小研04:国产SSD迎来春天

上周拜访了一位从事SSD存储模组行业的师兄,在自主可控大趋势下,判断SSD国产化空间巨大,箭在弦上。

存储就是用于保存信息的设备,我们常见的存储设备分为三种,分别是光学存储(DVD、VCD)、磁性存储(软盘、机械硬盘)和半导体存储(ROM、RAM)。其中RAM是断电后数据即丢失,如内存DRAM,SRAM,而ROM断电后依旧会保存信息,比如FLASH、EEPROM。

目前市场上最重要的存储器为DRAM存储器和Flash闪存芯片。动态随机存储器DRAM是最常见的系统内存,其性能出色但断电易失,成本较同级别易失性存储器更低,因此是是最常见的系统内存;Flash闪存芯片是应用最广的非易失性存储,由于断电非易失性,因此主要用在大容量存储领域。

FLASH目前主要分为NAND和NOR两种,两种产品存储单元的连接方式决定了不同的读取方式和性能。其中NOR以串行结构为主,可以直接运行装载在FLASH内部的代码,但是存储空间较小,因此主要应用场景是功能手机、DVD、电视、机顶盒、物联网设备等小容量代码闪存领域;而NAND以块为基本单位,成本更低,读取写入速度更快,但是无法直接运行FLASH上的代码,主要应用于大容量存储,如闪存、手机、平板电脑、固态硬盘等。

我们所说的SSD固态硬盘就属于NAND的一种,根据中国闪存市场ChinaFlashMarket数据,2018年全球SSD的出货量达到2.05亿台,相较于2017年增长31%。目前全球SSD市场约为900亿美金,中国NAND消耗量占全球的1/3。

全球存储出货量(单位:百万台)

         SSD内部主要由Flash颗粒、主控制器和固件算法组成。

SSD内部结构图

NAND Flash

NAND Flash是存储的核心,用户的数据全部存储于内存上。Flash颗粒前期资本支出高、生产良率低,需要持续扩大生产规模以摊薄成本,具有典型的半导体产业特点。目前Flash市场集中度较高,且以外资为主。目前Flash占整个SSD成本的60%-70%左右,毛利率也最高,基本榨取了整个行业的利润。目前消费级SSD Flash毛利约为35-40%,企业级SSD毛利约为50-60%。

全球NAND Flash市场份额

国内由中科院微电子所支持的长江存储发展较快,已具备32层3D NAND Flash量产能力,未来随着存储国产化和自主可控的要求,有望打破原有外国厂商垄断的格局。

固件算法

SSD的固件是确保SSD性能的最重要组件,用于驱动控制器。主控将使用SSD中固件算法中的控制程序,去执行自动信号处理,耗损平衡,错误校正码(ECC)及坏块管理、垃圾回收算法GC、FTL算法、trim算法等等。

目前国内固件算法还是以美国、台湾的厂商为主。固件算法的毛利率相对较低,消费级毛利率15-20%,工业级30-35%。

目前国内具备自主固件开发能力的企业很少,大多数企业采用的是国外现有的固件算法。

比较知名并且出货量较大的公司包括Memblaze(企业级,PMC方案)、至誉科技(工业级,Marvell方案),江波龙(消费级,Marvell方案)、佰维(消费级,Marvell方案)、海康威视(企业级+消费级,联芸、Marvell方案)、华为(企业级,海思方案)等、紫光得瑞(企业级,Dera方案)。

主控制器

主控制器是一种嵌入式微芯片,其主要功能为对SSD各种操作请求的控制,包括读取、写入、垃圾回收、损耗均衡、数据压缩等。

控制器芯片的价格相对较低,根据调研一块400元左右的SSD主控芯片价格只有20-30元。消费级主控芯片毛利率20-25%,工业级33-38%。

目前控制芯片市场大致分为三个等级,第一等级是三星、东芝、英特尔、SK 海力士等原厂阵营,他们具有生产 NAND Flash,以及研发控制芯片的能力,主要用于自家 SSD 产品,且基本不对外供应,大概占据了1.05/1.6亿颗芯片=65%的市场。第二等级是 Marvell、慧荣、群联等主控厂商,占据大部分非原厂的 SSD 市场,按照全球一共5000万颗芯片是第三方制造,每片6美元测算,第三方主控芯片市场规模为3亿美金。第三等级是国内主控厂,如联芸(来自于台湾JMicron团队)、得一微、国科微、华澜微,其中联芸已经实现SATA接口量产,应该是目前走的最远的控制其芯片厂商。

国际主要主控芯片厂商

目前国内主控制器芯片单独发展比较困难,主要原因有(1)芯片需要和固件算法结合起来形成模组,需要找到模组厂商配合提供软件开发,验证模组是否能成功;(2)商务上来讲国内少有独立模组厂商,因此控制器芯片缺少下游客户。


从国际市场来看SSD市场,除了Flash巨头厂商外,发展规模最大的就是同时具备从Flash到控制器芯片到固件算法的协调集成的模组厂商,这类模组厂商一般也具有自己的控制器芯片和固件算法,如光宝、金士顿、慧荣、群联。

国内SSD市场发展空间可期。一方面国内占据了全球1/3的存储市场,面临着服务器、手机、工控等下游市场的巨大需求,另一方面国内核心设备具有自主可控的需求,和国产CPU、操作系统、数据库等类似具有巨大的国产化替代空间。目前SSD市场中国家大力支持的NAND FLASH已有长江存储,另外可能率先爆发的是具有庞大营收规模的SSD模组厂商(Flash成本亦计算在模组厂商的收入),同时具备控制器芯片和固件算法研发能力的模组厂商会更占优势。而细分的控制器芯片受限于市场空间和产业链话语权可能会更晚爆发。

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