近來，關(guān)于福建晉華、臺(tái)灣聯(lián)華電子與美國美光有關(guān)DRAM專利侵權(quán)的事件成為產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)。從晉華和美光的三次互訴，到美國商務(wù)部對晉華禁售和聯(lián)電暫停與晉華的合作，在中美貿(mào)易戰(zhàn)背景下，這不禁讓人聯(lián)想到中興因美國制裁而運(yùn)營停擺的事件。晉華事件走向如何尚不得而知，本文僅從專利與產(chǎn)業(yè)鏈角度，結(jié)合全球市場格局，解構(gòu)我國發(fā)展存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)的困難、現(xiàn)狀和潛力。雖然存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展道阻且長，但是我們別無選擇。

01

存儲(chǔ)芯片是什么

存儲(chǔ)芯片是半導(dǎo)體元器件中不可或缺的組成部分，幾乎存在于所有的電子設(shè)備中。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中扮演的角色越來越重要。

存儲(chǔ)芯片的種類很多，按用途可分為主存儲(chǔ)芯片和輔助存儲(chǔ)芯片。前者又稱內(nèi)存儲(chǔ)芯片（內(nèi)存），可以與CPU直接交換數(shù)據(jù)，速度快、容量小、價(jià)格高。后者為外存儲(chǔ)芯片（外存），指除內(nèi)存及緩存以外的儲(chǔ)存芯片。此類儲(chǔ)存芯片一般斷電后仍然能保存數(shù)據(jù)，速度慢、容量大、價(jià)格低。按照斷電后數(shù)據(jù)是否丟失，可分為易失性存儲(chǔ)芯片和非易失性存儲(chǔ)芯片。易失性存儲(chǔ)芯片常見的有DRAM和SRAM，前者就是這次晉華事件的主角。非易失性存儲(chǔ)芯片常見的是NAND閃存芯片和NOR閃存芯片。

圖1 存儲(chǔ)芯片分類

數(shù)據(jù)來源：華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

相對于CPU，存儲(chǔ)芯片的設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜度略低。但其技術(shù)含量依然非常高，對于行業(yè)后來者，絕非一朝一夕可以追趕。以此次晉華事件涉及的DRAM芯片為例，主要涉及五大類技術(shù)。

存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)包括電容器設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)，是存儲(chǔ)芯片最核心的部分。電容器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，電路負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的訪問。常見的電容器有平面型電容器、溝槽型電容器和目前流行的堆疊型電容器。早期的存儲(chǔ)單元電路包含3個(gè)晶體管和一個(gè)電容器（3T1C）構(gòu)成，慢慢演變?yōu)?T1C或1T等多種類型。

陣列架構(gòu)是存儲(chǔ)單元的矩陣排布形式，芯片通過wordlines和bitlines訪問和控制存儲(chǔ)單元。常見的bitlines包括開放式架構(gòu)、折疊式架構(gòu)等。同時(shí)陣列設(shè)計(jì)上還需要設(shè)計(jì)行、列冗余，以適應(yīng)可能出現(xiàn)的壞點(diǎn)等。

錯(cuò)誤檢測與修正用以解決存儲(chǔ)單元受環(huán)境、宇宙輻射導(dǎo)致的電位自發(fā)反轉(zhuǎn)問題。通常需要設(shè)計(jì)冗余存儲(chǔ)單元或額外的電路來檢測和修復(fù)這些錯(cuò)誤bits。另外，DRAM存儲(chǔ)芯片還包括芯片安全和芯片制造與封裝技術(shù)。

02

專利：集中于韓、日、美企業(yè)

我國存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚。目前，以投入NAND Flash市場的長江存儲(chǔ)、專注于移動(dòng)存儲(chǔ)芯片的合肥長鑫和致力于普通存儲(chǔ)芯片的福建晉華三大企業(yè)為主。但發(fā)展存儲(chǔ)技術(shù)，國際企業(yè)的專利壁壘是繞不過去的坎。

我們選取2000年1月1日至2018年10月31日的全球存儲(chǔ)專利分析發(fā)現(xiàn)，有效專利和專利申請最多的國家/地區(qū)依次是美國、韓國、日本、中國和中國臺(tái)灣，如圖2。從這個(gè)數(shù)據(jù)看，我國（主要指大陸）專利并不弱。2002年就已經(jīng)有大量申請，2010后申請大量增加。

但是，從申請主體可以發(fā)現(xiàn)，如圖3，我國的專利申請主要來自國際和中國臺(tái)灣的企業(yè)，如三星電子、旺宏電子、臺(tái)積電、SK海力士、美光科技、英特爾、華邦科技、IBM等。而申請前十的大陸企業(yè)只有中芯國際和兆易創(chuàng)新，且所申請專利多數(shù)是相對邊緣化的技術(shù)，還有部分前沿技術(shù)。

圖2 存儲(chǔ)芯片專利全球主要申請國家/地區(qū)及其申請趨勢

數(shù)據(jù)來源：incoPat，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

圖3 在中國申請專利的主要企業(yè)及其申請趨勢

數(shù)據(jù)來源：incoPat，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

從全球企業(yè)的專利申請趨勢看，如圖4，目前以三星、SK海力士、東芝和美光科技四家企業(yè)占據(jù)絕對優(yōu)勢。其中前三家是老牌專利巨頭，美光科技在2008年后申請逐漸增加，趕超東芝和海力士，直追三星。2007年后，旺宏電子、英飛凌、臺(tái)積電和富士通的申請明顯減少，可能來自金融危機(jī)的影響。這也印證了存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)向頭部企業(yè)集中的趨勢，特別是韓、美、日三國的四家企業(yè)。

圖4 全球存儲(chǔ)芯片專利主要申請企業(yè)及其申請趨勢

數(shù)據(jù)來源：incoPat，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

圖5 高引用存儲(chǔ)芯片專利的主要分布企業(yè)

數(shù)據(jù)來源：incoPat，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

如今，我國要發(fā)展存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)，不得不面對來自國際巨頭的專利壁壘，而專利許可可能是相對高效的一個(gè)選擇。通過前1000件高引用存儲(chǔ)專利分析發(fā)現(xiàn)，其技術(shù)方向分布相對集中，且美國企業(yè)占據(jù)絕對優(yōu)勢，如美光科技、閃迪、AMD、IBM和英特爾。這也導(dǎo)致目前頭部企業(yè)間專利許可成為普遍做法。

03

產(chǎn)業(yè)鏈：受制于人

無論是長江存儲(chǔ)的NAND Flash還是晉華、長鑫的DRAM，都是IDM項(xiàng)目。分析產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，無論是設(shè)計(jì)、EDA軟件，還是材料、裝備，我們普遍都受制于人。尤其在EDA軟件和裝備領(lǐng)域，幾乎無法避開美國的技術(shù)與產(chǎn)品。

1、 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

晉華的技術(shù)主要來自聯(lián)電。美光懷疑其前員工盜取公司技術(shù)，并交給聯(lián)電，聯(lián)電又將技術(shù)分享給了晉華，這才導(dǎo)致美光起訴聯(lián)電和晉華，以及后續(xù)一系列事件。但是，晉華的DRAM技術(shù)到底是否構(gòu)成侵權(quán)，只有產(chǎn)品問世后才可知。

長江存儲(chǔ)主攻NAND閃存芯片。它與美國飛索半導(dǎo)體（Spansion）聯(lián)合開發(fā)了NAND閃存技術(shù)，并與中科院微電子所共同研發(fā)32層3D NAND Flash芯片技術(shù)。從技術(shù)角度看，長江存儲(chǔ)在自主研發(fā)的道路上有一定積累。2018年8月，長江存儲(chǔ)對外發(fā)布其突破性技術(shù)——Xtacking™，該技術(shù)可為3D NAND閃存帶來前所未有的I/O高性能、更高的存儲(chǔ)密度，以及更短的產(chǎn)品上市周期。

無論對于晉華、長江存儲(chǔ)還是長鑫，技術(shù)來源都是首先要解決的問題，無論技術(shù)授權(quán)、合作開發(fā)，還是自主研發(fā)，只有從技術(shù)源頭掌握關(guān)鍵技術(shù)，才能避免被卡脖子。

2、 EDA軟件

全球EDA軟件市場被三巨頭——Synopsys（美）、Cadence（美）、Mentor（德）所壟斷，國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司幾乎100%采用國外產(chǎn)品。雖然國內(nèi)EDA軟件開發(fā)龍頭華大九天近期獲得了超過億元的融資，但和三巨頭相比差距巨大，短期內(nèi)難以追趕。就EDA軟件來說，美國輕易就可以通過停止服務(wù)等手段，對國內(nèi)存儲(chǔ)芯片廠商甚至集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)造成巨大的影響，迫使停止設(shè)計(jì)研發(fā)工作。

3、 材料

國產(chǎn)集成電路材料已經(jīng)占據(jù)一定市場份額，并逐步在個(gè)別細(xì)分領(lǐng)域擠占國際廠商的市場空間。其中，靶材、濕電子化學(xué)品、CMP材料等細(xì)分領(lǐng)域產(chǎn)品已經(jīng)取得較大突破。部分產(chǎn)品技術(shù)水平達(dá)到國際一流水平，本土產(chǎn)線已基本實(shí)現(xiàn)大批量供貨。電子氣體、硅片、掩膜版等產(chǎn)品技術(shù)水平達(dá)到國際一流水平，本土產(chǎn)線已實(shí)現(xiàn)小批量供貨。只有光刻膠等產(chǎn)品與國際一流水平還有較大差距。

表1 日、美、德企業(yè)在全球集成電路材料市場仍然占主導(dǎo)地位

數(shù)據(jù)來源：SEMI，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

但是，我們也需要認(rèn)識(shí)到與國外龍頭廠商相比的巨大差距，日、美、德企業(yè)在全球集成電路材料市場仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。針對美國未來有可能在材料領(lǐng)域的產(chǎn)品管制，除了加大對國內(nèi)供應(yīng)鏈的扶持，降低材料的對外依賴度外，還可以拓展非美系供應(yīng)商，畢竟在材料領(lǐng)域，美系廠商的市場份額和對其依賴度還沒有那么高，如表1。

4、 裝備

集成電路裝備產(chǎn)業(yè)具有極高的技術(shù)壁壘和市場壁壘，是一個(gè)高度壟斷的市場。細(xì)分市場TOP3市占率超過90%甚至一家獨(dú)大的現(xiàn)象普遍存在。晶圓制造核心裝備光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、CVD和PVD，都呈現(xiàn)寡頭壟斷局面。如在PVD領(lǐng)域，美國企業(yè)應(yīng)用材料（AMAT）占據(jù)85%市場份額。

圖6 晶圓制造等關(guān)鍵核心設(shè)備仍呈現(xiàn)寡頭壟斷局面

數(shù)據(jù)來源：SEMI，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

目前，國內(nèi)裝備在關(guān)鍵領(lǐng)域初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)鏈成套布局——曝光Liho、刻蝕ETCH、薄膜CVD、濕法WET、檢測、熱處理、測試等環(huán)節(jié)，且部分工藝制程能夠滿足國內(nèi)客戶的需求。國內(nèi)廠商有多項(xiàng)產(chǎn)品已經(jīng)批量出貨，其中主要的廠商有北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體、睿勵(lì)科學(xué)儀器和上海盛美半導(dǎo)體等。

從晉華的裝備采購清單看，核心關(guān)鍵裝備還是從美、日、韓等國采購，比如刻蝕工藝機(jī)臺(tái)、薄膜沉積工藝機(jī)臺(tái)、膜厚檢測機(jī)、晶圓邊緣檢測機(jī)、各類缺陷檢測機(jī)等都需要從美國進(jìn)口。國產(chǎn)裝備采購比例較低，除了中微半導(dǎo)體的刻蝕機(jī)，其余集中在低技術(shù)壁壘的各類清洗裝備。

圖7 晉華部分裝備采購清單

數(shù)據(jù)來源：中國閃存市場

當(dāng)下，任何一座晶圓廠的順利投產(chǎn)，幾乎不可能離開美國產(chǎn)的設(shè)備。正如上表中所列，應(yīng)用材料、科磊（KLA-Tencor）等都是晉華重要的供應(yīng)商。退一步講，由于裝備產(chǎn)品是復(fù)雜而精密的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品，即使采購非美供應(yīng)商裝備，其中關(guān)鍵零部件、核心軟件及操作系統(tǒng)也有可能是美國企業(yè)所供應(yīng)。因此，可以說在裝備領(lǐng)域，國內(nèi)存儲(chǔ)芯片企業(yè)或者制造企業(yè)最容易被美國卡脖子。

04

全球千億美金市場：寡頭壟斷

隨著全球信息化浪潮洶涌澎湃，存儲(chǔ)芯片市場保持了高速增長態(tài)勢。根據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2017年全球存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)營收達(dá)1319億美元，占半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)收入30%左右，過去五年復(fù)合增長率高達(dá)37%。其中DRAM和NAND市場規(guī)模達(dá)到730億和550億美元，分別占存儲(chǔ)芯片市場的56%和40%。

圖8 存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)占比逐步提升

數(shù)據(jù)來源：WSTS，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

圖9 DRAM和NAND市場規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：WSTS，J. P. Morgan，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

全球存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的源動(dòng)力主要來自PC、智能手機(jī)、平板、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器對存儲(chǔ)的需求，以下是DRAM和NAND按應(yīng)用的需求占比以及變化情況。

圖10. DRAM和NAND需求分析與增長情況（按應(yīng)用分）

數(shù)據(jù)來源：Gartner，Bloomberg，J. P. Morgan，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

隨著智能手機(jī)出貨量放緩，5G等新應(yīng)用尚未形成大規(guī)模需求，DRAM及NAND產(chǎn)品需求與價(jià)格均進(jìn)入下行通道。WSTS預(yù)測，2018-2020年存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)年復(fù)合收入增速將維持在8%上下。

圖11 DRAM和NAND現(xiàn)貨價(jià)格走勢

數(shù)據(jù)來源：Wind，DRAM Exchange，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)的競爭格局，歷經(jīng)多年整合，呈現(xiàn)寡頭壟斷局面。據(jù)IDC統(tǒng)計(jì)，2018年一季度DRAM實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入232億美元，三星、SK海力士、美光三家分別擁有46%，27%，23%的市場份額，合計(jì)市占率超95%。2018年一季度NAND實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入136億美元，三星、西部數(shù)據(jù)/東芝、SK海力士、美光分別擁有42%，29%，13%及12%的市場份額，合計(jì)市占率超96%。

圖12 DRAM和NAND競爭格局分析

數(shù)據(jù)來源：IDC，IHS，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017年中國進(jìn)口存儲(chǔ)芯片889億美元，比2016年增長39.6%。DRAM、NAND的寡頭壟斷造成下游客戶毫無議價(jià)能力。2017財(cái)年，三星、SK海力士、美光三家存儲(chǔ)巨頭的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)在中國的營收分別為104、254、89億美金，合計(jì)達(dá)到447億美金，超過中國存儲(chǔ)芯片進(jìn)口額度的半數(shù)。

因此，無論從經(jīng)濟(jì)安全，還是信息安全角度，我國都亟待發(fā)展存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)。

05

我國存儲(chǔ)芯片市場：短期格局難變

作為全球最大的存儲(chǔ)芯片消費(fèi)市場之一，面對產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，自給率極低的窘境，在政府引導(dǎo)和支持下，產(chǎn)業(yè)界全力以赴追趕超越，加快發(fā)展。目前，國內(nèi)有三大存儲(chǔ)項(xiàng)目：紫光集團(tuán)與武漢、南京及成都合作展開的NAND與DRAM項(xiàng)目，兆易創(chuàng)新與合肥合作的DRAM項(xiàng)目（合肥長鑫），聯(lián)電與福建省合作的DRAM項(xiàng)目（福建晉華）。

表2 主要存儲(chǔ)芯片企業(yè)分析

數(shù)據(jù)來源：光大證券研究所，CICC，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院（2018.05）

▲紫光集團(tuán)（長江存儲(chǔ)+紫光南京+紫光成都）

紫光集團(tuán)在南京、成都各有一座半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地，又與武漢新芯合作成立長江存儲(chǔ)國家存儲(chǔ)芯片基地。南京半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地主要生產(chǎn)DRAM以及NAND芯片，成都基地和長江存儲(chǔ)將專注于3D NAND閃存芯片。

長江存儲(chǔ)2016年7月成立，由紫光集團(tuán)、國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金、湖北集成電路基金、湖北科投聯(lián)合投資240億美元。

2016年12月，以長江存儲(chǔ)為主體的國家存儲(chǔ)芯片基地正式開工，建設(shè)3座全球單座面積最大的3D NAND Flash廠。項(xiàng)目一期2018年建成投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)零的突破，成功進(jìn)入市場，預(yù)計(jì)2019年毛利轉(zhuǎn)正，2020年月產(chǎn)能30萬片，2023年月產(chǎn)能100萬片，年產(chǎn)值達(dá)1000 億人民幣。

圖13 長江存儲(chǔ)項(xiàng)目重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)

數(shù)據(jù)來源：長江存儲(chǔ)，企名片，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

紫光南京/成都半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地均由紫光集團(tuán)投資建設(shè)，目前處于建設(shè)期，未來產(chǎn)能均為30萬片/月。

▲合肥長鑫

合肥長鑫存儲(chǔ)由兆易創(chuàng)新與合肥市產(chǎn)業(yè)投資控股合作，建設(shè)19nm、12寸晶圓DRAM芯片項(xiàng)目，預(yù)算金額180億元。

合肥長鑫2018年一季度已完成設(shè)備安裝，一期計(jì)劃產(chǎn)能12.5萬片/月，三期全部滿產(chǎn)產(chǎn)能為37.5萬片/月。第一階段主要生產(chǎn)基于19nm平臺(tái)的8GB LPDDR4產(chǎn)品，用于智能手機(jī)。目前已開始投產(chǎn)，預(yù)計(jì)2018年底良率可達(dá)10%，2019年底良率可達(dá)80%左右，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

圖14 合肥長鑫項(xiàng)目重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)

數(shù)據(jù)來源：合肥長鑫，光大證券研究所，企名片，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

▲福建晉華

由福建省電子信息集團(tuán)、晉江能源投資集團(tuán)有限公司等共同出資，與臺(tái)灣聯(lián)電展開技術(shù)合作，總投資56.5億美元，建設(shè)12寸內(nèi)存晶圓廠生產(chǎn)線，從事利基型DRAM的研發(fā)和生產(chǎn)銷售，產(chǎn)品主要應(yīng)用于PC及數(shù)據(jù)中心，未來瞄準(zhǔn)消費(fèi)電子產(chǎn)品。雖然消費(fèi)電子的存儲(chǔ)需求步入存量博弈階段，但市場規(guī)模依舊龐大。

該項(xiàng)目共4期，每期設(shè)計(jì)產(chǎn)能6萬片/月，總計(jì)24萬片/月。預(yù)計(jì)4期滿產(chǎn)總產(chǎn)值500億人民幣。規(guī)劃第一階段提供25nm 4GB DDR4/DDR3產(chǎn)品，爭取2018年研發(fā)成功，后續(xù)繼續(xù)研發(fā)1xnm產(chǎn)品。此次美國禁售，原計(jì)劃很大可能將會(huì)推遲。

圖15 福建晉華項(xiàng)目重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)

數(shù)據(jù)來源：福建晉華，光大證券研究所，CICC，企名片，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

圖16 中國大陸主要半導(dǎo)體制造產(chǎn)線分布圖

數(shù)據(jù)來源：CICC，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院

從上述規(guī)劃看，我國廠商仍處于起步階段，存儲(chǔ)芯片研發(fā)、良品率、成本控制等能否達(dá)到預(yù)期，還有一定的不確定性，產(chǎn)能釋放將是一個(gè)緩慢的過程。從產(chǎn)能規(guī)劃看，國產(chǎn)存儲(chǔ)芯片市占率短期內(nèi)將維持較低水平，2-3年內(nèi)難以超過1%，2020年后有望得到較大提升。

從存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)的專利分布、申請趨勢以及產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的深入分析看，我們清晰的看到自身技術(shù)積累的薄弱，在人才儲(chǔ)備、產(chǎn)能規(guī)模、企業(yè)體量與國際巨頭還有顯著的差距。雖然晉華事件走向何方還不明朗，但我國發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的決心只會(huì)更加堅(jiān)定。面臨挑戰(zhàn)，我們必須著眼于產(chǎn)業(yè)生態(tài)打造，進(jìn)一步整合資源，完善產(chǎn)業(yè)鏈布局，同時(shí)加大力度布局前瞻性技術(shù)研發(fā)，尋找技術(shù)變革帶來的新發(fā)展機(jī)遇?？上驳氖?，10月26日，中國存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在武漢成立，行業(yè)抱團(tuán)取暖，團(tuán)結(jié)就是力量。雖然產(chǎn)業(yè)發(fā)展道阻且長，但是我們別無選擇。