存儲60年觀歷史聊興衰

1、內容目錄 HYPERLINK l _TOC_250031 存儲產業(yè)：現(xiàn)代文明傳承與延續(xù)的基石 6信息存儲的需求基石，來源于文明傳承與延續(xù)，隨著世界數(shù)字化趨勢而爆發(fā)增長6 HYPERLINK l _TOC_250030 數(shù)字存儲主要有光學、磁性及半導體三大存儲介質，增量已超 2 ZB/年 6 HYPERLINK l _TOC_250029 半導體存儲市場規(guī)模達千億美元，為最重要的數(shù)字存儲介質 8 HYPERLINK l _TOC_250028 以史為鑒而知興替，大浪淘沙，誰又將主宰明天 9 HYPERLINK l _TOC_250027 機械硬盤，雄風猶在 11 HYPERLINK l _TOC

2、_250026 機械硬盤，曾經存儲王者，未來以企業(yè)級應用為主 11 HYPERLINK l _TOC_250025 1956-1979 年，硬盤確立溫氏架構 13 HYPERLINK l _TOC_250024 1980 年代，家用 PC 硬盤嶄露頭角 13 HYPERLINK l _TOC_250023 1990 年代，硬盤技術快速升級，IBM 開創(chuàng)民用級 GB 硬盤先河 14 HYPERLINK l _TOC_250022 21 世紀初期，容量突破 TB 級別，硬盤廠商進入整合期 14 HYPERLINK l _TOC_250021 2012-2019 年，HDD 逐步進入數(shù)據(jù)中心主力，消

3、費級增長顯現(xiàn)放緩 15 HYPERLINK l _TOC_250020 DRAM 戰(zhàn)場硝煙彌漫 18 HYPERLINK l _TOC_250019 DRAM 戰(zhàn)場， 50 多年搏殺，王朝幾經更替 181966-1970 年，IBM 率先研發(fā)MOS 型 RAM 存儲成功，開啟半導體存儲的歷史201970 年代，DRAM 快速商業(yè)化，前期 Intel 一家獨大，后期 Mostek 成為霸主. 20 HYPERLINK l _TOC_250018 1980 年代，日本 DRAM 廠商后發(fā)先至，進入增長爆發(fā)期 21 HYPERLINK l _TOC_250017 1990 年代，韓國 DRAM 產業(yè)

4、扭轉乾坤，乘家用 PC 之風而起飛 22 HYPERLINK l _TOC_250016 2000 年代，DRAM 價格潮起潮落，DRAM 玩家格局越發(fā)集中 24 HYPERLINK l _TOC_250015 2010 年代，“三足鼎立”態(tài)勢形成，十年間無人撼動 26 HYPERLINK l _TOC_250014 2020 年代，以史為鑒，合肥長鑫踏上新征程 27 HYPERLINK l _TOC_250013 FLASH 為新一代存儲主力 29 HYPERLINK l _TOC_250012 FLASH 成為兵家必爭之地 29 HYPERLINK l _TOC_250011 1980 年

5、，F(xiàn)LASH 概念提出，NOR 和 NAND 正式誕生 31 HYPERLINK l _TOC_250010 1988-1999 年，便攜式電腦和手機需求帶動 NAND 市場規(guī)?？焖俪砷L 32 HYPERLINK l _TOC_250009 2000-2010 年，固態(tài)硬盤開始發(fā)展，閃存廠家增多 33 HYPERLINK l _TOC_250008 2011-2019 年，3D NAND 成為發(fā)展方向，SSD 朝企業(yè)級發(fā)展，NOR FLASH 迎來新增長 34 HYPERLINK l _TOC_250007 2020 年代，長江存儲 3D NAND 迎來收獲期 36 HYPERLINK l _

6、TOC_250006 中國存儲企業(yè)整裝待發(fā) 37 HYPERLINK l _TOC_250005 存儲制造端：長江存儲、長鑫存儲 38 HYPERLINK l _TOC_250004 存儲芯片設計公司：兆易創(chuàng)新、瀾起科技 38 HYPERLINK l _TOC_250003 存儲涉及設備類公司：中微公司、北方華創(chuàng)等 38 HYPERLINK l _TOC_250002 存儲涉及材料類公司：滬硅產業(yè)、鼎龍股份、安集科技等 39 HYPERLINK l _TOC_250001 封測端：深科技、華天科技等 40 HYPERLINK l _TOC_250000 風險提示 41國信證券投資評級 42分析

7、師承諾 42風險提示 42證券投資咨詢業(yè)務的說明 42圖表目錄圖 1：近代電腦存儲器演變 6圖 2：IDC 預估 2025 年全球數(shù)據(jù)產生量級超 175 ZB 錯誤!未定義書簽。圖 3：常見存儲單位 錯誤!未定義書簽。圖 4：存儲的金字塔：速度、容量及保存時間 7圖 5：現(xiàn)代數(shù)字存儲器的主要分類 7圖 6：存儲的進化史 7圖 7：2010-2025 全球存儲器生產容量趨勢 8圖 8：2019 年存儲市場規(guī)模（億美元）及占比情況（%） 8圖 9：2019 年全球半導體行業(yè)分布 8圖 10：2003-2019 存儲器市場占半導體市場變化趨勢（%） 8圖 11：半導體存儲行業(yè)規(guī)模（億美元）及同比增速

8、（%） 9圖 12：各類半導體存儲器行業(yè)規(guī)模變化（億美元） 9圖 11：全球存儲容量分布及增長趨勢 9圖 12：存儲價格趨勢 9圖 14：電磁鐵產生的磁場可改變金屬粒的磁性 11圖 15：2019 年機械硬盤在存儲市場規(guī)模及占比 11圖 16：1996-2018 年機械硬盤出貨量（億） 12圖 17：2003-2014 年機械硬盤市場競爭格局變化 12圖 18：2010-2025 機械硬盤字節(jié)出貨量（ZB） 12圖 19： 谷歌數(shù)據(jù)中心 12圖 20：1979-2017 年機械硬盤每 GB 價格（USD/GB） 13圖 21：1980-2017 年機械硬盤每 GB 價格變化幅度（%） 13圖

9、22：溫徹斯特硬盤 13圖 23：IBM 3380首款 GB 級容量硬盤 14圖 24：希捷 ST 5065.25 英寸硬盤 14圖 25：GMR 巨磁阻效應磁頭 14圖 26：2004 年機械硬盤市場格局 15圖 27：2009 年機械硬盤市場格局 15圖 28：2006-2011 年 HDD 平均售價 15圖 29：2010-2015HDD 出貨量（萬） 15圖 30：2019 年機械硬盤市場格局 16圖 31：機械硬盤與固態(tài)硬盤性能對比 16圖 32：HDD 出貨量（億） 16圖 33：HDD 與 SSD 平均價格對比（$/TB） 16圖 32：全球云計算市場規(guī)模（億美元）及同比增速（%

10、） 17圖 33：全球 IDC 市場規(guī)模（億美元）及同比增速（%） 17圖 31：機械硬盤增長態(tài)勢 17圖 42：DRAM 實物圖 18圖 43：DRAM 工作原理 18圖 36：近年來 DRAM 市場規(guī)模及同比增速 18圖 37：2019 年 DRAM 在存儲市場規(guī)模及占比 18圖 49：DRAM 技術演變歷史圖 19圖 38：1973-2017 年 DRAM 每 GB 價格（USD/GB） 19圖 39：1974-2017 年 DRAM 每 GB 價格變化幅度（%） 19圖 42： 2001-2019 年 DRAM 市場競爭格局趨勢 20圖 43： 1975-2000 年 DRAM 各國出

11、貨變化情況 20圖 36：羅伯特登納德(RobertH.Dennard)博士 20圖 37：第一款 8 位 RAM 制作的存儲結構 20圖 37：Intel DRAM C1103 21圖 37：Mostek 4K/16 DRAM 21圖 40：1980 年代日本 DRAM 崛起 22圖 41：日本 VLSI 聯(lián)合成功研發(fā)電子束光刻機 22圖 40：1980-1989 年存儲平均價格（$/Mbyte） 22圖 41：日立 1984-1991 年股價年漲跌幅（%） 22圖 42：2000 年 DRAM 市場格局 23圖 43：1975-2000 年 DRAM 市場份額變化情況 23圖 47：三星

12、1993-1999 年營收及毛利率、凈利率情況 23圖 48：三星 1990-1999 股價年漲跌幅（%） 23圖 45：鎂光 1990-1999 年營收及毛利、凈利情況 24圖 46：鎂光科技 1990-1999 股價年漲跌幅（%） 24圖 44：1990-1999 年存儲平均價格（$/Mbyte） 24圖 51：20 年代存儲平均價格趨勢（$/Mbyte） 25圖 50：2001-2010 年 DRAM 市場份額逐步向三巨頭集中 25圖 52：SK 海力士 1999-2012 年經營情況 26圖 53：鎂光 1999-2012 年經營情況 26圖 54：2010 年代 DRAM 市場呈現(xiàn)三

13、足鼎立 26圖 54：2013-2017 年存儲平均價格（$/Mbyte） 26圖 55：2010-2019 年 DRAM 資本開支及同比增速 27圖 56：2011-2019 年全球 DRAM 市場規(guī)模 27圖 57：2013-2019 年營收情況（億美元） 27圖 58：2013-2019 年毛利率趨勢（%） 27圖 50：長鑫存儲 28圖 59：NAND 和 NOR 寫入數(shù)據(jù)時的差別 29圖 60：NAND 和 NOR 連接方式區(qū)別 29圖 14：NAND FLASH 和 NOR FLASH 性能比較 30圖 15：2019 年 FLASH 在存儲市場規(guī)模及占比 30圖 62：2010-

14、2020 年 NAND 市場規(guī)模（億美元） 30圖 63：2001-2019 年 NAND 市場競爭格局趨勢 30圖 80：2006-2019 年全球 NOR FLASH 市場規(guī)模（億美元） 31圖 81：Nor flash 市場格局變化趨勢整理 31圖 64：2003-2017 年 FLASH 每 GB 價格（USD/GB） 31圖 65：2003-2017 年 FLASH 每 GB 價格變化幅度（%） 31圖 64：Intel 早期 Nor Flash 實物圖 32圖 65：三星早期 Nand 實物圖 32圖 66：1990-1999 FLASH 市場規(guī)模（億美元） 32圖 67：1992

15、 年 FLASH 市場格局 33圖 68：1999 年 FLASH 市場格局 33圖 69：2001-2014 年 FLASH 市場格局 33圖 70：2001-2005 FLASH 和 DRAM 平均價格(USD/unit) 33圖 71：2000-2010 年 FLASH 市場規(guī)模（億美元） 34圖 72：2001-2010 FLASH 平均價格 34圖 73：2D NAND 和 3D NAND 性能比較 34圖 74：企業(yè)級 SSD 出貨量走勢（萬個） 34圖 75：2019 年 NAND FLASH 市場競爭格局 35圖 76：NAND FLASH 單位出貨價格趨勢($/unit) 3

16、5圖 77：NAND 閃存市場規(guī)模（億美元） 35圖 78：2015-2020 年 SSD 出貨量（億） 36圖 79：2013-2017 SSD 平均價格 36圖 80：2006-2019 年全球 NOR FLASH 市場規(guī)模（億美元） 36圖 81：2018 年 NOR FLASH 市場格局 36圖 80：長江存儲 37圖 81：長江存儲 Xtracking 37圖 61：存儲產業(yè)鏈全景圖 37存儲產業(yè)：現(xiàn)代文明傳承與延續(xù)的基石信息存儲的需求基石，來源于文明傳承與延續(xù)，隨著世界數(shù)字化趨勢而爆發(fā)增長從文明誕生以來，人類就一直在尋求能夠更有效存儲信息的方式，從 4 萬年前洞穴壁畫、6000 年

17、前泥板上楔形文字、竹簽、書本，現(xiàn)代的存儲模式已經主要為光盤、U 盤、硬盤等等，存儲器的更新?lián)Q代從未停止。圖 1：近代電腦存儲器演變資料來源：谷歌，整理隨著科技的發(fā)展，存儲需求量級發(fā)生了巨大的增長，也促使存儲量級及存儲介質發(fā)生了深遠的變化。據(jù) IDC 預測，全球數(shù)據(jù)圈（每年被創(chuàng)建、采集或復制的數(shù)據(jù)集合）將從 2018 年的 32ZB 增至 2025 年的 175ZB，增幅超過 5 倍。其中，中國數(shù)據(jù)圈增速最為迅速，2018 年，中國數(shù)據(jù)圈占全球數(shù)據(jù)圈的比例為 23.4%，即 7.6ZB，預計到 2025 年將增至 48.6ZB，占全球數(shù)據(jù)圈的 27.8%，中國將成為全球最大的數(shù)據(jù)圈。數(shù)據(jù)產生量的

18、爆發(fā)式增長驅動對存儲需求大幅增長，也促進了存儲方式的進一步創(chuàng)新和發(fā)展。圖 2：IDC 預估 2025 年全球數(shù)據(jù)產生量級超 175 ZB圖 3：常見存儲單位Bit比特一位二進制數(shù)，最小的存儲單位Byte字節(jié)8個二進制位，最常用單位KB千字節(jié)1KB=1024ByteMB兆字節(jié)1MB=1024KBGB吉字節(jié)1GB=1024MBTB太字節(jié)1TB=1024GBPB拍字節(jié)1PB=1024TBEB艾字節(jié)1EB=1024PBZB澤字節(jié)1ZB=1024EB資料來源：IDC，整理資料來源：百度，整理數(shù)字存儲主要有光學、磁性及半導體三大存儲介質，增量已超 2 ZB/年按照存儲介質的不同，現(xiàn)代數(shù)字存儲主要分為光學存

19、儲、磁性存儲和半導體存儲三類。光學存儲包括 CD、DVD 等常見形式。磁性存儲包含磁帶、軟盤、硬盤等。半導體存儲是存儲領域應用最廣、市場規(guī)模最大的存儲器件，包括當前主流的易失性存儲器 DRAM，和非易失性存儲器 NAND FLASH、NOR FLASH等等。圖 4：存儲的金字塔：速度、容量及保存時間圖 5：現(xiàn)代數(shù)字存儲器的主要分類資料來源：IDC，整理資料來源：WSTS，整理隨著技術的發(fā)展，存儲器尺寸逐漸縮小，存儲容量大幅提升，單位 GB 存儲價格迅速下降。1960 年代，磁帶平均容量僅為 2.3MB，而每 GB 價格卻高達 1791英鎊，1970 年代流行的軟盤價格更是高達 2-3 萬英鎊/

20、GB。伴隨著硬盤技術的發(fā)展及普及，存儲價格迅速下降，1990 年代，單位 GB 存儲價格跌至 100 英鎊以下，CD-ROM 價格僅為 6.03 英鎊/GB。21 世紀開始，DRAM、閃存進入人們視野，成為主流存儲方式，存儲價格進一步下降，單位 GB 存儲價格平均為 0.5-0.8 英鎊。圖 6：存儲的進化史資料來源：NIMBUS，整理硬盤仍存儲全球大部分數(shù)據(jù)，閃存存儲容量迅速上升。從全球存儲容量來看，2019 年全球存儲年新增總容量約為 1.8ZB，隨著互聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展，預計到2025 年全球存儲年新增總容量將達到 4.7ZB。盡管半導體存儲器已成為主流存儲器，但全球大部分數(shù)據(jù)仍然使用硬盤

21、存儲。閃存存儲容量近年來大幅提升。 2019 年，65.5%數(shù)據(jù)由硬盤存儲，而閃存、DRAM、磁帶、光學存儲器分別為20.0%、0.5%、8.0%、7.0%。由此可見，硬盤仍存儲全球大部分數(shù)據(jù)，是存儲市場不可或缺的重要存儲方式。從存儲市場規(guī)模來看，2019 年機械硬盤市場規(guī)模約為 585 億美元，占據(jù)總體市場的 32.25%；DRAM 市場規(guī)模約為 603 億美元，占 33.24%；FLASH 市場規(guī)模約為 480 億美元，占 26.46%。圖 7：2010-2025 全球存儲器出貨容量趨勢(ZB)圖 8：2019 年存儲市場規(guī)模（億美元）及占比情況（%）HDD FLASH Tape Opti

22、cal DRAM70054321060032.25%33.24%35%30%50025%40020%30015%20010%1005%0機械硬盤DRAMFLASH磁帶0%光存儲26.46%4.19%3.86%資料來源：ITCenter，整理資料來源：Statista、WSTS，整理半導體存儲市場規(guī)模達千億美元，為最重要的數(shù)字存儲介質半導體行業(yè)可以細分為存儲芯片、邏輯芯片、模擬芯片、傳感器、分立器件等。存儲器是半導體行業(yè)的一大分支，幾乎所有常見電子設備都需要使用存儲器，應用領域廣泛。半導體存儲器市場占半導體市場 26%左右，是半導體行業(yè)一大分支。2003 年以來，全球存儲器市場占半導體市場的份額

23、維持在 20%-25%，其中 2017 年和 2018 年高達 30.07%和 33.70%。2019 年，全球半導體市場規(guī)模為 4123.07 億美元，存儲器市場規(guī)模為 1064.4 億美元，占據(jù)半導體市場的 25.82%。半導體存儲器是半導體行業(yè)中極為重要的組成部分。圖 9：2019 年全球半導體行業(yè)分布圖 10：2003-2019 存儲器市場占半導體市場變化趨勢（%）光電器件, 10.08%傳感器, 3.28%模擬芯片, 13.08%分立器件, 5.79%存儲芯片, 25.82%40%35%30%25%20%15%10%5%Micro, 16.11%邏輯芯片,25.84%0%資料來源：W

24、STS，整理資料來源：WSTS，整理半導體存儲器市場變化與半導體行業(yè)變化基本一致，但具有更強波動性。存儲器作為半導體的子行業(yè)，其周期變化基本和半導體行業(yè)周期變化一致，但存儲器的波動性更強。因此，當半導體行業(yè)處于景氣周期時，存儲器市場表現(xiàn)更佳，以 2017 年為例，半導體行業(yè)規(guī)模同比增長 21.62%，存儲規(guī)模同比增長高達61.49%。而當半導體行業(yè)處于不景氣狀態(tài)時，存儲市場亦會表現(xiàn)更不理想，以2019 年為例，半導體行業(yè)規(guī)模同比下降 12.05%，但存儲市場下降高達 32.62%。2019 年存儲行業(yè)下降速度處于近 20 年來最快水平，但同時也為未來增長奠定基礎。2019 年由于供需錯配導致存

25、儲價格下降，存儲行業(yè)規(guī)模大幅下降。但隨著服務器需求穩(wěn)步上升、5G、物聯(lián)網(wǎng)進一步發(fā)展，未來半導體行業(yè)將迎來景氣周期，存儲行業(yè)也將受益。DRAM 和 NAND FLASH 是半導體存儲器市場規(guī)模中最大的存儲器。2018 年， DRAM 占半導體存儲器市場的 58%，NAND FLASH 占 40%。此外，NOR FLASH隨著新興市場的崛起，市場空間將逐步恢復。圖 11：半導體存儲行業(yè)規(guī)模（億美元）及同比增速（%）圖 12：各類半導體存儲器行業(yè)規(guī)模變化（億美元）5000450040003500300025002000150010005000半導體存儲行業(yè)規(guī)模其他半導體存儲同比增速半導體行業(yè)增速80

26、%60%40%20%0%-20%-40%180016001400120010008006004002000DRAM NAND NOR2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019資料來源：WSTS，整理資料來源：WSTS、Statista，整理以史為鑒而知興替，大浪淘沙，誰又將主宰明天存儲行業(yè)遵循著摩爾定律，每 18 個月集成度提升 1 倍，意味著性能提升 1 倍，而單位價格卻下降一半。半導體存儲產品在過去的 60 多年里，每一種主流產品的技術都快速演進與迭代，對于玩家來說即是機遇也是危險，每一次新技術的迭代充滿著客戶選擇的未知，需要玩家全力

27、以赴，如果踩準市場需求，則一個小玩家也能平地而起，而如果猜錯路線，則大玩家也面臨無情淘汰。圖 13：全球存儲容量分布及增長趨勢圖 14：存儲價格趨勢Flip-Flops CoreICs on boardsSIMMs DIMMsBig DrivesFloppy DrivesSmall DrivesFlash MemorySSD1.E+091.E+081.E+071.E+061.E+051.E+041.E+031.E+02Memory Price ($/MB)1.E+011.E+001.E-011.E-021.E-031.E-041.E-051.E-061955 1960 1965 1970 19

28、75 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025Year資料來源：WSTS，整理資料來源：WSTS、Statista，整理1、機械硬盤，雄風猶在，企業(yè)級應用成未來主戰(zhàn)場。機械硬盤曾是存儲王者，是計算機的主要存儲介質。近年來由于 SSD（固態(tài)硬盤）集成度更高，HDD(機械硬盤)逐漸失去消費級市場份額。隨著云計算、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)級數(shù)據(jù)存儲需求增長較快，HDD 憑借成熟穩(wěn)定、成本更優(yōu)、壽命周期長等優(yōu)勢，成為數(shù)據(jù)中心標配。近年來 HDD 全球字節(jié)出貨量明顯上升，2019 年達 1.18ZB，超全 球存儲市場字節(jié)出貨量的一半。截止2019 年H

29、DD市場集中度較高 CR4 為79%，領先企業(yè)分別為三星、西部數(shù)據(jù)、希捷，其市場份額為 33.6%、24.6%和 15.7%。2、DRAM 過去 50 年多年搏殺慘烈，王朝幾經更替。在過去 50 多年里，DRAM市場呈現(xiàn)每 45 年單位價格變?yōu)?1/10，其背后的殺伐異常慘烈。而縱觀 DRAM發(fā)展歷史，本身 DRAM 產品在成本、技術、品質等為核心競爭要素，而背后需要企業(yè)在融資能力、產業(yè)鏈配套及人才梯隊等全方位儲備，考驗企業(yè)系統(tǒng)性的資源調動能力。DRAM 廠商從曾經的“百花齊放”形成目前的“三國鼎立”局面，三星、鎂光、SK 海力士成為 DRAM 領域最終玩家，三家合計市場份額達 95%，而各家

30、分別為 43.5%，29.2%和 22.30%。3、FLASH 將為新一代存儲主力，成兵家必爭之地。近年來隨著消費電子領域的需求增長，F(xiàn)LASH 市場規(guī)模呈現(xiàn)快速增長趨勢，特別是 NAND FLASH 已成為手機、筆記本等主力存儲介質，而價格方面基本符合摩爾定律的下降趨勢。NAND 市場格局主要有三星、鎧俠、西部數(shù)據(jù)等企業(yè)主導，分占市場份額的 33.5%、18.9%和 14.3%，行業(yè) CR4 達 80.2%。NOR FLASH 主要有旺宏、華邦、兆易創(chuàng)新等，市場份額占 NOR FLASH 市場的 26%、25%、19%。機械硬盤，雄風猶在機械硬盤，曾經存儲王者，未來以企業(yè)級應用為主HDD(機

31、械硬盤)是傳統(tǒng)普通硬盤，主要由盤頭、磁片、盤片轉軸及控制電機、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉換器、接口和緩存等幾個部分組成。磁頭可沿盤片的半徑方向運動，加上盤片每分鐘幾千轉的高速旋轉，磁頭就可以定位在盤片的指定位置上進行數(shù)據(jù)的讀寫操作。信息通過離磁性表面很近的磁頭，由電磁流來改變極性方式被電磁流寫到磁盤上，信息可以通過相反的方式讀取。圖：機械硬盤資料來源：IEEE，整理每個硬盤的中心都有高速旋轉的磁盤，磁盤表面有高速掃過的記錄磁頭， 每個磁盤上都覆蓋著一層薄薄的微小的磁化金屬粒，數(shù)據(jù)以一種肉眼無法分辨的形式存在，很多組微小顆粒形成的磁化圖案記錄形成了數(shù)據(jù)，每一組成為比特，所有微粒都按照自身的磁性排列，形成

32、兩種狀態(tài)之一，對應 0 或 1，將比特信息通過電磁鐵轉換成電流，數(shù)據(jù)就能被讀寫在硬盤上。這塊磁鐵會產生一個強大磁場，足以改變金屬微粒的磁性，當信息寫入磁盤，驅動使用磁讀寫器將其還原成有意義的形式。圖 15：電磁鐵產生的磁場可改變金屬粒的磁性圖 16：2019 年機械硬盤在存儲市場規(guī)模及占比26.46%4.19%3.86%70060050040030020010032.25%33.24%35%30%25%20%15%10%5%0機械硬盤DRAMFLASH磁帶0%光存儲資料來源：IEEE，整理資料來源：IDC，整理目前機械硬盤市場規(guī)模整體約 585 億，占總體存儲市場規(guī)模約 32%，位列數(shù)字存儲市

33、場規(guī)模第二，年出貨量約為不到 4 億個。機械硬盤出貨量 1996-2010 年穩(wěn)定增長，從 1996 年的 1.05 億個增長至 2010年的 6.51 億個，達到歷史最高點。隨著存儲器的更新迭代，尤其是 SSD（固態(tài)硬盤）技術的進步，機械硬盤的地位受到挑戰(zhàn)，2011 年開始出貨量整體呈現(xiàn)下降趨勢，截至 2018 年全球機械硬盤出貨量下降至 3.72 億個。2010 以后機械硬盤廠商數(shù)量逐漸減少。2008 年以前，機械硬盤市場集中度較低，各廠商競爭激烈。而后，市場集中度提升，西部數(shù)據(jù)、希捷等廠商成為機械硬盤龍頭，占據(jù)全球市場超過 90%份額。圖 17：1996-2018 年機械硬盤出貨量（億）

34、圖 18：2003-2014 年機械硬盤市場競爭格局變化76120%5100%480%360%240%120%1996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201800%希捷西數(shù)東芝富士三星日立其他2003200820142019資料來源：Statista，整理資料來源：ITCenter，整理總容量出貨上升，HDD 成數(shù)據(jù)中心標配。云計算、互聯(lián)網(wǎng)等帶來了旺盛的數(shù)據(jù)存儲需求，且對存儲容量及穩(wěn)定性要求較高。相比 SSD（固態(tài)硬盤），機械硬盤具有壽命長、成熟穩(wěn)定、容量大的

35、性能優(yōu)勢，成為數(shù)據(jù)中心的首選。因此，雖然HDD 產品出貨量近年來呈現(xiàn)下降趨勢，但總容量出貨明顯上升，HDD 2019年機械硬盤字節(jié)出貨量為 1.18ZB，出貨容量超過全球存儲年出貨容量的 50%。云計算、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將推動 HDD 產品持續(xù)增長。圖 19：2010-2025 機械硬盤字節(jié)出貨量（ZB）圖 20： 谷歌數(shù)據(jù)中心3.02.52.01.51.00.50.0資料來源：Statista，整理資料來源：IEEE，整理機械硬盤每 GB 價格呈現(xiàn)下降趨勢。機械硬盤面市之初價格較高，1980 年機械硬盤每 GB 價格約為 357.24 美元。隨著技術的進步，機械硬盤成本下降，價格也隨之下降，20

36、17 年每 GB 價格僅為 0.028 美元。圖 21：1979-2017 年機械硬盤每 GB 價格（USD/GB）圖 22：1980-2017 年機械硬盤每 GB 價格變化幅度（%）10000000150%100%50%0%-50%-100%-150%10000001000001000010001001019791981198319851987198919911993199519971999200120032005200720092011201320152017100資料來源：Bloomberg，整理資料來源：Bloomberg，整理1956-1979 年，硬盤確立溫氏架構現(xiàn)代硬盤雛形誕生于

37、 1956 年，由 IBM 制造，存儲容量僅為 5MB。1973 年，采用“溫氏架構”的 IBM 3340 問世，標志著硬盤基本架構的確立。這種硬盤擁有幾個同軸金屬盤片，盤片上涂有磁性材料。他們與能夠移動的磁頭共同密封在一個盒子中，磁頭從旋轉的盤片讀出磁信號的變化。1970-1979 年，IBM 先后發(fā)明了 Merlin 技術、Thin Film 磁頭，驅動硬盤數(shù)據(jù)定位準確性、硬盤密度都大幅提升。圖 23：溫徹斯特硬盤資料來源：IEEE，整理1980 年代，家用 PC 硬盤嶄露頭角硬盤容量不斷提升，家用 PC 硬盤嶄露頭角。1980 年，希捷公司由兩位前 IBM員工創(chuàng)立，開發(fā)并推出第一款 5.

38、25 英寸規(guī)格 5MB 硬盤，這是首款面向個人用戶的硬盤，它的出現(xiàn)推動了計算機的誕生。1981 年，希捷又推出第二款容量達10MB 的硬盤產品，并在市場蔓延開來。而正是 1981 年，IBM 發(fā)布了 IBM 個人計算機，這是計算機領域具有里程碑意義的飛躍。受益于較為小巧的體積，簡單的操作，IBM 發(fā)布的個人電腦大受歡迎，隨著個人電腦普及，也帶動了家用 PC 硬盤快速增長。圖 24：IBM 3380首款 GB 級容量硬盤圖 25：希捷 ST 5065.25 英寸硬盤資料來源：IEEE，整理資料來源：IEEE，整理1990 年代，硬盤技術快速升級，IBM 開創(chuàng)民用級 GB 硬盤先河硬盤存儲密度大幅

39、提升。曾在 1980 年代末，IBM 已推出 MR（Magneto Resistive磁阻）技術令磁頭靈敏度大大提升，盤片的存儲密度較之前的 20Mbpsi（bit/每平方英寸）提高了數(shù)十倍，為硬盤容量的巨大提升奠定了基礎。1997 年， GMR（Giant Magneto Resistive）巨磁阻技術的成功研發(fā)進一步提升了存儲密度。如果用 MR 磁頭能夠達到 3-5Gb/平方英寸的存儲密度，使用 GMR 以后存儲密度可達到 10-40Gb/平方英寸。民用級硬盤進入 GB 時代。1991 年，IBM 出了首款應用 MR 技術的 3.5 英寸的 1GB 硬盤 0663-E12，開創(chuàng)了民用級 G

40、B 硬盤的先河，從此硬盤容量開始進入 GB 數(shù)量級，3.5 英寸的硬盤規(guī)格也由此成為現(xiàn)代計算機硬盤的標準規(guī)格。圖 26：GMR 巨磁阻效應磁頭資料來源：IEEE，整理21 世紀初期，容量突破 TB 級別，硬盤廠商進入整合期垂直存儲技術出現(xiàn)，再一次提高硬盤存儲密度。2007 年日立環(huán)儲發(fā)布了全球首款 1TB 硬盤，硬盤售價為 399 美元，平均每美元可購得 2.75GB 硬盤空間。該硬盤采用垂直存儲技術，將平行于盤片的磁場方向改變?yōu)榇怪?，更充分地利用了存儲空間。此外，垂直存儲技術能耗小，發(fā)熱量減小，改善了數(shù)據(jù)抵抗熱退減的能力，提高了硬盤的可靠性。硬盤廠商進入整合期。2000 年起是硬盤行業(yè)的整合

41、期，希捷、西數(shù)、IBM、三星、邁拓、昆騰、東芝、富士通等各大硬盤廠商競爭激烈。2000 年邁拓收購昆騰，2003 年日立環(huán)儲 IBM 硬盤事業(yè)部，2005 年希捷宣布收購邁拓，2009 年，富士通硬盤被東芝收購，形成希捷、西數(shù)、日立、三星、東芝“春秋五霸”時代。2011 年西部數(shù)據(jù)收購日立環(huán)儲、希捷收購三星硬盤，形成“三國鼎立”局面。圖 27：2004 年機械硬盤市場格局圖 28：2009 年機械硬盤市場格局富士通, 5.8%其他, 1.7%東芝, 7.2%三星, 7.6%日立, 15.3%希捷, 26.9%西數(shù), 17.9%東芝/富士通, 12.6%三星, 10.0%日立, 16.4%希捷,

42、 31.4%邁拓, 17.6%西數(shù), 29.6%資料來源：太平洋電腦網(wǎng)，整理資料來源：太平洋電腦網(wǎng)，整理2010 年是HDD 產業(yè)高峰。2011 年上半年日本發(fā)生地震，下半年泰國發(fā)生洪水。其中日本廠商是重要的磁頭、磁盤、馬達等 HDD 配件供應商，泰國是重要的 HDD 制造基地，這兩次自然災害產生了重大影響，導致 2011 年 HDD 硬盤出貨量銳減，但也讓 HDD 硬盤價格上升。圖 29：2006-2011 年 HDD 平均售價圖 30：2010-2015HDD 出貨量（萬）希捷西部數(shù)據(jù)757065605550452006Q32006Q32007Q12007Q22007Q32007Q4200

43、8Q12008Q22008Q32008Q42009Q12009Q22009Q32009Q42010Q12010Q22010Q32010Q42011Q12011Q22011Q32011Q440800070006000500040003000200010000希捷（萬）西部數(shù)據(jù)（萬）2010Q32010Q42011Q12011Q22011Q32011Q42012Q12012Q22012Q32012Q42013Q12013Q22013Q32013Q42014Q12014Q22014Q32014Q42015Q12015Q22015Q32015Q4資料來源：公司官網(wǎng)，整理資料來源：公司官網(wǎng)，整理2012

44、-2019 年，HDD 逐步進入數(shù)據(jù)中心主力，消費級增長顯現(xiàn)放緩機械硬盤自身瓶頸難以突破，SSD 大敵崛起。受限于物理結構瓶頸，機械硬盤體積難以縮小或成本較高，增長前景顯現(xiàn)停滯。從市場格局來看，三星的市場份額從 10.0%上升至 2019 年的 33.6%，西部數(shù)據(jù)從 29.6%下降至 24.6%，希捷從 31.4%下降至 15.7%，日立從 16.4%下降至 2.3%，大部分機械硬盤廠商減少了機械硬盤的生產。圖 31：2019 年機械硬盤市場格局其他, 18.50%三星, 33.60%日立, 2.30%東芝, 5.20%希捷, 15.70%西部數(shù)據(jù), 24.60%資料來源：IEEE，整理SS

45、D 崛起，HDD 市場受到沖擊。固態(tài)硬盤（Solid State Drives）由多個閃存顆粒和主控芯片組成，沒有運動結構設計；而機械硬盤有碟盤和讀寫磁頭組成。 SDD 不僅擁有更快的讀寫速度，而且具有低功耗、防震抗摔性好、發(fā)熱低等優(yōu)勢。圖 32：機械硬盤與固態(tài)硬盤性能對比機械硬盤固態(tài)硬盤容量大較小價格便宜貴隨機存取一般極快寫入次數(shù)無限制SLC：10萬次 MLC：1萬次磁盤陣列極難可工作噪音有無工作溫度較為明顯極低防震能力較差很好數(shù)據(jù)恢復容易難資料來源：IEEE，整理隨著 SSD 平均價格與 HDD 平均價格差異的逐漸縮小，以及 SSD 各方面的性能優(yōu)勢，硬盤市場逐漸被 SSD 占領，HHD

46、出貨量從 2013 年開始明顯下降。圖 33：HDD 出貨量（億）圖 34：HDD 與 SSD 平均價格對比（$/TB）76600550044003300220011996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201801000HDD平均價格SSD平均價格201520162017201820192020資料來源：Statista，整理資料來源：IDC，整理數(shù)據(jù)中心、云存儲帶動企業(yè)級 HDD 需求增長。隨著云計算、5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)帶來的全新發(fā)展，全球正形

47、成以數(shù)據(jù)為核心的生態(tài)圈，企業(yè)級用戶對于數(shù)據(jù)存儲的大容量需求愈加明顯，將 HDD 在企業(yè)級領域的發(fā)展推向了新高度。2019 年全球云計算市場規(guī)模達 3556 億美元，2012-2019 年 CAGR 高達 18.0%，且有望繼續(xù)呈現(xiàn)快速上升趨勢。與此同時，2019 年全球 IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）市場規(guī)模增長至 793.1 億美元，2012-2019 年 CAGR 為 17.6%。圖 35：全球云計算市場規(guī)模（億美元）及同比增速（%）圖 36：全球 IDC 市場規(guī)模（億美元）及同比增速（%）全球云計算市場規(guī)模YoY全球IDC市場規(guī)模YoY60005000400030002000100002012

48、 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 202230%25%20%15%10%5%0%90080070060050040030020010002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 201925%20%15%10%5%0%資料來源：Gartner，整理資料來源：中國 IDC 圈，整理成熟穩(wěn)定、成本更優(yōu)，HDD 成數(shù)據(jù)中心標配。盡管 SSD 可以發(fā)揮閃存性能上帶來的應用加速，但大量的數(shù)據(jù)存儲依然需要生命周期更長、成熟穩(wěn)定、成本更優(yōu)的 HDD 企業(yè)級大容量硬盤來支撐。在數(shù)據(jù)中心、云存儲的趨勢下，H

49、DD大容量硬盤依然是企業(yè)數(shù)據(jù)中心的標配，市場需求有望進一步增長。圖 37：機械硬盤單位容量增長態(tài)勢資料來源：HDD，整理DRAM 戰(zhàn)場硝煙彌漫DRAM 戰(zhàn)場， 50 多年搏殺，王朝幾經更替動態(tài)隨機存取存儲器（Dynamic Random Access Memory）DRAM 是一種半導體存儲器，通常以一個電容和晶體管為一個單元排成二維矩陣。DRAM 利用電容內存儲電荷情況來代表二進制比特是 1 或 0。由于晶體管電路會有漏電電流，導致電容上所存儲的電荷數(shù)量并不足以正確地識別。因此 DRAM 需要周期性地充電，因此被稱為“動態(tài)”存儲器。DRAM 基本的操作機制分為讀（Read）和寫（Write）

50、。讀的時候先讓字線（Bitline）充電到操作電壓的一半，開關晶體管(由位線控制)，若電容內部存儲的值為 1，則 Bitline 的電壓會被電荷共享抬高到高于操作電壓的一半；反之，若內部存儲 的值為 0，則會把 Bitline 的電壓拉低到低于操作電壓的一半。得到 Bitline 電壓后，經過放大器判別出內部值為 0 或 1。寫的時候把晶體管打開，若要寫 1 時則把 BL 電壓抬高到操作電壓使電容上存儲著操作電壓，若要寫 0 時則把 BL 降低到 0 伏特使電容內部沒有電荷。圖 38：DRAM 實物圖圖 39：DRAM 工作原理資料來源：世界電子元器件，整理資料來源：ITCenter，整理目前

51、 DRAM 市場規(guī)模整體約 603 億，占總體存儲市場規(guī)模約 33%，位列數(shù)字存儲市場規(guī)模第一。 近年來受益于數(shù)據(jù)資料中心、智能手機、加密貨幣等市場需求，DRAM 市場規(guī)?？傮w呈現(xiàn)上升趨勢，2019 年由于前期擴產能和去庫存等因素，市場規(guī)模有所下降。圖 40：近年來 DRAM 市場規(guī)模及同比增速圖 41：2019 年 DRAM 在存儲市場規(guī)模及占比1100900700500300100-100-300-500市場規(guī)模（億美元）YoY2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019110%90%70%50%30%10%-10%-30%-50%7006005

52、00400300200100032.25%33.24%26.46%4.19%3.86%機械硬盤DRAMFLASH磁帶光存儲35%30%25%20%15%10%5%0%資料來源：Statista，整理資料來源：IDC，整理自 1966 年 IBM 成功研發(fā) MOS 型 RAM 存儲以來，符合摩爾定律，每 18 個月集成度提升 1 倍。DRAM 型存儲運用的 MOS 技術，不僅能耗少、讀寫速度快且集成度高，因此 DRAM 成為而后數(shù)十年計算機內存的主流技術。截至 2020年，三星已成功開發(fā)出基于 10nm 線寬的 DRAM 產品。圖 42：DRAM 技術演變歷史圖資料來源：公司公告，整理在過去 5

53、0 多年里，存儲每 GB 價格總體呈現(xiàn)每 45 年價格變?yōu)?1/10，近年來價格下降趨勢有所緩和。1973 年存儲每 GB 價格約為 3.22 億美元，數(shù)據(jù)存儲成本極高。隨著存儲技術的進步以及美、日、韓廠商之間的激烈競爭，存儲成本下降，2018 年每 GB 價格僅為 7.26 美元。圖 43：1973-2018 年 DRAM 每 GB 價格（USD/GB）圖 44：1974-2018 年 DRAM 每 GB 價格變化幅度（%）1000000000100000000100000001000000100000100001000100101Memory每GB價格變化趨勢（USD/GB）Memory每

54、GB價格變化幅度（%）150%100%50%197319751977197919811983198519871989199119931995199719992001200320052007200920112013201520170%-50%19731975197719791981198319851987198919911993199519971999200120032005200720092011201320152017-100%資料來源：Bloomberg，整理資料來源：Bloomberg，整理DRAM 戰(zhàn)場硝煙彌漫，50 多年的搏殺，目前韓國企業(yè)獨占鰲頭，三巨頭成鼎立之勢。近 10 年來

55、DRAM 市場集中度逐漸上升。DRAM 廠商從曾經的“百花齊放”形成目前的“三國鼎立”局面，三星、鎂光、SK 海力士成為 DRAM 領域最終玩家。圖 45： 2001-2019 年 DRAM 市場競爭格局趨勢圖 46： 1975-2000 年 DRAM 各國出貨變化情況三星 海力士 美光 南亞 華邦 力積電 英飛凌/奇夢達 爾必達 其他美國日本韓國歐洲中國臺灣100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%1975197619771978197919801981198219831984198519861987198

56、81989199019911992199319941995199619971998199920000%資料來源：ITCenter，整理資料來源：世界電子元器件，整理1966-1970 年，IBM 率先研發(fā) MOS 型 RAM 存儲成功，開啟半導體存儲的歷史1966 年由 DRAM 之父 IBM 的 羅伯特登納德博士所在的 IBM Thomas J. Watson 研發(fā)中心成功研發(fā) MOS 型晶體管+電容結構的 DRAM 存儲。1969 年加州的先進內存系統(tǒng)公司正式商業(yè)推出此款 DRAM。DRAM 型存儲運用的 MOS 技術，不僅能耗少、讀寫速度快且集成度高，幫助存儲形式從笨重的磁鼓結構快速縮小

57、，因此 DRAM 成為而后數(shù)十年計算機內存的主流技術。圖 47：羅伯特登納德(RobertH.Dennard)博士圖 48：第一款 8 位 RAM 制作的存儲結構 資料來源：IBM，整理資料來源：Electronics magazine，整理1970 年代，DRAM 快速商業(yè)化，前期 Intel 一家獨大，后期 Mostek 成為霸主1970 年代前期 Intel 一家獨大，占據(jù)全球超 80%份額。Intel 研究小組利用 MOS工藝開發(fā)出 1kb DRAM，并通過解決各項生產工藝缺陷，于 1970 年在其 3 寸晶圓廠成功量產 C1103，奠定了 DRAM 快速商業(yè)化的基礎。由于當時大中型計

58、算機使用的磁鼓存儲器笨重昂貴，Intel 向計算機用戶大力宣傳 DRAM，1972 年憑借 1K DRAM 取得巨大成功。到 1974 年，Intel 的 DRAM市場份額達 82.9%。圖 49：Intel DRAM C1103資料來源：Intel，整理1970 年代后期，Mostek 擊敗 Intel，成為 DRAM 市場最大廠商。1973 年美國其他廠商例如德州儀器、Mostek(由德州儀器的前員工于 1969 年創(chuàng)立)、日本廠商 NEC 等先后進入 DRAM 市場，德州儀器推出成本更低的 4K DRAM，Mostek推出針腳更少的 4K DRAM，均成為 Intel 的強勁對手。197

59、6 年，Mostek 推出的 MK4116 采用了 POLY-II（雙層多晶硅柵工藝），容量達 16K，大獲成功，占領 75%的 DRAM 市場。而后繼續(xù)持續(xù)推出新產品，進一步獲得市場份額，在 70 年代后期，一度占據(jù) DRAM 市場 85%份額。但后來為應對來自資本市場的惡意收購，導致股權結構大幅變動，經營戰(zhàn)略發(fā)生調整，管理層動蕩及技術人員流失，公司發(fā)展遭遇較大障礙。1978 年四個 Mostek 的離職技術人員創(chuàng)立了另一個未來的存儲巨頭-鎂光?；仡檨砜矗琁ntel 由于多線作戰(zhàn)焦點分散、技術路徑選擇及市場預判失誤，喪失了 DRAM 的技術先發(fā)優(yōu)勢，DRAM 市場份額呈現(xiàn)較快下降。Intel

60、 的存儲一度風光無限，而后逐步喪失領先，令人唏噓，以后有機會再詳細展開。圖 50：Mostek 4K/16 DRAM資料來源：Mostek，整理1980 年代，日本 DRAM 廠商后發(fā)先至，進入增長爆發(fā)期舉國體制，日本 VLSI 聯(lián)合研發(fā)成功，日本半導體產業(yè)技術快速進步。1976 年日本 VLSI 聯(lián)合研發(fā)體成立，設立了 6 個實驗室，從高精度加工技術、硅結晶技術、工藝處理技術、監(jiān)測評價技術、裝置設計技術等方向入手，成功攻克了包括電子束光刻機、干式蝕刻裝置等半導體核心加工設備，以及領先的制程工 藝和半導體設計能力。在 VLSI 項目的推動下，日企 1977 年研制成功 64K DRAM，已成功