闪存芯片将掀起新一轮涨价潮

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2023下半年，以DRAM和NAND Flash为代表的存储器报价逐步止跌回升。近期，NOR Flash也呈现出明显的回暖态势，供应链人士透露，2024年1月，预计NOR Flash价格将上涨5%，并保持上涨态势，到第二季度，涨幅将达到10%。


过去几年，随着整个半导体市场的变化，NOR Flash的供需和价格也是起起落落。


2018 年，NOR Flash市场需求较为疲软，而供货商的产能却在持续提升，导致当年的价格进入下行周期。经过一年的低迷期后，NOR Flash价格在2019年第三季度开始回升。从旺宏、华邦和兆易创新的营收增速也能看出这一趋势，这三家的营收增速均从2019年第二季度开始好转，第三季度的营收增速仍在提升，从那时起，NOR Flash市场进入了上行周期。


当时，主要增长动力是智能手机用的AMOLED和TDDI，以及物联网相关应用的增长。在供给端，美光等大厂逐步淡出NOR Flash，扩产有限，导致供需缺口持续扩大，使得NOR Flash价格大幅上涨。当时，Cypress（已经被英飞凌收购）和旺宏等大厂的产能被订购一空，交货期被大幅拉长。


红火的市场在2020和2021年继续保持着，但到了2022年，特别是下半年，全球电子半导体市场进入下行周期，大部分芯片元器件都供过于求，NOR Flash也未能幸免，又一次进入了低迷期。2022年，各家闪存厂商的营收都出现了明显下滑，以东芯股份为例，该公司当年NAND Flash产品营收为7.08亿元，同比增长7.27%，而NOR Flash的营收为0.72亿元， 同比下滑61.47%。


这种低迷的市场状况一直到2023下半年。


这一次，随着全球市场的复苏，NOR Flash也迎来了新一轮增长，特别是新兴的AI边缘侧设备需求不断增长，为NOR Flash开辟了新的增长空间。


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小而精的NOR Flash




NOR Flash是一种基于NOR门结构的闪存，NOR是逻辑门电路中的“或非”门。NOR Flash具有并行访问结构，这意味着每个存储单元都有一个地址，可以直接访问任何存储单元，这使NOR Flash具有快速的随机访问能力，适用于执行代码和读取关键数据。与NAND Flash相比，NOR Flash具有较低的存储密度和较高的成本，但具有读取速度快、芯片内执行（XIP）等优点，适合用作执行代码和存储需要低延迟和高可靠性的关键数据应用。NOR Flash的应用范围很广，包括手机，PC，可穿戴电子设备，以及汽车、安防、工控、基站、物联网设备等。


厂商方面，旺宏、Cypress、华邦、美光和兆易创新是全球前五大NOR Flash供应商，占据着92%以上的市场份额。2017年，随着美光、Cypress相继退出低端NOR Flash市场，华邦、旺宏、兆易创新逐渐占据NOR Flash的主要市场份额。在中国大陆地区，主要NOR Flash厂商包括兆易创新、普冉股份、北京君正、东芯股份、恒烁股份等。


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存量应用市场




按照容量大小，可将NOR Flash分为三类：32Mb以下为小容量，能够实现简单的代码执行功能，主要用于PC主板、机顶盒、路由器、普通蓝牙耳机、AMOLED、TDDI、可穿戴设备和安防监控等产品；32Mb-128Mb为中等容量，能够实现较为复杂的程序执行功能，如TWS耳机中的降噪等高级功能；128Mb以上为大容量，适用于功能复杂、需要快速启动、可靠性要求高的场景，如5G基站、工控和汽车电子。


从近些年的发展情况来看，小容量和中等容量NOR Flash主要用在存量市场，而大容量产品主要用于增量市场。


从过去几年，特别是2015-2021年的应用情况来看，NOR Flash在AMOLED、TWS蓝牙耳机和TDDI应用市场实现了大幅增长。在这几年里，NOR Flash市场规模保持稳定增长，2021年市场规模达到28.84亿美元，同比增长了15.36%。


由于工艺原因，AMOLED存在亮度均匀性和残像两大难题，需要进行补偿，补偿方法分为内部补偿和外部补偿。内部补偿的效果不好，难以解决残像问题；外部补偿则具有像素结构简单，驱动速度快和补偿范围大的优点，是实际应用中的首选。外部补偿时，需要外挂一颗NOR Flash，以避免AMOLED面板的蓝色光会随时间消退的问题。过去几年，AMOLED在智能手机中的应用越来越普遍，这就带动了中端NOR Flash需求的增长，其复合增速达到了24%。


据CINNO Research统计，2021年，中国市场智能手机AMOLED面板出货约6.68亿片，同比增长36.3%，对于高端手机来说，AMOLED已经成为标配的显示面板，而且，随着产品价格的不断下降，AMOLED还在向低价手机领域渗透。不同像素的AMOLED面板，所需的NOR Flash容量不同，Full HD需要8Mb产品，QHD则需使用16Mb-32Mb的，这些NOR Flash单价在0.2- 0.4美元之间。


与传统耳机相比，TWS蓝牙耳机功能较多，需要存储更多固件和代码程序，需要外扩一颗串行NOR Flash。以安卓手机用TWS耳机为例，一般采用8Mb或16Mb的NOR Flash，随着功能增多，需要用到32Mb、64Mb、128Mb，甚至256Mb的。


据Counterpoint research统计，2021年，全球TWS耳机销量为3亿个，同比增长24%，带来了超过6亿个NOR Flash芯片的市场需求，Counterpoint research预测2020-2025年TWS耳机出货量的CAGR达21%。与此同时，所用的NOR Flash容量不断提升，例如，2019年基于高通平台的TWS耳机以采用32Mb NOR Flash为主，而2021年的最大使用容量已达到128Mb。伴随着容量的升级，芯片的ASP也保持增长。


TDDI是触控与显示驱动集成的缩写，它将原本分离的手机触控IC和显示IC整合成了SoC。由于TDDI触控功能编码所需容量较大，需要外挂一个NOR Flash进行存储，并辅助TDDI进行参数调整。


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增量应用市场




据Valuates Reports统计，2022年，全球NOR Flash市场规模约为33亿美元，未来，要想保持增长，除了在上述的存量市场保持稳定增长，还需要增量市场的加速推动，特别是5G基站、汽车电子和智能可穿戴设备。


下面看一下这三大增量市场的情况。


由于5G基站运行环境较为特殊（运行温度范围-40℃～105℃，至少保证10年以上寿命），相应的NOR Flash需要满足高容量+高性能+高可靠性的工业级标准。


在5G基站中，系统在每次启动时，FPGA和SoC都需要进行配置。不同于NAND Flash和SD卡，NOR Flash可以在5G设备的初始响应和启动时提供更高可靠性和更低延时的启动配置支持。NOR Flash负责存储FPGA的配置过程控制、串行周边接口通信等信息。一般情况下，基站AAU/BBU需要搭载6-10个512Mb-2Gb的NOR Flash。


随着全球5G建设不断推进，对大容量NOR Flash的需求也将呈现快速增长态势。但是，全球能生产5G基站用NOR Flash的厂商并不多，目前，全球生产5G基站的厂商，大约有八成向旺宏下订单。这种情况下，无论是市场，还是对厂商来说，这一领域都有很大的增长空间。


汽车电子的快速增长将带动车用存储器需求的跟进。汽车中使用的存储器主要包括DRAM、NAND Flash和NOR Flash，其中，NOR Flash在汽车应用领域的占有率在逐渐提高，目前约为15%。


由于NOR Flash可靠性更好，使得高容量的NOR Flash在汽车电子中被广泛应用，从最初的车用广播需要1Mb的低端NOR Flash，发展到中控系统搭载128Mb~256Mb的产品。随着越来越多的传感器和MCU集成到汽车系统中，各功能单元的数据、程序存储都需要更高性能的闪存。汽车熄火驻车后会立即关闭主控电子系统，而每次发动则需要快速启动ADAS系统界面。车载系统的快速启动需要具备快速读取代码的能力，而这正是NOR Flash所擅长的，具备先天优势。


随着汽车智能化水平的提升，ADAS、车载仪表盘，以及其它汽车电子功能块，对NOR Flash的需求量越来越大。在ADAS系统中，每个摄像头都需要1个或多个NOR Flash芯片，平均每个的存储容量在32-128Mb之间，ADAS系统中的行车记录、导航、影像、车道偏移警示等功能，普遍需要采用512Mb的NOR Flash。高端ADAS系统需要配置1Gb的，甚至更高容量的NOR Flash。


车规级芯片对其稳定性和可靠性的要求很高，NOR Flash同样如此。车载应用对NOR Flash的工作温度区间要求至少达到-40℃-105℃，还要满足诸如AEC-Q100的车规认证。车用NOR Flash的可靠性必须达到0dppm，远高于消费类应用的100-200dppm。因此，越来越多的厂商在向高端NOR Flash产品线转移，很重要的一个原因就是看到了未来汽车应用的巨大市场。


智能可穿戴设备将在未来保持强劲的增长态势，预计2025年出货量将达到8亿，复合增速超过10%。智能可穿戴设备同样会对NOR Flash产生大量需求。通常情况下，这些设备需要收集用户的多种数据，例如位置、心率信息等。另外，还需要向用户传输外部数据，如音乐、视频、通话等，这些都离不开NOR Flash的支持。


以智能手环为例，通常情况下，高端智能手表的SoC面积比较大，能够支持NOR Flash功能内置。相对而言，智能手环的主控芯片性能较弱，而且SoC面积较小，不足以支持NOR Flash功能内置，需要外挂NOR Flash。


AR/VR也是一大增长点。AR/VR对计算要求相当高，相当于一台小型PC机，性能较高的AR/VR设备通常需要配置一个容量为64Mb-128Mb的NOR Flash，用于存放AR/VR的启动系统代码。例如，VR设备Oculus Rift CV1在头显主板中就配有华邦的64Mb NOR Flash，AR设备Magic Leap One主机Lightpack中则配有Cypress的128Mb产品。


未来，物联网（IoT）及其相关设备将无处不在，IoT设备数量持续增长有利于NOR Flash市场保持稳定增长。多数IoT设备都需要具备快速反应、低功耗的特性，且多数应用场景都不需要大量存储内容，这正与NOR Flash的特性匹配。未来，NOR Flash有望替代IoT设备中的NAND Flash。


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结语




经过前几年的快速增长，NOR Flash市场在2022年进入寒冬，各大厂商自2022下半年开始逐步减产，一直到2023下半年，库存才大幅降低，前一段时间，业界库存水位平均为3~4周，近期，随着各种终端需求回升，使得OEM和系统厂商的NOR Flash库存进一步下降到两周左右。在这种情况下，从2024年1月开始，厂商势必增加库存，这会推升NOR Flash的报价。


进入2024年以后，无论是在智能手机、AMOLED面板、TWS蓝牙耳机等存量市场，还是汽车电子、AR/VR等增量市场，需求都开始回暖或放量。另外，大热的AI系统和应用会在2024年继续火爆，特别是边缘侧和终端AI设备，对NOR Flash的需求量会增加，这类应用会带动每台设备搭载的NOR Flash用量升级，如从现有的64Mb，增加到256Mb。


在整体市场需求增长的带动下，NOR Flash市场的绝对数量增长的同时，其相对份额也会提升，特别是在车用领域，它有望分食DRAM和NAND Flash的份额，在原有15%的基础上进一步提升。