DRAM/NAND产能“疯狂”扩张仍会涨价?背后到底有啥原因

2017-11-18 17:11:40 来源:EEFOCUS
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概述

计算模式经历了从以处理器为中心到以存储为中心的过程,这也导致了存储器和存储器相关系统组件的价值发生巨变;

 

热门应用(如大数据、人工智能、物联网)的崛起,让内存得到了高度重视,因此价格将会获得抬高;

 

存储行业一直处于技术水平落后于市场需求状态;

 

三星和苹果的战略却不相同。

 

最近读到一篇文章,里面提到“以存储器为中心的计算方式”等想法,这些变化将对半导体制造和存储行业产生巨大影响,尤其是两大手机硬件厂商——三星和苹果,它们可谓是科技行业的金丝雀。然而三星不仅大量使用内存,也是最大的制造商。而苹果这边,公司最近投资一家财团,这个公司正在谋划收购东芝内存份额,如果这个协议完成,那么苹果也会成为存储器生产商的一个角色。

 

内存价格变化太快,如今已经变得想当昂贵,并将继续占据设备制造商BOM的成本份额。这对内存垄断者和他们的客户都有很大影响。有分析师表示,三星和SK海力士欲在2018年增加产能,这将会导致产能过剩,让行业的毛利率大幅下滑,而且会持续到2020年。比如美光的股东回报预计在2019年和2020年下降。

 

尽管三星电子和SK海力士在内存行业下了血本,两家公司都在增加DRAMNAND的投资,这也将会打破目前供应不足的情况,并使得内存价格得以缓解。

 

不过我现在认为这样的观点是错误的,不仅如此存储器的制造商也是这么认为的。2018年 NAND闪存市场疲软归因于3D NAND受益波动,也是业内其他厂商开始疯狂追赶英特尔和美光的结果。但由于需求旺盛,所以前景并没有那么疲软。三星难道会放弃DRAM和NAND高价?从三季度业绩也可以知道,三星的日子可谓滋润,在半导体领域的运营利润达到50%。

 

从行业角度来看,这也关乎到存储器行业厂商的自身利益,大家都有自我保护意识,不会轻易让DRAM和NAND价格出现问题,所以本文将阐述背后的原因。

 

另一方面,苹果也加入到了存储器这个大“派对”,苹果似乎垂涎了三星在这个领域的收入。不过这对苹果也是一个问题,就是避免业务模式变化。

 

技术转型

计算方式正在处于一个历史性变化的早期阶段,这将会带来深远的影响。简单的说,计算的焦点正在从处理器转到内存。自20世纪40年代后期信息时代开启之时,冯·诺依曼计算机模型一直占主导地位。在这个构架中,图灵的存储程序模型在一个使用内存总线的架构中使用,且该架构必须由指令和数据共享。值得注意的是,大部分的数据存储被定义为外部的中央处理器及其本地的内存资源。这种情势下,处理器的统治地位诞生了,其越来越快的发展让缓慢发展的内存和存储技术很“羞涩”。

 

处理器/存储器发展失衡,导致“内存墙”现象(指的是内存性能严重限制CPU性能发挥的现象)。因为内存技术跟不上,多年来,在缓存设计和管理方面的创新已经使性能得到了提升,然而这种构架的局限性,让这种模式必然走到尽头。更糟糕的是,随着处理器开发创新了多核设计,每个内核的内存将系统性能瓶颈从FLOPS转移到内存延迟。将数据移入和移出以处理器为中心模型的高级缓存的需求非常高。

 

当数据呈指数级别增长时,我们必然会遇到以上所说问题。如今人工智能、深度神经网络、大数据、内存计算、物联网、VR/AR、云计算都在蓬勃发展,我们在经历世界数字化发展,这必然会给我们带来更多数据上的烦恼。不幸的是,以处理器为中心的模型已经渐渐不能解决这些头疼问题了。

 

我只能说:“欢迎来到新世界”。冯·诺依曼计算已经到达性能极限,以内存为中心的新型计算模式将会积极发展,并取代它。有一点可以确定,就是支持它所需要的软件和系统工具将需要一定时间才能完全实现,全新的NVMs(非易失性存储器)和处理器到存储器的互联模型(如 “ Gen-Z” 和“OpenCAPI” )还没有被部署。

 

与此同时,大数据、物联网、AI/ML和爆炸式增长的数据正在给现有技术巨大压力。当到了发展中期,所有的计算设备制造商也会用越来越多的DRAM和NAND来解决这个问题。这也会是长期的解决手段(十年或者二十年),我们需要新的存储器来增强和取代今天的技术。与新内存技术一样重要的是开发一种新的编程和系统实现方式,这项工作也正在进行中,并且被称为NVM编程模型。

 

这种新的编程模型会对海量数据存储进行低延迟数据访问,正如Micron的Pawlawski所说,处于功耗和性能方面的考虑,我们将再也不能将数据移动到处理器,数据将进行本地数据处理。要做到这一点,我们需要新的非易失性内存,无需移动和解压设备(SSD或者HDD)中的数据。最终,我们需要构建和配置一个映射的混合内存环境。DRAM和NAND将会存在很多年,不过未来新存储器所带来优势为设计人员带来更多显著的好处——功耗和性能。如此一来,三星和苹果不得不重新思考他们的硬件构架,来适应这种新的计算模式。他们得增加更多内存到设备中去。(英特尔近期宣布在2018年下半年推出3D XPoint NVDIMMS直指混合内存的未来。)

 

存储器厂商的未来趋势

下图是1997年以来DRAM制造商名单:

 

如今,三家公司几乎垄断了DRAM 95%的出货量,其中三星最大,其次是SK海力士和美光。NAND闪存行业则有更多的参与者,不过仍只是五家制造商,有三星、东芝/西部数据(合资公司)、美光(与英特尔合资部署3D XPoint,今年年底将脱离NAND)、SK海力士和英特尔。随着时间的推移,中国企业也会占有一席之地,不过能否取得长足进步并带来实质性的成果,还是有很多质疑的。毕竟这个行业进入门槛很高,至少要经历10年到20年的积累和发展期,存储器将会由一个个紧密合作的寡头垄断。

 

值得一提的是,这个行业在财务上有一段曲折的故事,所以该行业在整合前面临很大的困难。下面这张图也反应了这个时代的财务难题。

 

 

这段历史导致了市盈率相当低,让投资者甚至怀疑这些公司的盈利能力。

 

下一个关键因素,就是资本密集度高。这中间需要很长的交货时间来增加新晶圆的制造能力,一旦晶圆制造能力得到提高,必须在多年内有高利用率才能负担得起背后的巨大投资。新DRAM和NAND晶圆厂耗资数十亿美元,需要平均两年才能完成建设,来完善良好收益的生产流程。

 

还有一个关键因素,这里也是个知识产权密集地。不受限制得获得知识产权对公司运营和财务的成功才是至关重要的。而且知识产权的培养又费时又贵,研发成本非常高(去年美光和WDC上涨了9%),但知识产权杠杆率如此之高,导致了每年的财务表现变化莫测,但仍需保持高投资水平。如今,这个行业变得尤为重要,新一代NVM的推出最终会取代DRAM和NAND。

 

可以说,行业的供需平衡问题从来没有带来更多机会和风险,但平衡这两者却不容易。2015—2016年低迷期投资这个行业的人都了解这一点。毕竟行业只能直接控制供给,影响需求的能力还是有限的。另一方面,DRAM需求对价格下降的反应相对较少,因为它对设备性能非常重要,用例需求和竞争压力会使其上升。

 

即使考虑到供应本身,行业怀疑论者指出,有太多的变量会影响产出,在实际操作中,即使是一个整合的行业,也可能难以校准供应,以匹配预测的需求水平。

 

想要得到更多产量,第一个就是晶圆厂扩产,来每月生产更多的晶圆。不过这会带来正反两方面影响,一个是新工艺要求更多的机器和更多的产能而导致晶片输出的损失,这些步骤占用了更多的空间和更多的时间。如DRAM和3D NAND(3D to 3D)闪存新工艺引入大约有10%的晶片损失。另一方面,新工艺却能让一块晶圆产生更多芯片,这也是衡量制造工艺质量和生产率的一个指标。产量通常开始较低,然后随着时间推移而得到改善。例如,今年以来,一些预测者预测NAND供应过剩(因此ASP下滑),因为新的64层工艺3D NAND的产量将在今年下半年大幅攀升。另一方面,成本也会下降,因为模具成本和工艺设计、成品率、成品率之间是函数关系。

 

以上这些又能说明什么?存储器行业是个发展缓慢,投资周期长的产业。在这个行业里的各个公司都知道,它们各自采取行动,但共同承担能力投资决策的后果。过多的工业产能会带来极其繁重的财务后果。另一方面,在投资能力方面,下行空间有限,财务收益也有限。

 

存储器客户也渐渐意识到一些问题,首先是需求问题,客户需要充足的供货。其次是成本问题,在性能和需求方面,成本也有很大因素。从2016年中到如今,DRAM和NAND一直供不应求,且价格不断上涨。DRAM的供应受到了很大限制,价格在过去一年翻了一倍多。对于苹果这样的供应商来说,简直是双重打击,毕竟它们需求量大,导致了它们BOM成本趋于上升。对于存储器制造商来说,这种情况虽说赚的很多,不过却不能满足OEM日益增长的需求。

 

我们看过很多关于存储器价格暴涨的新闻,三家DRAM供应商也都曾明确表示自己的态度。三星表示2018年DRAM产能增长不会超过20%,需求量却要增长25%。关于NAND,三星表示:“供应方面,虽说64层产量在扩大,因为技术难度增加,与需求增长相比,供应增长预计将受到限制,”

 

关于DRAM,三星也透露:

“在密切观察市场之后,我们将扩大差异化产品的销售和管理,推出以利润为导向的产品组合,以此来提高盈利能力。”

 

很显然,这些言论并不能支撑“供过于求”这个观点。

 

美光也表示:“2018财年关于新晶圆的声明,同样适用于DRAM和NAND。”

 

SK海力士情况更为复杂:

“对于DRAM而言,从技术迁移中获得的生产率增长其实要慢很多。迁移过程本身就很复杂,随着步骤越加增多,所需设备也就越多,生产时间变长。这就使得虽然在一定程度上增加了供应量,但难以大幅提高晶圆容量。毕竟无尘室的空间是有限的,技术迁移的投资也非常高。”

 

整体而言,该行业还是处于行动阶段,大家都在为自己的经济利益谋划,不过这显然对那些预测产能增加的人来说,是充满争议的。NAND与DRAM不同,它市场增长速度更迅猛,这将导致供需失衡的风险。我认为,NAND的需求增长将超过所有供应端的预测。

 
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