半导体疯狂扩产面临隐忧！存储器涨势反转，或迎价格暴跌

编者注：本文作者汤之上隆为日本严紧加工钻研所长处，曾长期在日本制造业的制造初次线从事半导体研发工作，2000 年获得京都大学工学博士学位，以后连续从事和半导体行业有关的资源网、钻研、照料及消息工作者等工作，曾撰写《日本“半导体”的失利》、《“电机、半导体”溃败的教导》、《落空的制造业：日本制造业的战败》等著作。

▲ 全球半导体产量增加和投资高潮正在世界各地进行

本文是汤之上隆即日刊登于 eetimes.jp 上的一篇长文，体系剖析了在不稳定的提供链布景下，世界各地掀起的半导体投资高潮大概将伴跟着潜伏危机，以及 DRAM 和 NAND 出货额、出货量及费用变更怎样影响存储器环境趋势的开展走向。芯器械对此进行精编，全文要点以下：

以前一年，台积电、三星等全球芯片制造龙头连续揭露巨额投资决策。

台积电决策来日三年投资 1000 亿美元（折合 6436 亿国民币），三星电子来日三年决策投资 240 万亿韩元（折合 1.3 万亿国民币），但是半导体业务详细占比未知。英特尔揭露来日 10 年将在欧洲投资 800 亿欧元（折合 5979 亿国民币）。

列国也提供补助来支持这些公司的血本投资。好比美国拟拨款 520 亿美元增强其外乡半导体制造才气，欧盟 17 国签署万亿半导体决策，韩国确立“K-半导体计谋”观点提供税收优惠等激励。

据日经消息今年 8 月 28 日报道，2021 年 10 家要紧半导体厂家的血本投资总额将跨越 6800 亿国民币。SEMI 的一项观察表现，从 2021 年到 2022 年，已确认的半导体厂家出工数目将到达 29 家。

在汤之上隆看来，这种变态的血本投入和厂家林立的征象，就像是被“花衣魔笛手”驾驭的老鼠，一步步走向悬崖，悬崖底部守候着的是半导体费用暴跌，以及接下来的半导体大冷落。

01. 半导体产量大幅增进，谁引领了存储环境趋势的快速扩张？

各泰半导体厂家已投资逾 6800 亿国民币，29 家厂家的建设曾经首先，但这些厂家的半导体量产宛若非常先要到 2022 年下半年，平常情况下要到 2023 年才气实现。

然而，有迹象评释，全球半导体产量曾经首先大幅增加。以下图所示，全球半导体季度出货额和出货量在 2018 年 Q3 内存泡沫落空时，划分到达 2658 亿美元和 1249 亿个的峰值。

▲ 季度全球半导体出货额和出货量（1991-2021 Q2）

以后因存储器环境趋势不景气，出货额和出货量有所下滑，但在 2020 年 Q2 以后大幅回升。随后，2021 年 Q2 出货额达 2894 亿美元，出货量 1336 亿个，创季度经历新高。这种势头在来日很大概会连接下去。

接下来，让咱们看看半导体范例划分的季度出货量。2021 年 Q2，逻辑半导体为 363 亿美元，包含处理器和微掌握器在内的 Mos Micro 为 189 亿美元，模仿半导体为 178 亿美元，均创下季度新高。

▲ 按范例划分的季度半导体出货量（1991-2021 Q2）

另一方面，包含 DRAM 和 NAND 闪存在内的半导体存储（Mos Memory）的出货额并未跨越 2018 年 Q3 的峰值（441 亿美元）。但从 2020 年 Q4 到 2021 年 Q2 出货量的急剧高潮，难免令人心生惊怖，因为这个斜率与 2016-2018 年 Q3 的内存泡沫相配。

话虽云云，存储器出货额不会无尽增进，预计会在某个时候供过于求，到达峰值，随后守候着他们的，则不妨存储器费用暴跌和随后的环境趋势不景气。

辣么，主导存储环境趋势快速扩张的主角是 DRAM、NAND，或是两者兼而有之？本文测试进行这种剖析。

02. DRAM 出货量急剧高潮，今年 Q2 达经历新高

下图表现了 DRAM 季度出货额和出货量的变更。

▲ DRAM 季度出货额及出货量变更（~2021 Q2）

汤之上隆校验存储器环境趋势的急剧增进由 DRAM 惹起。这是因为，从 2020 年 Q4 到 2021 年 Q2，DRAM 的出货量首先发现近乎垂直的趋向。这与下图中的存储器出货量很类似。

▲ 按范例划分的季度半导体出货量（1991-2021 Q2）

辣么 DRAM 出货量为何会飙升呢？从 2010 年到 2018 年前后，DRAM 出货量连续连结在 40 亿个摆布，但从 今年 年 Q3 摆布首先大幅增加，2021 年 Q2 到达 55.3 亿个的经历新高。

汤之上隆觉得，造成这种情况的缘故以下：2012 年以来，DRAM 厂家现实上密集在三星、SK 海力士和美光科技三家公司，并经历黑暗杀青一致定见进行制造调整，连结出货量在一定程度。

但是，跟着 DRAM 主疆场从 今年 年下半年首先从挪动端转移到服务器端，上述三大厂家放弃了黑暗通同，重新睁开角逐。后果，三家公司都增加了出货量，造成世界局限内 DRAM 出货量急剧高潮。除了这三大 DRAM 厂家的角逐以外，新冠肺炎疫情的影响也应波及此中。

03. NAND 出货量变更比较安稳，不是存储环境趋势快速扩张主因

咱们再来看看 NAND 季度出货额和出货量变更。自 2000 年以来，NAND 出货量险些呈线性增进，但这一增进到 2016 年后休止了。

汤之上隆觉得，这是因为 NAND 从 2D 到 3D 的转变。在 2D 上，存储单位曾经小型化，芯片尺寸也曾经变得更小。因此，芯片进一步微缩后，1 片晶圆上能获得的 NAND 数目也随之增加。

▲ NAND 出货代价和出货量变更（~2021 Q2）

但从 2016 年首先，NAND 实现 3D 化。为了增加存储容量，3D NAND 接纳了存储单位垂直堆叠的方法，于是芯片尺寸根基固定。故汤之上隆觉得自 2016 年 NAND 走向 3D 化，其出货量已趋于安稳。

NAND 出货量在存储泡沫的 2018 年 Q3 到达大概 30 亿个，但随后在 今年 年 Q1 下降至 22 亿个，又在 今年 年 Q4 规复到 30 亿个。然后受新冠肺炎疫情影响，它在 2020 年 Q2 削减到大概 26 亿个，以后首先稳步回升，在 2021 年 Q2 创下大概 33 亿个的经历新高。

也即是说，在疫情发作前后，DRAM 出货量从大概 40 亿个高潮到 55 亿个以上，而 NAND 出货量仅从 30 亿个高潮到 33 亿个。因此，能够说存储器环境趋势快崛起的要紧泉源是 DRAM，而不是 NAND。

04. DRAM 现货价变更怎样影响存储器环境趋势？

从目前剖析来看，DRAM 出货量的增加与 2020 年 Q4-2021 年 Q2 存储器环境趋势的急剧扩张有关。辣么，这与 DRAM 费用的有多大关系呢？底下，咱们来对 DRAM 的现货价和合大概价进行剖析。

首先，下图表现了 2020 年 12 月 31 日至 2021 年 9 月 17 日时代种种 DRAM 的现货费用。这里 DDR 是 Double Data Rate 的缩写，表示 DRAM 规格，DDR3 的传输速度是 DDR2 的 2 倍，DDR4 的传输速度是 DDR3 的 2 倍。

▲ 种种 DRAM 现货费用（2020 年关-2021 年 9 月 17 日）

从上图能够看出，DDR4 DRAM 比 DDR3 更贵，统一 DRAM 规格时，集成度高的费用更高。

接下来，将 2020 年 12 月 31 日的 DRAM 费用规范化为“1”，观察种种 DRAM 费用的变更。到 2021 年 3~4 月，两种 DDR3_2Gb DRAM 费用高潮了 2.4-2.5 倍以上。其次费用高潮的两款 DDR3_4G，涨幅在 1.9~2 倍以上，两款 DDR4_4G 紧随自后，涨幅在 1.8~1.9 倍。

▲ 规范化的各种 DRAM 现货价（2020 年关-2021 年 9 月 17 日）

另一方面，集成度非常高的 16G 在 3 月份摆布高潮了 1.2 倍摆布，其次的两种 DDR4_8G 费用高潮了大概 1.4~1.5 倍。简而言之，在 DRAM 现货费用中，传输速度低、集成度不高的传统 DRAM 费用一路高涨。从 DRAM 合大概价的变更也能够看出这个趋向。

05. 传统 DRAM 现货价和合大概价都在高潮

下图表现了 2020 年 9 月至 2021 年 8 月种种 DRAM 的合大概价变更。与现货费用类似，其费用按 DDR2、DDR3、DDR4 的挨次高潮，若 DDR 相像，集成度越高，费用越高。

▲ 种种 DRAM 合大概价（2020 年 9 月-2021 年 8 月）

接下来，咱们将 2020 年 12 月的合大概价规范化为“1”，并查看了种种 DRAM 费用的变更，后果表现费用从高到低顺次是 DDR3_2G、DDR2_512M、DDR2_1G、DDR3_1G，费用从高到低。另一方面，两款 DRAM 集成度非常高的 DDR4_8G 的加价幅度非常低。

▲ 规范化的种种 DRAM 合大概价（2020 年关-2021 年 8 月）

换句话说，无论是现货价或是合大概价，传统 DRAM 费用都在高潮，而集成度高的 DRAM 费用并无高潮辣么多。为何会产生如许的事情呢？

06. 新冠肺炎疫情催化传统 DRAM 费用飙涨

也能够费用大幅高潮的传统 DRAM 要紧应用于家用电器产物等平台。新冠肺炎疫情迫令人们呆在家里。后果，为了在家里更舒服地生活，人们就在网购家电产物，这些家电产物不需要高传输速度、高集成度的 DRAM，因此，环境趋势上很少发现的传统 DRAM 费用飙涨。

▲ 规范化的各种 DRAM 现货价（2020 年关至 2021 年 9 月 17 日）

这个引申能够从底下的事件中获得证实。首先，咱们再来看看上头这张图，连续高潮的传统 DRAM 现货费用从 7 月摆布首先下降。此时全球都在推动新冠肺炎疫苗接种，封闭也被渐渐排除。

因此，对新冠肺炎疫情的需要大概曾经收敛。但是传统 DRAM 的合大概价还在高潮，这一引申是否精确另有待考证。

下图表现了集成度不同的每月 DRAM 出货量。DRAM 每隔 3-4 年就会被集成度非常高的产物所取代。目前合流的 DRAM 是 4G 以上的 8G 或 16G。

因为现货价和合大概价涨幅较大的 2G 在 2013 年见顶，1G 在 2010 年到达峰值，512M 在 2008 年摆布到达峰值，因此，环境趋势上 DRAM 的统统数目很少。稀缺的 DRAM 因突发的新冠肺炎疫情而变得须要，因此费用高潮超 2 倍。

▲ 按集成度划分的 DRAM 月出货量（1991 年 1 月-2021 年 6 月）

07. DRAM 出货额高潮背地，两大成分双重好处

再回到下图中从 2020 年 Q4 到 2021 年 Q1 DRAM 出货额的快速增进。其快速增进的初次个缘故是 DRAM 出货量的增加。

▲ DRAM 季度出货额及出货量变更（1991-2021 Q2）

辣么 DRAM 费用高潮的影响有多大？从下图中按集成度划分的 DRAM 出货量能够看出，目前制造的 DRAM 大片面是 4G、8G 和 16G。

▲ 按集成度划分的 DRAM 月出货量（1991 年 1 月-2021 年 6 月）

由下图可见，高集成度 DRAM（比方 8G）的合大概价高潮了 1.44 倍。

▲ 规范化的种种 DRAM 合大概价（2020 年关-2021 年 8 月）

咱们来算一下为何 DRAM 出货量从 2020 年 Q4 到 2021 年 Q2 会快速增进。

▲ 2020 年 Q4 至 2021 年 Q2 DRAM 出货量增进背地的成分

DRAM 出货额从 149.86 亿美元增至 235.3 亿美元（1.57 倍）

DRAM 出货量从 48.88 亿个增加到 55.29 亿个（1.13 倍）

合流的 DDR4_8G 合大概价从 2.85 美元涨至 4.1 美元（1.44 倍）

（出货量系数 1.13）x（加价系数 1.44）= 1.62

如上所述，DRAM 出货量增进幅度（1.57 倍）与出货量增进 1.13 倍、合流 DRAM 费用增进 1.44 倍的乘积值（1.62 倍）大致相配。

因此，能够说这张图中 DRAM 出货额的增加是由出货量和费用高潮两方面成分配合变成。一首先汤之上隆以为出货量的增加会带来更大影响，但后来发现费用高潮反而会带来更大的影响。

▲ DRAM 出货量季度出货量及数目变更（~2021 Q2）

08. NAND 现货价走势难懂

汤之上隆也对 NAND 进行了现货价和合大概价的剖析。首先，下图展示了 2020 年 12 月 31 日~2021 年 9 月 17 日时代种种 NAND 的现货价走势。

▲ 种种 NAND 的现货价（2020 年 12 月 31 日~2021 年 9 月 17 日）

SLC 是 Single Level Cell, MLC 是 Multi Level Cell, TLC 是 Triple Level Cell，划分是能够在一个存储器单位中写入 1 位、2 位、3 位的 NAND。另外 3D TLC 是 3D NAND 的意义，没有 3D 的 NAND 都是 2D NAND。

连续看上头这张图，能够看到 3D TLC 1T（1TB）是非常高的，SLC 1G 和 SLC 2G 是非常低廉的，除此以外没有规则。

因此，与 DRAM 的情况相像，汤之上隆观察了 2020 年 12 月 31 日将费用规范化为“1”时种种 NAND 的费用变更。要注释底下这张图相配困难。首先，从整体上来说，没有哪一种 NAND 的费用像 DRAM 的现货价同样高潮 2 倍。费用非常高的 SLC_2G 也惟有 1.2~1.27 倍。

▲ 规范化的种种 NAND 的现货价（2020 岁终-2021 年 9 月 17 日）

别的，MLC_128G 和 MLC_256G 的费用险些呈线性增进。SLC_16G 费用从 8 月下旬首先陡然猛涨。另一方面，SLC_8G 自 4 月中旬以后，费用下降到“1”以下，连接下降到 0.93。

辣么，为何上述 NAND 会有如许的阐扬呢？这很难明白回覆，好比 SLC_2G 和 SLC_1G 的费用比较较高。因为 SLC 的集成度不高，能够思量汽车等请求高靠得住性但不关注集成度的应用（固然没有太多证据）。

09. NAND 的现货价和合大概价未大幅高潮

接下来，咱们来看一下 2020 年 12 月~2021 年 8 月时代种种 NAND 合大概价的变更。费用非常高的是 SLC_32G，其次是 SLC_16G，MLC_128G 为第三。由此可见，NAND 并不是集成度越高，费用越高。

▲ 种种 NAND 合大概价（2020 年 12 月-2021 年 8 月）

若集成度相像，均为 32G，MLC 费用大概为 3 美元，而 SLC 到达 4 倍以上，为 12.55 美元。换言之，对于汽车和高性能计算机等靠得住性请求严酷的产物，可应用 SLC 而非 MLC。

NAND 厂家在开辟 TLC 以后又开辟了 Quad Level Cell（4 位单位）和 Penta Level Cell（5 位单位），但这些多位单位宛若不能够用于全部终端产物。

汤之上隆们将 2020 年 12 月合大概价规范化为“1”，观察种种 NAND 费用的变更。后果表现，全部 NAND 在 2021 年 3 月~4 月时代费用高潮了 1.06~1.1 倍，6 月~7 月再涨了 1.5~1.18 倍。

▲ 规范化的种种 NAND 合大概价（2020 岁终-2021 年 8 月）

到 2021 年 8 月，MLC_32G、MLC_128G 和 MLC_64G 是费用涨幅非常大的，然后是 SLC_1G。固然，SLC_1G 属于现货费用涨幅较大的一类，但 SLC_2G 在 8 月中旬以前现货价涨幅非常大，是合大概价涨幅非常小的范例。

综上所述，无论是 NAND 的现货价或是合大概价，都没有像 DRAM 那样大幅高潮。别的，存储单位的大小、集成度与 NAND 费用之间的关联关系很难找到。趁便一提，目前制造的 NAND 中，集成度跨越 512G 的 NAND 渐渐取代 256G 成为合流。

▲ 各集成度 NAND 每月出货量（1991 年 1 月~2021 年 6 月）

10. 结语：存储器环境趋势的连忙扩张，将连接到什么时候?

从各季度半导体出货量来看，2020 年 Q4 至 2021 年 Q2，存储器环境趋势快扩张。其要紧缘故在于 DRAM 而非 NAND。在 DRAM 方面，出货量创下季度经历新高，跨越 55 亿个。同时，因为主力产物 8G 合大概价高潮 1.44 倍，DRAM 出货金额也增加了 1.57 倍，到达 235.3 亿美元。

另外，传统 DRAM 的现货价和合大概价都高潮 2 倍以上。经剖析，传统 DRAM 的统统数目较少，且因新冠肺炎疫情占据，种种家电需要扩大，造成费用高潮。

DRAM 环境趋势以及存储器环境趋势的快扩张将连接到什么时候？这大概取决于 MPU。2016 年英特尔 10nm 工艺“难产”，后来它又为 14nm“续命”，为了进步 MPU 的性能，增加内核数目，因此增加了芯片面积，于是从 1 片晶圆可获得的芯片数目削减了。

▲ 每季度 MPU、DRAM、NAND 出货量

受此影响，2016 年 Q3 全球 MPU 出货量为 1.36 亿个，到 今年 年 Q1 降至 8800 万个，削减了 4800 万个。因为全球 MPU 缺乏，面向 PC 和服务器制造的 DRAM 和 NAND 充溢环境趋势，以致费用暴跌，激励半导体大冷落。

MPU 在 2021 年 Q2 的出货量为 1.2 亿个，固然离 2016 年 Q3 的岑岭期另有些不及，但出货量正在稳步增进。大概英特尔已断定量产 10nm 的指标，也有大概为 AMD 代工的台积电 MPU 产量进步。

无论怎样，在 MPU 出货量增加确当下，存储器费用不太大概暴跌。但到 2024 年摆布，当英特尔在美国亚利桑那州开设的新半导体厂家量产时，MPU 大概会供过于求。

汤之上隆有望各半导体制造商精确地进行环境趋势营销，岑寂地、有决策地制造半导体，不要进行毫偶尔义的角逐。