M11、M12、M15工厂所在的清州园区作为NAND闪存生产基地，将M14、M16工厂所在的利川园区作为DRAM生产基地。

尤其是SK海力士在清州园区建设的M15X，是投资20多万亿韩元建设的现有M15的扩建工厂，计划于明年11月竣工，重点生产DRAM中的HBM。

此次选拔的骨干人员将负责M15X作业所需的基础设施建设和设备设置等基础工作。

业内人士预测，HBM市场暂时仍将供不应求，真正需要HBM的客户订单也纷至沓来，SK海力士明年的库存也已“售罄”。

SK集团会长崔泰源上个月初在“SK AI Summit 2024”上表示，“每当有新的GPU发布时，NVIDIA都会要求SK海力士提供更多的HBM，并总是要求提前商定的时间表”，并补充道，“上次我和Nvidia CEO黄仁勋见面时，我要求他将HBM4(第六代)的供应提前六个月。”

SK海力士3月份在业内首次向AI大客户Nvidia供应HBM3E第8层，并于上个月在全球首次量产HBM3E第12层产品，计划于本季度出货。

与此同时，SK 海力士认为，HBM 需求放缓和供应过剩的担忧“为时过早”。SK 海力士预测：“随着对 AI 芯片的需求不断增长，以及客户扩大对 AI 投资意愿得到确认，明年对 HBM 的需求将超过预期。”

市场研究公司 TrendForce 在之前的报告中表示：“由于人工智能需求的快速增长，HBM 已成为 DRAM 行业的主要增长引擎。特别是 HBM3E（第五代）明年将保持供应紧张。”

来到NAND方面，如上所述，SK海力士开始量产321层3D NAND。

SK 海力士已开始量产其 321 层 3D NAND，赢得了闪存层数竞赛，而西部数据则声称其 218 层 NAND 已结束这一竞赛。

这家韩国 NAND 制造商正在使用所谓的三插头（three-plugs）技术来互连三层 NAND，每层约 100 层，并构建 1 Tbit TLC（3 位/单元）芯片。该公司去年 8 月对 321 层芯片进行了送样。

SK海力士NAND开发负责人Jungdal Choi认为：“SK海力士将在以HBM（高带宽存储器）为主导的DRAM业务基础上，通过在超高性能NAND领域增加完美的产品组合，向全栈AI存储器提供商迈进。”

SK 表示，其插头（plugs）完成了 NAND 单元生产过程，该过程通过逐层堆叠基板开始。该公司表示，“重复每一层的单元形成过程效率低下，并会增加制造成本。因此，首先堆叠多层基板，然后在这些层上钻出称为插头的垂直孔，然后在孔旁边形成单元。”

这些孔不是钻出来的，而是蚀刻出来的。其他 NAND 制造商将这些孔称为硅通孔 ( TSV )。蚀刻设备在 100 层以下工作良好，但之后就变得不可靠了。相反，它会在三组 100 层中创建插头，这些插头垂直堆叠。

该公司表示，凭借其三插头技术，“包括cell形成在内的所有过程都可以在所有层上同时进行。”

“通过这种方式，SK海力士能够通过单一工艺同时制造施加电压和电子通道的关键结构——字线和字线阶梯。”

字线是连接每层 NAND 单元控制栅极的连接线。字线阶梯是将每层的字线暴露在顶面的结构。然而，每层中的插头可能并非完全对齐。

SK 海力士还有另一个技术绝招。插头内衬有 CTF（Charge Trap Flash：电荷捕获闪存）薄膜，需要在底部与电气通路相接的地方将其移除。这在上图中称为连接点。CTF 薄膜是氧化物和氮化物薄膜的复合材料，可替代浮栅。

该公司表示：“以前，蚀刻气体从插头顶部注入，以垂直方式去除插头底部的 CTF 膜。但是，当堆叠两个或多个插头时，插头的中心不对齐。这阻止了蚀刻气体到达底部，从而损坏了插头作为电池一侧的 CTF 膜。”

它通过为蚀刻气体提供单独的侧向源路径解决了这个问题。“蚀刻气体被注入单独的路径，到达NAND层的底部并去除插头两侧的CTF膜。使用侧向源技术，蚀刻气体不会直接注入插头。因此，即使插头未对准，内部也不会受损。因此，SK海力士大大降低了缺陷率，提高了生产率，并解决了与多重堆叠相关的成本增加的问题。”

水平路径连接不会在 NAND 层底部留下空隙。

SK 海力士强调 NAND 性能。凭借 321 层技术，它能够使用较低的 3D NAND 层数，与竞争对手的 QLC（4 位/单元）芯片达到的容量相媲美，并且凭借其 TLC（3 位/单元）格式，获得比 QLC 更快的性能和耐用性。

该公司表示，“与上一代产品相比，这款最新产品的数据传输速度提高了 12%，读取性能提高了 13%。它还将数据读取功率效率提高了 10% 以上。”SK 海力士认为其 321 层 NAND 适用于需要低功耗和高性能的 AI 应用。

Wedbush 分析师 Matt Bryson 表示：“虽然层数确实令人印象深刻，但我们收到的有关海力士新部件预期质量的反馈并不那么乐观，我们的对话表明，美光和 Kioxia/WD（采用 BiCS8）似乎在预期的下一代 NAND 位性能方面处于领先地位。”

SK海力士表示，其321层NAND芯片将于2025年上半年向客户推出。

两巨头的新目标

在巩固现有技术和市场的同时，两大存储巨头也向着新技术和市场前进。例如，双方都在押注HBM和CXL。

据10月底的报道，领先的内存芯片制造商三星电子和 SK 海力士正在调整战略，专注于高带宽内存 4 (HBM4) 和 Compute Express Link (CXL) 等高价值技术。这一举措受到竞争日益激烈的内存市场的推动，中国公司正在扩大生产能力并采用激进的定价策略来抢占市场份额。

三星最近在 OCP（开放计算项目）全球峰会上展示了其在 CXL 技术方面的进展。该公司计划在 2024 年底前量产符合 CXL 2.0 协议的 256GB CMM-D。CXL 是一种旨在提高 CPU、GPU 和内存之间数据传输效率和速度的技术，有望在下一代 AI 和计算工作负载中发挥关键作用。

与此同时，SK 海力士重申了生产 HBM4 的承诺，计划于 2025 年下半年开始量产，随后于 2026 年推出 HBM4E。该公司还在探索混合键合技术的潜力，该技术可以进一步提高性能。这些高端内存解决方案预计将获得高价，使三星和 SK 海力士有别于其低成本竞争对手。

虽然向高价值技术的转变带来了机遇，但也带来了特殊的挑战。开发 HBM4 和 CXL 等尖端内存解决方案需要大量研发投入。这些技术的复杂性增加了生产成本，使得竞争不仅仅是市场份额，而是技术领先地位。

与此同时，三星和SK海力士正在合作，旨在加速低功耗 LPDDR6-PIM 产品的标准化。

三星电子和 SK 海力士正在合作标准化“低功耗双倍数据速率 6 (LPDDR6)-内存处理 (PIM)”产品。此次合作旨在加快人工智能 (AI) 专用低功耗存储器的标准化，与设备上人工智能（在单个设备内处理人工智能）的技术转变保持一致。两家公司已确定有必要结成联盟，以顺应这一趋势将下一代内存商业化。

三星电子和 SK 海力士之间的合作正处于早期阶段，正在进行向联合电子设备工程委员会 (JEDEC) 注册标准化的初步工作。关于每个待标准化项目的适当规范的讨论正在进行中。与传统内存相比，具有 PIM 的 LPDDR 需要考虑不同的技术特性，例如“内部带宽”，它指的是内存内的带宽，而不是对传统内存至关重要的处理器和内存之间的“外部带宽”。三星电子的一位代表表示，“两家公司正在就产品标准化交换意见并进行合作”，并补充道，“由于合作刚刚开始，我们正在制定标准化目标时间表的实施计划。

两家公司都将PIM技术确定为未来的增长引擎，并一直在开发产品，但在商业化方面尚未取得重大进展。三星电子推出了带有PIM的HBM和LPDDR5产品，并追求标准化，但没有取得成果。SK海力士还发布了Graphics DRAM（GDDR6）-PIM，但这本质上是一个象征性的产品发布。根据各自的标准开发产品，导致概念和规范存在差异，导致行业难以采用通用标准。这就是为什么两家公司在 PIM 产品发布之前就开始在标准化方面进行合作的原因。

设备端AI技术的兴起也加速了PIM内存的商业化。设备端人工智能是指在智能手机等设备内处理人工智能计算的技术。虽然像 ChatGPT 这样的人工智能服务是基于云的，但这项技术正在引起人们的关注，因为它出于安全性和低延迟等原因在设备内处理数据。当应用PIM技术时，处理器和内存之间的数据移动减少，与传统内存相比，显着降低了功耗。这就是为什么 PIM 内存在设备端 AI 中备受推崇，而低功耗对于设备端 AI 至关重要。

根据市场研究公司 MarketsandMarkets 的数据，全球设备端人工智能市场预计将以年均 37.7% 的速度增长，到 2030 年将达到 1739 亿美元（228 万亿韩元）。这一预计增长凸显了三星与三星之间合作的战略重要性。和 SK 海力士致力于下一代内存技术的标准化和商业化。