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DRAM競爭的新時代

2020-08-26
來源: 半導體行業觀察

  筆者最初是在2019年第三季度首次意識到DRAM出貨數量的變化。2011年以后每個季度的DRAM出貨數量基本維持在40億個左右(圖1)。然而,DRAM的出貨金額在2018年第三季度達到頂峰并開始逐步下滑,且在2019年陷入“存儲半導體危機”,后來DRAM出貨金額雖然沒有恢復,出貨數量卻遠超40億個,達到48.3億個。而且,這種“居高不下”一直持續到2020年的第二季度。

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  圖1:每個季度的DRAM出貨金額、出貨數量推移。(~2020年第二季度)(圖片出自:筆者根據WSTS的數據制作了此圖。)

  我們再回過頭來看看1991年以來DRAM的出貨數量變化。1991年至2002年,DRAM出貨數量緩慢推移。然而,2003年至2011年,出貨數量急劇增長。這是由于以中國為代表的亞洲諸國的經濟迅猛發展,以及手機(后來的智能手機)、PC、數碼家電等電子產品的迅猛發展,導致DRAM的生產獲得增長。

  然而,中國臺灣的小規模DRAM廠家逐步被淘汰、從德國Infineon Technologies分離出來的Qimonda在2009年破產、Elpida也在2012年宣布破產且被鎂光收購。結果,DRAM廠家集中在了三星電子SK海力士鎂光科技三家公司。(圖2)

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  圖2:各家DRAM廠家的市場占比(~2020年第一季度)。(圖片出自:筆者根據DRAMeXchange的數據制作了此圖。)

  三家公司深知“DRAM一旦供給過剩,就會價格暴跌”的道理,因此三家公司在關注其他廠家的同時調整自身的生產。而且,在三家公司的“不言而喻的默契”之下,每個季度DRAM的出貨數量保持在40億個。

  2019年第二季度DRAM的出貨數量達到39.5億個,同年第三季度出貨數量驟增至48.3億個(圖3),同年第四季度達到48.9億個,2020年第一季度達到44.7億個,同年第二季度為46.1億個,出貨數量持續居高不下。

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  圖3:DRAM的出貨數量、出貨金額的推移。(2015年第一季度--2020年第二季度)(圖片出自:筆者根據WSTS的數據制作了此圖。)

  從上文可以看出,DRAM已經進入了出貨數量居高不下的形勢,原因究竟是什么呢?是不是三家DRAM廠家放棄了“不言而喻的默契”?本文就此展開論述。

  首先說結論,對進軍DRAM行業的中國廠家持有警惕態度的鎂光開始迅速擴大生產,此外,三家DRAM廠商手握大權、且正在將主戰場從智能手機轉移至服務器方向,因此三家廠商都開始了增產。筆者認為,在MPU(處理器)存在供給不足的情況下,增產DRAM可能會引起存儲半導體危機、或者帶來連帶效應的危險情況。

  突然開始增產的鎂光

  在 2020年5月17日-20日舉行的線上存儲半導體國際學會--國際存儲半導體研討會(International Memory Workshop,IMW 2020)上,鎂光的  Shigeru Shiratake先生公布了尖端DRAM量產的相關Road Map(圖4)。

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  圖4:三星電子和鎂光的尖端DRAM的量產Road Map。(圖片出自:筆者根據Shigeru Shiratake (Micron),“Scaling and Performance Challenge of Future DRAM”, IMW2020的資料以及筆者調查的資料,制作了此圖)

  從上圖可以看出,鎂光是以2019年1Z、2020年1α、2021年1β、2022年1γ、2023年1δ的形式,即“一年一代”的步驟量產尖端DRAM。一直以來鎂光都是和圖4中的三星一樣以“兩年一代”的形式量產尖端DRAM。然而,2019年以后,鎂光將方針改為了“一年一代”。

  此外,從TrendForce的Memory & Storage Division的Avril Wu先生在Web Seminar(2020年6月召開)上公布的數據來看,在2020年第一季度,DRAM銷售額排名第三的鎂光的晶圓月度投入數(Wafer Input)超過了SK海力士(圖5),鎂光和SK海力士的差距在同年第二季度達到了10k。因此,未來鎂光的銷售額排名有可能會超過SK海力士,成為第二。

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  圖5:DRAM廠家的晶圓投入數(單位:k/月)。(圖片出自:Avril Wu, “Must-Know Memory Market Movements: An Industry Transformed by the Pandemic”、TrendForce舉行的2020年6月的Web Seminar的發布資料。)

  從上文可知,鎂光正試圖引領DRAM的尖端技術、且正努力超過SK海力士的晶圓投入量,以獲得DRAM銷售額TOP2的寶座。那么,是什么促使鎂光采取這樣的行動了呢?

  鎂光對中國的DRAM廠家持有警惕態度

  回顧DRAM的歷史,一般情況下,市占率較低的企業和財務狀況不佳的企業容易陷入破產、放棄事業的困境。首先,在2000年以前,幾乎所有的日本DRAM廠家都放棄了DRAM的生產。其次,在2000年代,中國臺灣的小規模DRAM廠家也開始撤退。后來,如上文所述,2009年Qimonda倒閉、爾必達存儲半導體也在2012年倒閉、被鎂光收購。

  在如今的中國,ChangXin Memory Technologies(CXMT)和紫光集團這兩家公司正試圖加入尖端DRAM的行列。筆者認為這兩家公司能夠量產1X代的尖端DRAM的可能性較低,但是,萬一如果有某家中國企業成功量產的話,那么來自中國的DRAM將會席卷全球,很可能會引起DRAM市場的激烈競爭。

  真的發生以上情況,多少會對TOP1的三星電子造成一定打擊,但影響不會很大。此外,背后有大型財團支撐的SK海力士應該也不會倒閉。但是,毫無背景的、三家公司中市占率最低的鎂光可能會面臨較大風險。

  總之,現在的鎂光抱著“下一家倒閉的公司可能是鎂光”這樣的警惕態度。而且,為了在最艱難的環境下獲得生存,鎂光定下了引領先進技術、很有必要確保TOP2地位的目標。鎂光的這些行動與增加出貨數量不無關系。

  為何三家公司都增加了晶圓投入量?

  我們再看下圖5。不僅是鎂光,三星和SK海力士都計劃在2020年增加DRAM的晶圓投入量。晶圓投入量增加的話,吐出量(Out Put)自然也會增加。因此,2019年第三季度以后DRAM的出貨數量之所以居高不下主要是因為三家DRAM廠商增加了晶圓的投入量。

  那么為什么三家廠商在同一時間增加晶圓的投入量呢?可能是三星和SK海力士看到鎂光的增產,懷著“絕對不要落后于鎂光”的競爭心態增加了晶圓的投入量。尤其是處在TOP2的SK海力士,這種心態或許更強!

  但是筆者卻認為真正的原因不在此。那么,三家廠商增加晶圓投入量的原因何在呢?

  DRAM的主要戰場從手機轉到了服務器

  圖6是TrendForce的Memory & Storage Division的Mark Liu先生在2020年6月召開的Web Seminar上公布的各種用途的DRAM的生產量(以2Gb為換算單位),2019年及以前為實績、2020年以后為預測。從圖6我們可以看出以下內容。

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  圖6:各種用途方向的DRAM的生產量(單位:以2Gb換算,100萬個)(圖片出自:筆者根據Mark Liu , “The Opportunities and Challenges for Server Supply Chain After Pandemic”, TrendForce舉辦的2020年6月的Web Seminar的數據制作了此圖。)

  2014年之前,PC方向的DRAM用量最大!然而,2015年開始,“主角光環”從PC轉移到了智能手機。據TrendForce預測,在2021年之前,智能手機方向的DRAM將會占最大份額,而且,2022年以后,DRAM的主戰場將會從智能手機轉移到服務器。

  總之,牽引著DRAM的電子產品經歷了PC、智能手機,如今開始逐步向服務器轉移。而且,三家DRAM廠家為了把握住服務器市場的優勢,開始增加晶圓投入量,這是2019年第三季度以后DRAM出貨數量居高不下的直接原因。

  DRAM的競爭時代拉開序幕

  綜上所述,自2019年第三季度以來,DRAM的出貨數量一直居高不下,第一個原因是鎂光處于對中國DRAM廠家的戒備,考慮到公司即使在艱難的環境下也可以得以生存,調整公司方針為“一年一代”,且為了從銷售額上超過SK海力士以成為TOP2,增加了晶圓的投入量。

  第二個原因(這是本質原因),DRAM的主戰場正從智能手機轉到服務器,三星、SK海力士、鎂光為了掌握服務器市場的霸權地位,三家廠商都增加了晶圓的投入量。

  從以上分析可知,三家廠家已經結束了在“不言而喻的默契”之下進行生產的時代,且正圍繞服務器市場的霸權而展開了競爭。

  那么,究竟是誰掌握著服務器市場DRAM的霸權呢?我們不能對此熟視無睹。如果三家廠商都開始增產,勢必引起供給過剩、價格暴跌。

  DRAM增產、引起存儲半導體行情低迷

  令筆者擔憂的事情還是出現了!進入2020年,DRAM的價格高漲、在4月-6月期間,服務器方向的DRAM(32GB,DDR4)的大宗交易價格保持在143.1美元(約人民幣1,001.7人民幣)的高價,進入7月,下滑至134美元(約人民幣938元)(圖7),不僅如此,被稱為大宗交易交個指數的8G DRAM(DDR4)和128G NAND(MLC)也在7月份出現了價格下滑(圖8)。

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  圖7:服務器方向的32GB DDR4 DRAM的大宗交易價格推移。(圖片出自:DRAMeXchange于2020年7月31日公布的數據。)

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  圖8:8G  DRAM和128G NAND(MLC)的大宗交易價格。(圖片出自:筆者根據DRAMeXchange的數據制作了此圖。)

  由于筆者有一種“不祥”的預感,因此也調查了每個季度的MPU(處理器)、DRAM、NAND的出貨數量的推移(圖9),請看下圖MPU的出貨數量的推移。

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  圖9:每個季度的MPU、DRAM、NAND的出貨數量(~2020年第二季度)。(圖片出自:筆者根據WSTS的數據制作了此圖。)

  在2016年第三季度(英特爾10納米啟動失敗的時候)MPU出貨了1.36億個,2019年第一季度下滑了4,800萬個,為8,800萬個。筆者認為主要原因如下:AMD將7納米以及后續產品交給TSMC代工,且發布高性能的MPU,與之相對,英特爾不得不繼續為14納米延命,為了實現高性能化,不斷增加Core數,結果,芯片尺寸增大、 最終導致從單個晶圓上獲得的芯片數量減少。

  后來,在2019年的第四季度,MPU的出貨數量恢復至1.06億個。如果說與峰值相差3,000萬個的話,那么2020年第二季度的出貨數量下滑到了9,900萬個!在MPU供給不足的情況下,增產DRAM,DRAM會出現供過于求、價格暴跌!到底是哪家公司導致的MPU供給不足呢?

  又是英特爾的原因

  最近關于英特爾的“丑聞”不斷!比方說,英特爾的CEO--Bob Swan先生在2020年7月末的2020年第二季度財報會上,承認“7納米的啟動延遲了半年(實際上是1年?)”,而且表示“在2022年之前,會決定是否在公司內部研發新一代工藝技術、還是使用外包公司?”

  筆者認為,相對于可能會外包給TSMC的7納米和眼下并未全部啟動的10納米而言,14納米的MPU更令人擔憂。在TrendForce的Mark Liu的發表中,提到了英特爾和AMD的用于服務器的MPU的技術藍圖。(圖10)

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  圖10:用于服務器的MPU的技術藍圖。(圖片出自::Mark Liu , “The Opportunities and Challenges for Server Supply Chain After Pandemic”, TrendForce舉辦的2020年6月的Web Seminar的資料。)

  自2019年第二季度開始, AMD已經開始利用TSMC的7納米來生產用于服務器的MPU-“EPYC”(Code Name:“Rome”),且已經公布。AMD計劃在2020年第四季度銷售TSMC生產的“Milan(研發代碼,將EUV應用于孔中)”。TSMC已經開始量產5納米,且尖端工藝進行得很順利,因此MPU出貨數量下滑的原因不在于AMD。

  問題在于英特爾。自2020年年初以來,英特爾計劃用14納米制程生產“Xeon E”系列的用于服務器的MPU(Code Name:Comet Lake E)。但是,這款新的MPU的良率似乎不太樂觀。結果導致全球MPU出貨數量下滑。

  服務器方向的DRAM的增產,需要引起注意!

  就X86架構的處理器市場占比預測而言,2020年第三季度中英特爾占比65.8%,AMD占比接近34.2%(圖11),未來如果英特爾繼續這樣,真的可能會被AMD超越。

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  圖11:x86處理器的市場占比(2020年第三季度為預測)。(圖片出自:筆者根據PassMark (CPU Benchmark)的數據制作了此圖。)

  但是,更令人擔憂的是由于英特爾的緣故,全球MPU供給不足的問題一直得不到解決,而服務器方向的DRAM和NAND將會出現供給過剩、充斥市場、價格下滑,最終再次陷入存儲半導體泡沫的困局。為了避免以上情況的發生,三家DRAM廠家需要在密切關注MPU出貨數量推移的同時,生產服務器方向的DRAM。

  

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