半导体行业穿越存储60年：AI时代新周期.pdf

穿越存储穿越存储60年：年：AI 时代，新周期时代，新周期产业周期：存储周期通常为产业周期：存储周期通常为3 3-4 4年，是半导体风向标年，是半导体风向标-80%-60%-40%-20%0%20%40%60%80%0.002.004.006.008.0010.0012.001992/021994/101997/062000/022002/102005/062008/022010/102013/062016/022018/102021/06同比YoY存储芯片平均单价(3MMA)-100%-50%0%50%100%150%0204060801001201401601992/021994/121997/102000/082003/062006/042009/022011/122014/102017/082020/06同比YoY存储芯片市场规模(3MMA)一张图看懂存储：一张图看懂存储：AI助推需求高增长，半导体存储周期拐点隐现助推需求高增长，半导体存储周期拐点隐现2数据来源：ASML，IDC，WSTS，Omdia，Counterpoint，Statista，Yole，NVIDIA，Gartner，长城证券产业金融研究院（注：图中为2022年市场规模）791亿美元亿美元存储产业链结构存储产业链结构器件器件/模组封测模组封测IDM(原厂原厂)存储晶圆制造存储晶圆制造存储芯片设计存储芯片设计上游上游-原材料原材料+设备设备中游中游-存储器模组制造存储器模组制造Fabless下游下游-应用领域应用领域电脑电脑/服务器服务器摄影摄影/监控监控汽车电子汽车电子移动终端移动终端硅片硅片PCB主控芯片主控芯片NAND Flash:模组厂商模组厂商&封测厂商封测厂商电阻电阻/电容电容/电感电感存储器存储器分类：光学分类：光学+磁性磁性+半导体半导体存储市场呈现海外寡头垄断格局，存储市场呈现海外寡头垄断格局，CR3/CR5高达高达90+%DRAM:CR3达达95%旺宏,33%华邦,35%兆易创新,23%其他,9%三星,33%Kioxia/WDC,32%美光,12%海力士,19%其他,5%三星,43%海力士,28%美光,25%其他,5%CD光学存储光学存储存储器存储器半导体存储半导体存储非易失性存储非易失性存储供给侧：各原厂扩产计划放缓，供给侧：各原厂扩产计划放缓，23年资本开支降幅达双位数年资本开支降幅达双位数需求侧需求侧1：26年全球数据量将达年全球数据量将达221ZB，AI加速存储需求增长加速存储需求增长行业规律：每投资行业规律：每投资1美金算力美金算力对应投资对应投资 0.50.7美金存储美金存储IDC预计预计26年全球年全球AI服务器市场将达服务器市场将达$347亿亿对应存储投资预估约对应存储投资预估约$65亿亿需求侧需求侧2：单机平均存储容量翻：单机平均存储容量翻2/4倍，将带动总需求数倍增长倍，将带动总需求数倍增长单机平均存储容量增长单机平均存储容量增长移动终端出货量稳定移动终端出货量稳定总存储容量需求数倍增长总存储容量需求数倍增长易失性存储易失性存储DRAM(占比占比55%)SRAMNAND Flash(占比占比42%)NOR Flash(占比占比2%)EEPROM等等(占比占比1%)DVD磁性磁性存储存储机械硬盘机械硬盘磁盘磁盘软盘软盘半导体存储关键技术进展：半导体存储关键技术进展：NAND+DRAM三星$340亿(占43%)SK海力士$221亿(占28%)美光$198亿(占25%)其他三星$198亿(占33%)Kioxia/WDC$192亿(占32%)SK海力士$114亿(占19%)美光$72亿(占12%)其他华邦$10亿(占35%)旺宏$9亿(占33%)兆易创新$7亿(占23%)其他$3亿(占9%)791亿美元601亿美元37亿美元CMP设备设备封测设备封测设备刻蚀设备刻蚀设备光刻机光刻机薄膜沉积设备薄膜沉积设备刻蚀设备刻蚀设备薄膜沉积设备薄膜沉积设备海外海外中国大陆中国大陆光刻机光刻机海外海外中国大陆中国大陆存储晶圆存储晶圆海外海外中国大陆中国大陆存储芯片设计存储芯片设计海外海外中国大陆中国大陆存储模组存储模组海外海外中国大陆中国大陆主控芯片主控芯片海外海外中国大陆中国大陆封装测试封装测试海外海外中国大陆中国大陆海外海外中国大陆中国大陆LamTELAMAT北方华创北方华创中微公司中微公司拓荆科技拓荆科技北方华创北方华创TEL应用材料应用材料华卓精科华卓精科ASML尼康尼康佳能佳能长江存储长江存储长鑫存储长鑫存储美光美光三星三星SK海力士海力士三星三星铠侠铠侠SK海力士海力士江波龙江波龙佰维存储佰维存储德明利德明利朗科科技朗科科技Kingston联芸科技联芸科技得一微得一微Marvell慧荣科技慧荣科技深科技深科技华天科技华天科技长电科技长电科技通富微电通富微电日月光日月光存储原厂存储原厂减少产出减少产出降低投资降低投资铠侠2022年9月宣布将减少NAND Flash 30%产量/西部数据2023年1月宣布NAND Flash减产 30%2023年资本开支下调15%至23亿美元美光宣布减少20%的NAND Flash和DRAM晶圆产出2023年资本开支将同比下滑40+%至约70亿美元SK海力士 传统产品及低毛利率产品均将减产2023年资本开支将从2022年的19万亿韩元下调 50%以上三星2023年4月宣布将显著减少存储器产量可能灵活调整2023年设备方面的资本支出481亿美元76亿美元676亿美元性能分类性能分类原理示意图原理示意图关键制程节点关键制程节点技术路径技术路径NAND Flash通过电子隧穿进浮栅238L3D NANDDRAM通过电容存储电荷10nm(1)HBM,CXL51亿美元NAND Flash:CR5达达96%NOR Flash:CR3达达91%公公司司分分类类供供需需格格局局产产业业链链及及产产业业周周期期行行业业概概况况约占半导体市场规模的约占半导体市场规模的1/4CXL金额金额(亿美金亿美金)美国美国西欧西欧中国中国存储77.0941.5739.40服务器内置存储78.9725.626.61计算312.898.24218.02存算投资比例1:21:1.51:3.310.013.014.314.7 14.614.113.712.913.412.5 12.73.1 3.1 2.8 2.6 2.6 2.6 2.7 3.03.52.9 2.801020全球智能手机和PC出货量(单位：亿)智能手机PC单机平均存储容量：128GB256GB512GB市场规模：存在周期性波动，当前仍处下行周期存储价格：终端需求低迷，当前价格仍处下跌阶段据IDC预测：2026年全球数据量达221ZB英伟达发布DGX GH200 AI超级计算机，性能突破1 EFlops算力算力需求需求存储存储需求需求（存算投资比例）2:1兆易创新兆易创新北京君正北京君正东芯股份东芯股份普冉股份普冉股份0%100%200%01002003002011201220132014201520162017201820192020202120222023202420252026数据量(ZB)YoY(%)穿越存储穿越存储60年：年：AI 时代，新周期时代，新周期一一、存储的需求基石存储的需求基石，来源于与文明传承与延续来源于与文明传承与延续信息存储的需求基石，来源于文明传承与延续，随着世界数字化趋势而爆发增长。按照存储介质的不同，现代数字存储主要分为光学存储、磁性存储和半导体存储三类。从存储市场规模来看，根据日本HDD协会数据，2022年机械硬盘市场规模约为183亿美元，占据总体市场的11.35%；根据CFM闪存市场数据，2022年DRAM市场规模约为791亿美元，占49.06%；根据CFM闪存市场数据，2022年NAND FLASH市场规模约为601亿美元，占37.28%。二二、DRAM市场从市场从“群雄逐鹿群雄逐鹿”到到“三国鼎立三国鼎立”历史50多年，DRAM每约5年价格降至1/10，杀伐惨烈。DRAM产品在成本、技术、品质等为核心竞争要素，而背后需要企业在融资能力、产业链配套及人才梯队等全方位储备，考验系统性资源调动能力。全球DRAM厂商已从“群雄逐鹿”形成“三国鼎立”，未来看中国企业制造端合肥长鑫、设计端兆易创新如何突围。三三、FLASH新一代存储主力新一代存储主力，将成兵家必争之地将成兵家必争之地近年来随着消费电子领域的需求增长，FLASH市场规模呈现快速增长趋势，特别是NAND FLASH已成为手机、笔记本等主力存储介质，而可穿戴设备、IOT等应用兴起驱动NOR FLASH成长。NAND市场格局主要有三星、铠侠、西部数据等企业主导。NOR FLASH主要有旺宏、华邦、兆易创新等主导。未来看长江存储自研3D NAND产品，有望迎来收获期。四四、半导体风向标：存储市场近况及预判半导体风向标：存储市场近况及预判半导体风向标：据WSTS，半导体存储市场占半导体市场23%左右，与半导体行业变化基本一致，但具有更强的波动性。据CFM闪存市场，全球存储市场规模2022全年跌超10%，据WSTS预计23年将同比下降35%。据CFM闪存市场，2022年闪存/DRAM价格指数-41%/-35%，23年价格跌幅有望逐季放缓；2022年全球存储容量增速放缓，NAND/DRAM市场容量增速分别为6%/4%，处历史低位，23年全球NAND/DRAM存储容量有望+20%/+10%。目前三星稳居全球第一龙头，NAND/DRAM竞争格局高度集中，仍由海外龙头垄断。三星、美光等存储原厂宣布减产策略，或有望加速行业触底反转。未来行业趋势：1）移动终端平均容量增长，嵌入式存储朝高速传输方向发展；2）DDR5渗透率提升，据Yole预计20222028年出货量CAGR+97%；3）AI等应用推动高性能存储器需求，CXL(Compute Express Link，计算快速链接)技术和高带宽存储器(High Bandwidth Memory,HBM)存储技术不断迭代升级；4）服务器存储需求长期向好，中国企业级SSD厂商迎来机遇；5）汽车存储市场规模持续提升，据CFM闪存市场预计，2030年将超200亿美元。五五、存储产业赛道突出存储产业赛道突出，中国存储企业整装待发中国存储企业整装待发相关公司有：存储芯片设计：存储芯片设计：兆易创新、聚辰股份、北京君正、东芯股份、恒烁股份、普冉股份；存储接口芯片设计：存储接口芯片设计：澜起科技；存储模组：存储模组：朗科科技、江波龙、德明利、佰维存储；半导体设备：半导体设备：中微公司、北方华创、拓荆科技、精测电子、盛美上海、华海清科等；半导体材料：半导体材料：沪硅产业、鼎龙股份、安集科技等；存储封测：存储封测：深科技、华天科技、长电科技、通富微电等。3一、存储产业：现代文明传承与延续的基石一、存储产业：现代文明传承与延续的基石图：近代电脑存储器演变图：近代电脑存储器演变从穿孔卡到从穿孔卡到DDR，存储介质经历了从“纸，存储介质经历了从“纸磁磁光光半导体”不断创新发展半导体”不断创新发展存储的起源：文明的传承与延续是需求基石，推动存储介质的发展存储的起源：文明的传承与延续是需求基石，推动存储介质的发展5数据来源：中国存储网，太平洋电脑网，长城证券产业金融研究院 文明的传承与延续是信息存储的需求基石文明的传承与延续是信息存储的需求基石，存储需求的爆发增长存储需求的爆发增长，促进了存储介质的创新和发展促进了存储介质的创新和发展。从文明诞生以来，人类就一直在寻求能够更有效存储信息的方式，从4万年前洞穴壁画、6000年前泥板上楔形文字、竹签、书本，现代的存储模式已经主要为光盘、U盘、硬盘等等，存储器的更新换代从未停止。1970年年10月月，Intel发布了第一款商用发布了第一款商用DRAM，正式宣告了磁芯存储器的灭亡正式宣告了磁芯存储器的灭亡。1970年，Intel发布了第一款商用DRAM“Intel 1103”，其在惠普9800系列电脑上大量应用，至1972年Intel 1103成为全球销量最好的DRAM内存芯片，击败了当时的磁芯DRAM内存，它的诞生正式宣告了磁芯存储器的灭亡，并最终成全了个人电脑革命。图：常见存储单位：从图：常见存储单位：从KB起，计算机存储单位之间的进率是起，计算机存储单位之间的进率是1024图：图：IDC预测预测2025年全球数据圈将增长至年全球数据圈将增长至175ZB2030年全球每年新增数据量将突破年全球每年新增数据量将突破1YB，存储需求量级爆发式增长，存储需求量级爆发式增长数据来源：IDC，CSDN，第一财经，长城证券产业金融研究院 到到2030年全球每年新增数据量将突破年全球每年新增数据量将突破1YB量级量级，相当于相当于4万亿台万亿台256GB高端手机的存储能力高端手机的存储能力，存储需求量级爆发成长存储需求量级爆发成长。华为数据存储与机器视觉产品线总裁周跃峰在2021创新数据基础设施论坛中表示，到2030年全球每年新增数据量将突破1YB量级，相当于4万亿256GB高端手机的存储能力，存储需求量级爆发成长。IDC预计到预计到2025年年，中国数据圈将增至中国数据圈将增至48.6ZB，占全球的占全球的27.8%，成为全球最大数据圈成为全球最大数据圈。据IDC预测，全球数据圈(每年被创建、采集或复制的数据集合)将从2018年的33ZB增至2025年的175ZB，增幅超5倍。其中，中国数据圈增速最为迅速。2018年，中国数据圈占全球数据圈的比例为23.4%，即7.6ZB；预计到2025年将增至48.6ZB，占全球数据圈的27.8%，中国将成为全球最大的数据圈。6中国欧洲/中东/非洲日本和亚太美国其他Bit比特一位二进制数，最小的存储单位Byte字节8个二进制位，最常用单位KB千字节1KB=1024ByteMB兆字节1MB=1024KBGB吉字节1GB=1024MBTB太字节1TB=1024GBPB拍字节1PB=1024TBEB艾字节1EB=1024PBZB泽字节1ZB=1024EBYB尧字节1YB=1024ZB175ZB图：存储的进化史图：存储的进化史伴随存储技术的发展，存储器尺寸不断减小至芯片量级，平均存储容量逐渐提升至可达伴随存储技术的发展，存储器尺寸不断减小至芯片量级，平均存储容量逐渐提升至可达TB量级量级数字存储的演进：存储器尺寸不断缩小至芯片，容量可达数字存储的演进：存储器尺寸不断缩小至芯片，容量可达TB量级量级数据来源：NIMBUS，长城证券产业金融研究院 随着技术的发展随着技术的发展，存储器尺寸逐渐缩小存储器尺寸逐渐缩小，存储容量大幅提升存储容量大幅提升。根据NIMBUS数据，1960年代，磁带平均容量仅为2.3MB，1970年代软盘开始流行，平均容量同样仅MB量级。伴随着硬盘技术的发展及普及，存储器尺寸不断下降，存储容量大幅提升。1990年代，硬盘存储容量已达到1GB量级。21世纪开始，DRAM、闪存进入人们视野，成为主流存储方式，平均存储容量从GB量级逐渐提升至TB量级。7容量变大容量变大MBGBTB尺寸减小尺寸减小83.5芯片芯片图：存储行业遵循摩尔定律，集成度每图：存储行业遵循摩尔定律，集成度每18个月提升个月提升1倍，性能提升倍，性能提升1倍，单位价格下降一半倍，单位价格下降一半数字存储的演进：符合摩尔定律，每数字存储的演进：符合摩尔定律，每18个月存储单位价格下降个月存储单位价格下降1/2数据来源：NIMBUS，长城证券产业金融研究院8 存储价格变化符合摩尔定律存储价格变化符合摩尔定律，每每18个月集成度提升个月集成度提升1倍倍，性能提升性能提升1倍倍，单位价格下降单位价格下降1/2。根据NIMBUS数据，1960年代，磁带平均容量仅为2.3MB，而每GB价格却高达1791英镑，1970年代流行的软盘价格更是高达2-3万英镑/GB。伴随着硬盘技术的发展及普及，存储价格迅速下降，1990年代，单位GB存储价格跌至100英镑以下，CD-ROM价格仅为6.03英镑/GB。21世纪开始，DRAM、闪存进入人们视野，成为主流存储方式，存储价格进一步下降，单位GB存储价格平均为0.5-0.8英镑。1.E-061.E-051.E-041.E-031.E-021.E-011.E+001.E+011.E+021.E+031.E+041.E+051.E+061.E+071.E+081.E+091955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025Memory Price($/MB)YearFlip-FlopsCoreICs onboardsSIMMsDIMMsBig DrivesFloppyDrivesSmallDrivesFlashMemorySSD温氏架构基本确立温氏架构基本确立存储芯片推出，存储芯片推出，DRAM技术进步技术进步闪存快速发展闪存快速发展100万$/GB，大型计算机存储为主1万$/GB，家用PC等小型存储出现芯片集成度提高，单位存储价格迅速下降10$/GB，FLASH市场需求爆发100$/GB，DRAM技术日渐成熟0.01$/GB，集成度不断提升存储行业每存储行业每18个月个月单单位位价价格格下降下降性性能能提升提升 1 倍倍集集成成度度提升提升1倍倍图：存储的金字塔：速度越快，存储容量越小，数据保留时间越短图：存储的金字塔：速度越快，存储容量越小，数据保留时间越短图：现代数字存储器主要分为光学、磁性、半导体三类图：现代数字存储器主要分为光学、磁性、半导体三类数字存储主要有光学、磁性及半导体三大存储介质数字存储主要有光学、磁性及半导体三大存储介质数据来源：中国存储网，36氪，PC Watch，长城证券产业金融研究院 按照存储介质的不同按照存储介质的不同，现代数字存储主要分为光学存储现代数字存储主要分为光学存储、磁性存储和半导体存储三类磁性存储和半导体存储三类。光学存储包括CD、DVD等常见形式。磁性存储包含磁带、软盘、硬盘等。半导体存储是目前存储领域应用最广、市场规模最大的存储器件，包括当前主流的易失性存储器DRAM，和非易失性存储器NAND FLASH、NOR FLASH等等。9HDD(电磁存储)SSD(NAND Flash)速度速度存储容量存储容量DDR5内存结构内存结构分化分化图：图：2022年存储市场规模：年存储市场规模：DRAM、NAND占比分别达占比分别达49%和和37%图：预计到图：预计到2025年全球存储年新增总容量将达到年全球存储年新增总容量将达到4.7ZB硬盘仍存储大部分数据，硬盘仍存储大部分数据，DRAM/NAND FLASH规模均超规模均超$500亿亿数据来源：IDC，CFM闪存市场，日本HDD协会，CINNO，长城证券产业金融研究院 硬盘仍存储全球大部分数据硬盘仍存储全球大部分数据，闪存存储容量迅速上升闪存存储容量迅速上升。从全球存储容量看，根据IDC数据，2022年全球存储年新增总容量约为3.0ZB，预计到2025年全球存储年新增总容量将达到4.7ZB。2022年，58.0%数据由硬盘存储，而闪存、DRAM、磁带、光学存储器分别为30.5%、1.0%、7.0%、3.5%。从存储市场规模看从存储市场规模看，根据日本根据日本HDD协会数据协会数据，2022年机械硬盘市场规模约为年机械硬盘市场规模约为183亿美元亿美元，占据总体市场的占据总体市场的11.35%；根据；根据CFM闪存市场数据闪存市场数据，2022年年DRAM市场规模约为市场规模约为791亿美元亿美元，占占49.06%；根据；根据CFM闪存市场数据闪存市场数据，2022年年NANDFLASH市场规模约为市场规模约为601亿美元亿美元，占占37.28%。100123452010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025HDDFLASHTapeOpticalDRAM49.06%37.28%2.31%11.35%0%10%20%30%40%50%60%01002003004005006007008009001000DRAMNAND FLASHNOR FLASHHDD图：三大主流存储介质的原理、特点及应用：各有千秋图：三大主流存储介质的原理、特点及应用：各有千秋三大主流存储介质原理及特点：机械硬盘三大主流存储介质原理及特点：机械硬盘VS DRAM VS 闪存闪存数据来源：CSDN，与非网，中国存储网，Lam Research，Gigazine，长城证券产业金融研究院11 机械硬盘主要通过磁头和盘片表面磁性物质的相互作用存储机械硬盘主要通过磁头和盘片表面磁性物质的相互作用存储0,1的信息的信息。机械硬盘主要由很多的盘片组成，而其存储信息的方式就是通过盘片表面的磁性物质来存储数据，利用磁极的不同来标记0,1，当磁头扫过盘面，通过感应电流就可以识别出不同状态，即读取数据；增强磁头的磁性，可以改变盘面记录单元的状态，实现写入数据。DRAM的作用原理是利用电容内存储电荷的多寡来标记二进制比特的作用原理是利用电容内存储电荷的多寡来标记二进制比特(bit)的的0,1。DRAM的基本单元主要由一个晶体管和一个电容组成，电容中有电荷代表“1”，没有电荷代表“0”。由于电容中的电荷会随着时间而慢慢泄露，所以需要周期性地进行“充电”。Flash的最小存储单元是浮栅晶体管的最小存储单元是浮栅晶体管，利用导通特性对应记录不同状态利用导通特性对应记录不同状态。在存储单元晶体管的栅(Gate)中，注入不同数量的电子，通过改变栅的导电性能，改变晶体管的导通效果，实现对不同状态的记录和识别。机械硬盘机械硬盘闪存闪存DRAM工工作作原原理理容量大、价格低但物理体积大容量较大，读写速度较快数据不易丢失，价格较高容量较小、读写速度快但数据易丢失，价格高优优缺缺点点服务器企业办公电脑智能手机、数码相机车载设备、工业设备电脑内存智能手机终终端端应应用用二、机械硬盘，雄风犹在二、机械硬盘，雄风犹在机械硬盘雄风犹在，企业级应用成未来主战场机械硬盘雄风犹在，企业级应用成未来主战场数据来源：IDC，Trendfocus，Statista，TechWeb，CSDN，日本HDD协会，长城证券产业金融研究院 机械硬盘雄风犹在机械硬盘雄风犹在，位列数字存储市场规模第三位列数字存储市场规模第三，市场集中度逐步提升市场集中度逐步提升。根据日本HDD协会数据，2022年机械硬盘市场规模整体约183亿美元，约占数字存储的11.35%，位列第三。2008年以前，机械硬盘市场各厂商竞争激烈。伴随着消费级市场的流失，厂商逐渐退出，市场集中度提升。2020年HDD市场主要玩家为希捷、西部数据和东芝，根据Trendfocus统计数据，希捷、西部数据、东芝的市场份额分别为42.70%、37.00%和 20.30%，依次位列全球第一、全球第二、全球第三。2010年是机械硬盘产业高峰年是机械硬盘产业高峰，出货量自出货量自2011年开始呈现下降趋势年开始呈现下降趋势。随着存储器的更新迭代，尤其是SSD(固态硬盘)技术的进步，机械硬盘的地位受到挑战，2011年开始出货量整体呈现下降趋势，Statista统计数据显示，截至2022年全球机械硬盘出货量下降至1.66亿个。字节出货量上升字节出货量上升，HDD成数据中心标配成数据中心标配。云计算、互联网等带来了旺盛的数据存储需求，且对存储容量及稳定性要求较高。机械硬盘具有寿命长、成熟稳定、容量大的性能优势，成为数据中心的首选。根据IDC数据，2022年机械硬盘字节出货量为1.74ZB，出货容量超过全球存储年出货容量的58%。13图：机械硬盘图：机械硬盘VS固态硬盘价格：固态硬盘价格：SSD每每TB价格约是同类价格约是同类HDD的的2倍倍图：机械硬盘图：机械硬盘VS固态硬盘性能：固态硬盘性能：SSD读写速度更优，读写速度更优，HDD容量更大容量更大性能分类性能分类机械硬盘机械硬盘HDD固态硬盘固态硬盘SSD物理特点有机械部件无机械部件半导体存储半导体存储电磁存储电磁存储体积重量体积大体积小较重轻便工作噪音有噪音(运作时需高速转动磁盘)无噪音(运作时靠电子运动)读写速度较慢(读写数据时需转动磁盘，移动磁头，速度受限)很快存储容量较大较小防震能力弱(内有机械部件，较脆弱)较强数据恢复容易很难寿命(读写次数)较长较短(使用时会磨损闪存)价格便宜较贵容量容量售价售价每每TB价格价格具体型号具体型号机械硬盘1TB289289.00西部数据蓝盘WD10EZEX固态硬盘1TB499499.00三星870 QVO MZ-77Q1T0B机械硬盘2TB379189.50西部数据蓝盘WD20EZAZ固态硬盘2TB899449.50三星870 QVO MZ-77Q2T0B机械硬盘4TB549137.25西部数据蓝盘WD40EZAZ固态硬盘4TB1999499.75三星870 QVO MZ-77Q4T0B机械硬盘6TB869144.83西部数据蓝盘WD60EZAZ机械硬盘8TB1179147.38西部数据蓝盘WD80EAZZ固态硬盘8TB3599449.88三星870 QVO MZ-77Q8T0B图：电磁铁产生的磁场可改变金属粒的磁性，记录存储图：电磁铁产生的磁场可改变金属粒的磁性，记录存储0和和1的信息的信息图：机械硬盘由磁盘、磁头、转轴、磁头臂、永磁铁等组成图：机械硬盘由磁盘、磁头、转轴、磁头臂、永磁铁等组成机械硬盘是传统普通硬盘，信息通过电磁铁转换成电流机械硬盘是传统普通硬盘，信息通过电磁铁转换成电流数据来源：CSDN，Gigazine，长城证券产业金融研究院 HDD(机械硬盘机械硬盘)是传统普通硬盘是传统普通硬盘，主要由盘头主要由盘头、磁片磁片、盘片转轴及控制电机盘片转轴及控制电机、磁头控制器磁头控制器、数据转换器数据转换器、接口和缓存等接口和缓存等几个部分组成几个部分组成。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，信息可以通过相反的方式读取。信息通过电磁铁转换成电流信息通过电磁铁转换成电流。每个硬盘的中心都有高速旋转的磁盘，磁盘表面有高速扫过的记录磁头，每个磁盘上都覆盖着一层薄薄的微小的磁化金属粒，很多组微小颗粒形成的磁化图案记录形成了数据，每一组成为比特，将比特信息通过电磁铁转换成电流，数据就能被读写在硬盘上。这块磁铁会产生一个强大磁场，足以改变金属微粒的磁性，当信息写入磁盘，驱动使用磁读写器将其还原成有意义的形式。14主轴主轴(马达马达)磁头磁头永磁铁永磁铁磁盘磁盘19561979年：硬盘确立温氏架构年：硬盘确立温氏架构15数据来源：IEEE，电子工程专辑，长城证券产业金融研究院 机械硬盘诞生于机械硬盘诞生于1956年年，“温氏架构温氏架构”于于1973年问世年问世。现代硬盘雏形诞生于1956年，由IBM制造，存储容量仅为5MB。1973年，采用“温氏架构”的IBM 3340问世，标志着硬盘基本架构的确立。这种硬盘拥有几个同轴金属盘片，盘片上涂有磁性材料。他们与能够移动的磁头共同密封在一个盒子中，磁头从旋转的盘片读出磁信号的变化。1970-1979年，IBM先后发明了Merlin技术、Thin Film磁头，驱动硬盘数据定位准确性、硬盘密度都大幅提升。图：图：1973年，温彻斯特硬盘年，温彻斯特硬盘(IBM 3340)问世，硬盘的基本架构出现问世，硬盘的基本架构出现图：图：1956年，年，IBM 350 RAMAC机械硬盘机械硬盘(HDD)的鼻祖诞生的鼻祖诞生图：希捷图：希捷 ST 5065.25英寸硬盘，是首款面向个人用户的硬盘英寸硬盘，是首款面向个人用户的硬盘图：图：IBM 3380首款首款GB级容量硬盘，容量达级容量硬盘，容量达2.5GB，重，重250kg1980年代：家用年代：家用PC硬盘崭露头角硬盘崭露头角数据来源：IEEE，CSDN，希捷官网，Ofweek，长城证券产业金融研究院 硬盘容量不断提升硬盘容量不断提升，家用家用PC硬盘崭露头角硬盘崭露头角。1980年，希捷公司由两位前IBM员工创立，开发并推出第一款5.25英寸规格5MB硬盘，这是首款面向个人用户的硬盘，它的出现推动了计算机的诞生。1981年，希捷又推出第二款容量达10MB的硬盘产品，并在市场蔓延开来。而正是1981年，IBM发布了IBM个人计算机，这是计算机领域具有里程碑意义的飞跃。受益于较为小巧的体积，简单的操作，IBM发布的个人电脑大受欢迎，随着个人电脑普及，也带动了家用PC硬盘快速增长。16图：图：1997年，年，GMR巨磁阻效应磁头技术诞生，巨磁阻效应磁头技术诞生，IGM研制出信号变化灵敏度更高的读出磁头，自此硬盘的存储密度实现巨大提升研制出信号变化灵敏度更高的读出磁头，自此硬盘的存储密度实现巨大提升1990年代：硬盘技术快速升级，年代：硬盘技术快速升级，IBM开创民用级开创民用级GB硬盘先河硬盘先河17数据来源：IEEE，电子工程专辑，CSDN，长城证券产业金融研究院 硬盘存储密度大幅提升硬盘存储密度大幅提升。曾在1980年代末，IBM已推出MR(Magneto Resistive磁阻)技术令磁头灵敏度大大提升，盘片的存储密度较之前的20Mbpsi(bit/每平方英寸)提高了数十倍，为硬盘容量的巨大提升奠定了基础。1997年，GMR(GiantMagneto Resistive)巨磁阻技术的成功研发进一步提升了存储密度。如果用MR磁头能够达到3-5Gb/平方英寸的存储密度，使用GMR以后存储密度可达到10-40Gb/平方英寸。民用级硬盘进入民用级硬盘进入GB时代时代。1991年，IBM出了首款应用MR技术的3.5英寸的1GB硬盘0663-E12，开创了民用级GB硬盘的先河，从此硬盘容量开始进入GB数量级，3.5英寸的硬盘规格也由此成为现代计算机硬盘的标准规格。图：图：2009年机械硬盘市场格局，形成“春秋五霸”时代年机械硬盘市场格局，形成“春秋五霸”时代图：图：2004年机械硬盘市场格局，各大厂商竞争激烈年机械硬盘市场格局，各大厂商竞争激烈希捷希捷,26.9%西数西数,17.9%迈拓迈拓,17.6%日立日立,15.3%三星三星,7.6%东芝东芝,7.2%富士通富士通,5.8%其他其他,1.7%希捷希捷,31.4%西数西数,29.6%日立日立,16.4%三星三星,10.0%东芝东芝/富士通富士通,12.6%20002010年代：各大硬盘厂商竞争激烈，行业进入整合期年代：各大硬盘厂商竞争激烈，行业进入整合期数据来源：太平洋电脑网，长城证券产业金融研究院 硬盘厂商进入整合期硬盘厂商进入整合期。2000年起是硬盘行业的整合期，希捷、西数、IBM、三星、迈拓、昆腾、东芝、富士通等各大硬盘厂商竞争激烈。2000年迈拓收购昆腾，2003年日立环储IBM硬盘事业部，2005年希捷宣布收购迈拓，2009年，富士通硬盘被东芝收购，形成希捷、西数、日立、三星、东芝“春秋五霸”时代。2011年西部数据收购日立环储、希捷收购三星硬盘，形成“三国鼎立”局面。18图：图：Deskstar 7K1000产品标签：支持产品标签：支持NCQ技术的技术的SATA 3Gb/s接口接口图：日立采用垂直存储技术推出全球首款图：日立采用垂直存储技术推出全球首款1TB硬盘硬盘Deskstar 7K10002007年：日立环储发布全球首款年：日立环储发布全球首款1TB硬盘硬盘数据来源：中关村在线，长城证券产业金融研究院 垂直存储技术出现垂直存储技术出现，再一次提高硬盘存储密度再一次提高硬盘存储密度。2007年日立环储发布了全球首款1TB硬盘，硬盘售价为399美元，平均每美元可购得2.75GB硬盘空间。该硬盘采用垂直存储技术，将平行于盘片的磁场方向改变为垂直，更充分地利用了存储空间。此外，垂直存储技术能耗小，发热量减小，改善了数据抵抗热退减的能力，提高了硬盘的可靠性。19图：图：2011年年HDD出货量出货量(万万)锐减锐减图：图：2011年年HDD平均售价平均售价(USD/TB)激增激增2010年：机械硬盘达到产业高峰年：机械硬盘达到产业高峰数据来源：希捷公司官网，西部数据官网，Digitimes，与非网，太平洋电脑网，长城证券产业金融研究院 2010年是年是HDD产业高峰产业高峰。2011年上半年日本发生地震，下半年泰国发生洪水。其中日本厂商是重要的磁头、磁盘、马达等HDD配件供应商，泰国是重要的HDD制造基地，这两次自然灾害产生了重大影响，导致2011年HDD硬盘出货量锐减，但也让HDD硬盘价格上升。2040455055606570752006Q32006Q32007Q12007Q22007Q32007Q42008Q12008Q22008Q32008Q42009Q12009Q22009Q32009Q42010Q12010Q22010Q32010Q42011Q12011Q22011Q32011Q4希捷西部数据0100020003000400050006000700080002010Q32010Q42011Q12011Q22011Q32011Q42012Q12012Q22012Q32012Q42013Q12013Q22013Q32013Q42014Q12014Q22014Q32014Q42015Q12015Q22015Q32015Q4希捷（万）西部数据（万）图：价格对比图：价格对比(USD/TB)：随着：随着SSD价格下降，两者差距不断缩小价格下降，两者差距不断缩小图：与机械硬盘相比，图：与机械硬盘相比，SSD的速度性能更优，不存在物理结构瓶颈的速度性能更优，不存在物理结构瓶颈数据来源：IEEE，IDC，长城证券产业金融研究院 机械硬盘自身瓶颈难以突破机械硬盘自身瓶颈难以突破，SSD大敌崛起大敌崛起。受限于物理结构瓶颈，机械硬盘体积难以缩小或成本较高，增长前景显现停滞。固态硬盘(Solid State Drives)由多个闪存颗粒和主控芯片组成，没有运动结构设计；而机械硬盘有碟盘和读写磁头组成。SSD不仅拥有更快的读写速度，而且具有低功耗、防震抗摔性好、发热低等优势。SSD价格逐渐下降价格逐渐下降，与与HDD价格差距不断缩小价格差距不断缩小。随着技术的发展，SSD平均价格与HDD平均价格差异逐渐缩小，加之SSD各方面的性能优势，硬盘市场逐渐被SSD占领。2120112019年：机械硬盘自身瓶颈难以突破，年：机械硬盘自身瓶颈难以突破，SSD大敌崛起大敌崛起0100200300400500600201520162017201820192020HDD平均价格SSD平均价格机械硬盘机械硬盘固态硬盘固态硬盘容量大较小价格便宜贵随机存取一般极快写入次数无限制SLC：10万次MLC：1万次磁盘阵列极难可工作噪音有无工作温度较为明显极低防震能力较差很好数据恢复容易难图：图：HDD出货量从出货量从2011年开始逐渐下降年开始逐渐下降(单位单位:亿亿)图：图：2019年机械硬盘市场格局：大部分机械硬盘厂商减少生产年机械硬盘市场格局：大部分机械硬盘厂商减少生产20112019年：厂商减少年：厂商减少HDD生产，出货量从生产，出货量从2011年开始下降年开始下降数据来源：Statista，IEEE，长城证券产业金融研究院 HDD出货量自出货量自2011年开始下降年开始下降。随着SSD平均价格与HDD平均价格差异的逐渐缩小，以及SSD各方面的性能优势，硬盘市场逐渐被SSD占领，HDD出货量从2011年开始明显下降。大部分机械硬盘厂商减少生产大部分机械硬盘厂商减少生产，西部数据西部数据、希捷市占率分别为希捷市占率分别为24.6%和和15.7%。从市场格局来看，根据Statista数据，三星的市场份额从2009年的10.0%上升至2019年的33.6%，西部数据从29.6%下降至24.6%，希捷从31.4%下降至15.7%，日立从16.4%下降至2.