內(nèi)存市場包含NAND Flash、NOR及DRAM，分別都受到供給短缺，以及需求大幅成長的影響，導(dǎo)致內(nèi)存顆粒等料件價(jià)格暴漲。 不同內(nèi)存背后的市場供需變化，以及技術(shù)發(fā)展近況都是影響要素，同時(shí)，也影響著未來的價(jià)格走向。

從2016年底開始到2017年第二季，各種內(nèi)存的每季報(bào)價(jià)都有10%以上的成長，其中NAND漲幅最兇狠，其次是NOR，DRAM漲幅較平穩(wěn)。 但就算漲價(jià)，客戶都還是排隊(duì)搶產(chǎn)能，大家寧可成本墊高，也不能讓自己的產(chǎn)品線供給斷鏈，畢竟前者還能承受，但產(chǎn)品供應(yīng)出狀況，會導(dǎo)致市場失去信心，如此就很難再翻身了。 這也解釋了供給緊張導(dǎo)致價(jià)格大漲，但主要客戶都還是乖乖買單的原因。

至于這些關(guān)鍵存儲料件為何會缺得這么厲害? 價(jià)格會不會一直漲上去? 我們分別從NAND、NOR以及DRAM的市場供需，和背后技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況，探討背后起因和未來可能走向(圖1)。

圖1 2017年內(nèi)存市場大多呈現(xiàn)缺貨漲價(jià)局面，但各自供需前景略有不同。

制程轉(zhuǎn)換造成NAND Flash缺貨

NAND Flash作為主流存儲科技的核心料件，需求一直很高，尤其過去數(shù)年在主流PC平臺上，SSD大幅取代HDD，以及移動終端的本地存儲需求不斷增加，長期需求一直都是看升，再加上人工智能、 深度學(xué)習(xí)所需要的服務(wù)器存儲需求大幅推動，同步加速了市場的買氣。 吊詭的是，需求成長趨勢從2014年以來就沒有減緩過，為何2016年以前NAND報(bào)價(jià)不斷往下探，直到2016年底報(bào)價(jià)才又一舉攀高? 主要原因就在于產(chǎn)能轉(zhuǎn)換不順利的緣故，導(dǎo)致產(chǎn)量追不上需求的成長(圖2)。

圖2 2017上半年NAND因缺貨致使報(bào)價(jià)明顯上漲

NAND從橫向發(fā)展轉(zhuǎn)往立體結(jié)構(gòu)

2014到2016年之間NAND的報(bào)價(jià)幾乎都逐季滑落，此乃因NAND的產(chǎn)能增加大于市場需求，產(chǎn)能增加除了仰賴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身的演進(jìn)外，例如從SLC、MLC再發(fā)展到TLC以及最新的QLC，另一方面就是藉由制程的推進(jìn)來達(dá)成。

制程方面，從5xnm進(jìn)步到3xnm，產(chǎn)能就能增加三成，而從3xnm前進(jìn)到1xnm，又能多增加個(gè)三成，而平均一年制程就會前進(jìn)一代，加上前述NAND的存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的演進(jìn)，光是從SLC到TLC的改變就讓可用容量成長三倍， 更助長了產(chǎn)能的增勢。

產(chǎn)能增加大于需求成長，以及TLC快速取代MLC與TLC(Triple Level Cell)是導(dǎo)致2016年以前NAND報(bào)價(jià)持續(xù)下滑的直接原因。 但觀察單位容量的報(bào)價(jià)下探幅度，對照單位容量成本的下降幅度，其實(shí)廠商還是很有賺頭，這也是為什么內(nèi)存廠商仍愿意前仆后繼，不斷投入資源在新制程的開發(fā)與NAND結(jié)構(gòu)的改良。

NAND結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的演進(jìn)雖也是改善容量表現(xiàn)的方式之一，但這個(gè)方法和制程演進(jìn)的結(jié)合有其極限。 簡單來說，NAND的讀寫最大壽命是由氧化絕緣層的壽命來決定，絕緣層會在擦寫過程中被物理性損耗，當(dāng)絕緣層被耗光、擊穿，代表這個(gè)存儲CELL死亡，其上所存儲的數(shù)據(jù)也會完全消失(圖3)。

圖3 NAND需要一定厚度的絕緣體來確保抹寫的正常及預(yù)防訊號干擾，但制程的微縮使得絕緣層過薄，導(dǎo)致NAND的壽命縮減。

隨著制程的微縮，絕緣層的厚度也會跟著被「微縮」，3xnm MLC的CELL擦寫壽命可能有五千次左右，但微縮到1xnm，可能就剩下不到一千次，現(xiàn)在移動設(shè)備和低價(jià)主流SSD存儲所使用的TLC NAND， 因?yàn)樵冀Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的絕緣層本來就比較薄，初始壽命遠(yuǎn)低于MLC，1xnm制程下絕緣層更是薄到剩下數(shù)nm的厚度，擦寫壽命可能只剩幾百次，即將推出QLC(Quad-Level Cell)更是會只剩下數(shù)十次， 如果控制器的抹寫策略不夠好，采用此類型顆粒的SSD可能用不了兩三年就會損壞。

不論從產(chǎn)能的增加，或產(chǎn)品的可靠性而言，2016年普及的1xnm幾乎已經(jīng)到極限了，即便制程還能繼續(xù)微縮下去，產(chǎn)品的壽命表現(xiàn)也會劣化到無法被客戶接受的程度，所以在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)去升級制程已經(jīng)相對不劃算。

面對產(chǎn)能提高，但產(chǎn)品壽命縮短，或者重視產(chǎn)品壽命，但產(chǎn)能有限的兩難問題，業(yè)界找出的解答，就是「多迭幾層」。 這次不用傳統(tǒng)的平面制程設(shè)計(jì)，而是利用立體堆棧的方式，在同一片硅晶圓上用多道光罩，重復(fù)蝕刻、堆棧出立體結(jié)構(gòu)的NAND芯片，迭越多層容量就越大，迭越多層，單位容量的成本就越低，而且制程本身從1xnm回歸到3xnm， 確保了絕緣層厚度足夠，產(chǎn)品壽命在可接受范圍內(nèi)，如此，就連薄命的QLC也能有接近于TLC的壽命表現(xiàn)，制程雖退回兩代，但是堆棧64層可帶來將近三倍的容量成長，未來QLC又可帶來相較于TLC達(dá)25%的容量成長， 總產(chǎn)出容量仍可望大增(圖4)。

圖4 2019年將會全部轉(zhuǎn)為3D NAND

立體制程轉(zhuǎn)換遇難 低良率導(dǎo)致產(chǎn)能缺口擴(kuò)大

理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。 立體堆棧的制造方式雖可倍數(shù)增加容量，但良率很難突破，幾十層里面有個(gè)幾層被污染，或蝕刻過程出錯，可能大半片晶圓就報(bào)銷了。

轉(zhuǎn)換的過程雖極為痛苦，但對產(chǎn)能的增加有立竿見影之效，所以三星、東芝、海力士、美光這些一線廠商都一股腦的投入立體制程的3D NAND制造，包含大陸內(nèi)存廠商，如紫光集團(tuán)和武漢新芯合并成立的長江存儲， 目標(biāo)也是指向基于立體制程的3D NAND制造(圖5)。[!--empirenews.page--]

圖5 各NAND大廠的3D制程布局

3D NAND的制程越多層良率越低是避免不了的宿命，根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS的評估，目前主流的48到64層良率都不到過去平面NAND的一半，2016年32~48層的制程轉(zhuǎn)換不順， 是導(dǎo)致2016下半年到2017上半年大缺貨的根本原因。

因?yàn)榱悸什蛔悖荒鼙M量將產(chǎn)能利用率填滿，才有辦法滿足客戶訂單，原本內(nèi)存廠商的產(chǎn)能利用率平均大概在八到九成左右，如今幾乎都滿載。 而這也是導(dǎo)致2017年硅晶圓缺貨漲價(jià)的原因之一。

3D軍備競賽起飛將帶動報(bào)價(jià)下滑

立體堆棧制程和過去的制程微縮一樣，都是做了就回不了頭，而且很快就會邁入軍備競賽般，舉例來說，三星64層第二季剛搞定，2018年初馬上就要上96層，接下來128層也會跟著上陣，除三星外各家也都積極轉(zhuǎn)換更多層的制程， 哪家先搞定更多層的立體制程，誰就能搶先在市場上獲取更好的產(chǎn)品利潤，而從整個(gè)業(yè)界的資本支出來看，應(yīng)用材料曾公布一個(gè)數(shù)據(jù)，2017年以NAND為主的閃存相關(guān)投資額將高達(dá)236億美元，比2016年增加了24%， 且占整個(gè)半導(dǎo)體業(yè)界2017年資本支出預(yù)估總額766億美元近三成。

目前3D堆棧良率雖低，但產(chǎn)線轉(zhuǎn)換的腳步還是不停，各家存儲廠商不論是既有產(chǎn)線的調(diào)整，或者是新增加的產(chǎn)線，用來制造3D NAND的產(chǎn)線不斷增加，2D NAND產(chǎn)線的占比逐年降低(圖6)。

圖6 2D NAND與32層3D NAND的容量與成本比較

根據(jù)DRAMeXchange的預(yù)估，2017下半年各內(nèi)存大廠先后投入64層的3D NAND量產(chǎn)，只要能夠維持一定的良率，產(chǎn)能就能大幅成長，2017年底3D NAND的容量產(chǎn)出占整體NAND的總產(chǎn)出容量將可達(dá)七成左右， 將可有效改善NAND的供貨狀況。

因此，Gartner預(yù)估下半年NAND Flash報(bào)價(jià)就會開始上漲進(jìn)入穩(wěn)定持平的階段，2017年底到2018年初相關(guān)的報(bào)價(jià)將有明顯的修正。

供貨商停產(chǎn)小容量產(chǎn)品造成NOR缺口

NOR Flash主要是用在各種PC板卡、智能家電、網(wǎng)絡(luò)終端等產(chǎn)品中，近來也打進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)與移動產(chǎn)品，汽車電子常見的娛樂中控臺就大規(guī)模采用NOR來儲存系統(tǒng)程序， 如手機(jī)所使用的AMOLED面板也需要整合NOR進(jìn)去作為顏色的記憶補(bǔ)償之用。 根據(jù)iSuppli統(tǒng)計(jì)，過去幾年NOR的產(chǎn)值都穩(wěn)定在20億美元左右，2017年供給雖減少，但得益于報(bào)價(jià)的上漲，預(yù)估將持平。

以應(yīng)用來看，過去NAND對NOR有一部份的取代作用，在一些低可靠性的電子產(chǎn)品NOR的需求有被排擠的現(xiàn)象，但是在高可靠性的產(chǎn)品，比如說汽車電子所需要的韌體、程序存儲必須要放在可靠性很高的存儲媒體當(dāng)中，NAND若使用SLC， 可靠性雖不錯，但成本高，相較之下，NOR可在較低成本擁有更好的可靠性(圖7)。

圖7 NOR主要的應(yīng)用

過去NOR因?yàn)榧夹g(shù)門坎低，且專利并沒有像NAND般掌握在少數(shù)人手里，所以競爭也大，過去主要針對低價(jià)電子應(yīng)用，低容量產(chǎn)品的比重較大。 然而拜兩大供貨商美光(Micron)和賽普拉斯(Cypress)因毛利過低，在2016年底2017年初接連退出低容量NOR市場的供應(yīng)后，相關(guān)產(chǎn)能也先后轉(zhuǎn)至更高毛利的產(chǎn)品，是直接導(dǎo)致NOR供給出現(xiàn)空缺的最大原因(圖8)。

圖8 2016年的NOR供貨商排名

根據(jù)DRAMXCHANGE的數(shù)據(jù)顯示，這兩家大廠的退出將導(dǎo)致2017年供需缺口上看兩成，從旺宏、華邦電主要等供應(yīng)低容量NOR業(yè)者的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃與產(chǎn)能預(yù)估，至2018年仍將會是供不應(yīng)求的局面。

供貨商態(tài)度不一多有擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃

旺宏發(fā)言人吳敏求曾在法說會表示，旺宏中長期目標(biāo)在于改善產(chǎn)品的獲利結(jié)構(gòu)，過去業(yè)界在NOR產(chǎn)品爭相擴(kuò)產(chǎn)的結(jié)果，就是造成整個(gè)產(chǎn)業(yè)苦不堪言，因此目前的布局以穩(wěn)健為主，主要透過去瓶頸化以及制程的改善來盡量滿足客戶需求， 這部分可帶來5~10%的NOR產(chǎn)能增加，雖然無法完全滿足市場需求，但可確保獲利，至于建廠或擴(kuò)充產(chǎn)線目前還沒有相關(guān)規(guī)劃(圖9)。

圖9 旺宏的產(chǎn)品營收比重

至于華邦電的發(fā)言人黃求己則表示，將在整體產(chǎn)能方面投入很大的資本，包括產(chǎn)線擴(kuò)充以及建廠都已經(jīng)持續(xù)在布局，以現(xiàn)有產(chǎn)線的產(chǎn)能擴(kuò)增規(guī)劃來看，2018年應(yīng)可帶來15%左右的產(chǎn)能成長，而建廠計(jì)劃2018年會啟動，但完工需時(shí)三年， 而即便新廠房落成也不是僅針對NOR產(chǎn)品(圖10)。

圖10 華邦電的產(chǎn)品營收比重

值得關(guān)注的是大陸兆易創(chuàng)新的產(chǎn)能布局，雖然兆易放棄并購ISSI等同放棄進(jìn)入DRAM市場的機(jī)會，但兆易在主力產(chǎn)品，也就是NOR的產(chǎn)能擴(kuò)充規(guī)劃相當(dāng)激進(jìn)，之前雖因政府補(bǔ)貼政策生變導(dǎo)致NOR的出貨衰減，但未來與中芯合資的晶圓廠落成 ，產(chǎn)能預(yù)計(jì)可倍數(shù)成長。[!--empirenews.page--]

兆易創(chuàng)新的產(chǎn)能擴(kuò)充雖明顯針對NOR而來，但華邦電的擴(kuò)產(chǎn)卻有其他想法，畢竟其擴(kuò)廠需要數(shù)年時(shí)間才能完工，且目前供應(yīng)低容量NOR廠商所使用的產(chǎn)線基本上還是屬于50nm，甚至75nm以上的老舊制程，旺宏、 華邦電過去相關(guān)產(chǎn)品毛利極低，仍能撐下去，主要就是用折舊已經(jīng)攤提完畢的老機(jī)臺來生產(chǎn)NOR，換言之，除原物料和人力成本以外，其他成本極低，但如果采購新機(jī)臺來生產(chǎn)NOR，這部分新增的成本一攤提下去，搞不好賺的就變成虧了。

美光/賽普拉斯不愿重回市場

有些看壞NOR供需競爭的意見表示，NOR的合約價(jià)已大漲近三成，2017下半年還會續(xù)漲，那么退出市場的美光和賽普拉斯可能會因?yàn)榭吹接欣蓤D而回頭供貨?

NOR即便價(jià)格漲了一波，價(jià)格和利潤表現(xiàn)在Flash內(nèi)存中仍屬極低水位，尤其是市場需求的主要都是低容量產(chǎn)品，量雖大，但毛利低，相較于NAND和DRAM，能賺到的利潤空間有限。 目前美光在NAND和DRAM市場的高度需求帶動下，營收和股價(jià)都明顯拉升，回去做低容量NOR的誘因不大，但1GB以上高容量產(chǎn)品仍會持續(xù)供應(yīng)。 至于賽普拉斯，同樣會持續(xù)供應(yīng)高容量NOR產(chǎn)品，但低容量產(chǎn)線將會挪做他用，比如說用來生產(chǎn)網(wǎng)通、IoT控制芯片等毛利較高的產(chǎn)品。

NOR供貨缺口盼2019年填滿

從目前幾家供貨商的產(chǎn)能改善計(jì)劃來看，2018年大致可以增加10~15%左右的總供應(yīng)量，2019年可能再增加個(gè)5~10%左右，因此估算下來，單存依靠NOR供貨商本身的產(chǎn)能擴(kuò)增，2019年就有機(jī)會將目前的供應(yīng)缺口填滿。

NOR的部分應(yīng)用雖可使用NAND替代，但目前NAND也同樣苦于產(chǎn)能不足，價(jià)格漲更兇。 所以NOR供貨商也不怕來自NAND的競爭，而即便2018年NAND報(bào)價(jià)預(yù)期會有明顯的回調(diào)，但要替代針對嵌入式應(yīng)用的NOR內(nèi)存，還是必須使用穩(wěn)定性較好，單價(jià)較高的SLC或MLC，且NAND幾乎沒有小容量產(chǎn)品， 替代效應(yīng)不會太大。

因此，NOR產(chǎn)能要滿足市場需求，還是需要依靠供貨商本身的產(chǎn)能提升，替代方案雖不是沒有，但不劃算，相信NOR供貨商的既有客戶很難移情別戀。

DRAM報(bào)價(jià)年底有機(jī)會回復(fù)正軌

DRAM供需其實(shí)一直以來都是跟隨著市場淡旺季進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)淡季基本上都會減少相關(guān)產(chǎn)能，或移做生產(chǎn)其他類型內(nèi)存。 在此情況之下，原本的供應(yīng)就會減少，然而2017年有個(gè)特殊狀況，那就是移動終端的DRAM容量大幅增加，以大陸市場來看，低端產(chǎn)品從512MB提升到1GB以上，中高端更是從2GB增加到4GB甚至是8GB，另外， 蘋果的新平臺也倍增其DRAM使用量，因此排擠到DRAM的其他應(yīng)用，且淡季原本調(diào)整后的產(chǎn)能就偏低，更加大了市場的供應(yīng)缺口。

2017年人工智能產(chǎn)業(yè)雖對數(shù)據(jù)存儲的需求大幅提升，導(dǎo)致NAND Flash的需求大幅增加，同樣的效應(yīng)并沒有出現(xiàn)在DRAM。 DRAM缺貨大部分都是來自移動終端的需求帶動(圖11)。

DRAM與NAND不同，產(chǎn)能的擴(kuò)增主要都是藉由制程的推進(jìn)，由于DRAM沒有NAND絕緣層會被消耗的問題，所以制程微縮、絕緣層變薄并不會影響其使用壽命，雖然DRAM同樣可利用立體3D制程來大幅增加其容量密度， 但以DRAM的正常供需和市場需求來看，其實(shí)相對與NAND，其成長幅度并不大，所以3D化的必要不高。 目前制程穩(wěn)健的改進(jìn)已經(jīng)足以滿足市場的需求。

當(dāng)然，其實(shí)DRAM目前采用的1xnm也已經(jīng)逼近物理極限，未來如果DRAM的市場需求有因?yàn)槠渌碌膽?yīng)用而大幅提升，那么導(dǎo)入3D制程也未嘗不可能。

但前陣子臺灣美光N2廠發(fā)生晶圓污染，近五萬片晶圓報(bào)廢，將可能直接沖擊第三季以后的DRAM供貨，雖說因應(yīng)下半年的需求各內(nèi)存廠都會增加產(chǎn)能因應(yīng)，但是在缺口如此龐大的情況之下，要填補(bǔ)過來恐怕難度不低。

主要客戶雖多半已經(jīng)先針對第三季，或下半年的需求提前備貨，若2018年上半年的需求沒有如2017年般大幅成長，那么即便有臺灣美光晶圓損壞的問題，價(jià)格應(yīng)該還是有機(jī)會回穩(wěn)。 根據(jù)IC Insights先前的預(yù)估，下半年隨著制程的轉(zhuǎn)換，以及各供貨商為因應(yīng)旺季而針對產(chǎn)能調(diào)整，相關(guān)市場空缺有機(jī)會被填補(bǔ)過來，但第三季恐怕還是避免不了報(bào)價(jià)上漲的局面。