疯狂的半导体，要警惕悬崖跳水

MPU的出货数量在稳步增长，存储半导体的价格应该不会出现大幅度下滑。但是，当英特尔在美国亚利桑那州的新半导体工厂实现量产时（2024年），MPU有可能会出现供给过剩。

2021-09-30 09:21 · 微信公众号：半导体行业观察　汤之上隆　　

TSMC计划自2021年起三年内投资1,000 亿美元（约人民币6,500亿元）；三星电子计划在2030年之前投资约16.5兆日元（约人民币9,735亿元），且仅用于Foundry领域，此外刚刚获释的李在镕副会长还声称要投资约240兆韩元（约人民币13,570亿元，但是并未披露用于半导体方向的投资额）。美国英特尔计划投资240 亿美元（约人民币1,560亿元），此外还计划未来十年内在欧洲投资约10兆日元（约人民币5,900亿元）。

对于以上这些企业的投资而言，都得到了各国政府的支援，甚至资金补助。中国这边不用说太多。美国为了强化本国的半导体生产实力，计划投资520亿美元（约人民币3,380亿元）。而欧洲计划在未来十年内投资约17兆日元（约人民币10,030亿元）。韩国提出了“K半导体战略”，即如果企业在十年内投资约50兆日元（约人民币29,500亿元），便可享受政府的税收优惠政策。

据2021年8月28日的日本经济新闻报道，今年（2021年）十家主要半导体厂家的合计设备投资额超过了12兆日元（约人民币7,080亿元）。此外，半导体行业组织SEMI的调查显示，在2021年一一2022年间，新开工运营的半导体厂房达到29处（仅包含可以确认到的厂家，出自近期的日本经济新闻）。

对于以上这些“异常”的设备投资现象和工厂的混乱情况而言，笔者认为它们就像电影《汉姆林衣色斑驳的吹笛手（英文名：The Pied Piper of Hamelin）》中跟着笛声跳舞的老鼠（如下图1）。此外，这些跟着笛声跳舞的老鼠的前方是悬崖绝壁，“跳崖”后的结局就是半导体价格的大幅度下跌，接着就是半导体陷入大萧条。

图1 ：全球半导体扩产狂想曲。

（图片出自：eetimes.jp）

01、半导体已经开始大幅度扩产！

虽然主要的半导体厂家计划投资12兆日元（约人民币7,080亿元）、已经开始建设29处工厂，但是要实现量产最快要到2022年的下半年，正常情况下需要到2023年。

但是，这些都预示着半导体的扩产在全球范围内正如火如荼地进行。下图2是每个季度的全球半导体出货金额、出货数量的推移表。在2018年（即存储半导体泡沫破裂时）第三季度（Q3），半导体出货金额达到了2,658亿美元（约人民币17,277亿元），出货数量达到了1,249亿个。

图2：每季度全球半导体出货金额和出货数量（一一2021年第二季度），笔者根据WSTS的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

后来，半导体出货金额和出货数量因存储半导体危机而下滑，原本处于恢复中的行情，又因新冠疫情再次下滑，在2020年第二季度以后迅速恢复。此外，2021年第二季度的出货金额为2,894亿美元（约人民币18,811亿元），出货数量达到1,336亿个，分别刷新了季度最高值。照此下去，未来应该会继续保持增长势头。

下面我们看看各种半导体在每个季度的出货金额（下图3）。2021年第二季度，逻辑半导体出货金额达到363亿美元（约人民币2,359.5亿元），Mos Micro（包括处理器和微控制器）为189亿美元（约人民币1,228.5亿元），模拟半导体为178亿美元（约人民币1,157亿元），各类半导体的出货金额都刷新了季度最高值。

图3 ：各类半导体在每个季度的出货金额（一一2021年第二季度），笔者根据WSTS的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

另一方面，仅有Mos Memory（包括DRAM和NAND型闪存，以下简称为“NAND”）的出货金额没有超过2018年第三季度的最高峰值（441亿美元，约人民币2,866.5亿元）。但是，在2020年第二季度一一2021年年第二季度期间，出货金额的“急剧增长”让人不免心生“恐惧”！之所以这样说，是因为此处的“急剧增长”绝不亚于2016年一一2021年第三季度的存储半导体泡沫时的增长趋势。

话虽如此，存储半导体的出货金额应该不会无限度地一直增长下去。供给肯定会在未来某个时刻超过需求，迫使出货金额下滑。届时存储半导体价格将会下幅度下滑，接下来到来的就是存储半导体的大萧条！

那么，带动存储半导体市场迅速增长的“主角”是DRAM，还是NAND，还是二者？笔者就此展开论述。

02、DRAM的出货金额和出货数量

下图4是DRAM在每个季度的出货金额和出货数量的推移。从图4可以明显地看出，图3的存储半导体市场的爆发式增长是起因于DRAM的。也就是说，在2020年第四季度一一2021年第二季度期间，DRAM的出货金额呈近乎直线式地增长。此处与上图3中存储半导体出货金额的趋势极其相似。

图4：DRAM在每个季度的出货金额和出货数量的推移表（一一2021年第二季度），笔者根据WSTS的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

那么，为什么DRAM的出货金额急剧增长呢？从DRAM的出货数量来看，可以看出2010年一一2018年期间的出货数量基本保持在40亿个左右，但在2019年第三季度前后出现急剧增长，2021年第二季度达到历史最高值一一55.3亿个。

笔者认为原因如下：在2012年以后，真正意义上的DRAM厂家其实仅有三星电子（Samsung）、SK海力士（SK hynix）、镁光科技（Micron Technology）三家企业，三家企业在“在暗地里达成一致意见，并调整生产”，致使出货数量保持为一定数量。然而，2019年下半年以后，DRAM的“主战场”从智能手机转为服务器，导致以上三家公司的放弃了之前达成的一致意见，再次开始了竞争。结果，每家公司的出货数量都出现了增长，这最终导致全球DRAM出货数量迅速增长！

此外，不仅有以上三家DRAM厂家的竞争，还有新冠疫情的影响，笔者将在下面的文章中通过分析DRAM的价格进行明示。

03、NAND的出货金额和出货数量

下面我们来看看NAND在每个季度的出货金额和出货数量（下图5）。2000年以后，NAND的出货数量几乎呈直线上升，然而在2016年以后，停止了增长！原因在于NAND从2D转为3D。在2D的情况下，在使存储单元（Memory Cell ）实现微缩化的同时，也缩小了芯片尺寸。结果，随着微缩化发展，从单片晶圆上获取的NAND数量也出现了增长！

图5：NAND在每个季度的出货金额和出货数量的推移表（一一2021年第二季度），笔者根据WSTS的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

然而，自2016年起，NAND就开始实现3D化。由于3D NAND的容量较大，因此开始纵向堆叠存储单元（Memory Cell）。因此，就3D NAND而言，基本上芯片尺寸没有变化。所以，在3D NAND发展的2016年，出货数量基本持平，没有什么变化。

NAND的出货数量在2018年（存储半导体泡沫之时）第三季度达到了30亿个，在2019年*季度跌落为22亿个。后来，在2019年的第四季度恢复至30亿个，但是又因新冠疫情在2020年的第二季度下滑至约26亿个。不过，后来又呈现出逐渐恢复的趋势，在2021年第二季度达到了历史最高值，即约33亿个。

话虽如此，与DRAM的出货数量的变化（新冠疫情之前约为40亿个，疫情之后约为55亿个，甚至更多）相比，NAND在新冠疫情之前的出货数量约为30亿个，疫情之后约为33亿个，NAND数量的变化程度不及DRAM明显。因此，可以断言，存储半导体市场发生直线增长的“罪根祸首”不是NAND，而是DRAM。

04、DRAM的即期价格（Spot Price）推移

分析至此，我们了解到，在2020年第四季度一一2021年第二季度期间，存储半导体市场急剧扩大的主要原因在于DRAM出货数量的增长。那么，DRAM价格对于存储半导体市场的造成了多大的影响？下面就DRAM的即期价格（Spot Price）和大宗交易价格（Contract Price）展开论述和分析。

首先，下图6是2020年12月31日一一2021年9月17日期间各类DRAM的即期价格，此处的“DDR”为“Double Data Rate（双倍速率同步动态随机存储器）”的缩写，用以表示DRAM的规格，DDR3为DDR2的两倍，DDR4为DDR3的两倍。

图6：各类DRAM的即期价格（2020年12月31日一一2021年9月17日），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

从上图6可以看出，与DDR3相比，DDR4 DRAM的价格较高，同样的DDR4情况下，价格也按照16G、8G、4G的顺序从高到低依次推移。DDR3 也是同样，集成度高的产品价格相对较高。

下面我们把2020年12月31日的DRAM价格定为单位“1”，再看下各类DRAM的价格推移（下图7）。2021年3月一一4月期间，两类DDR3＿2Gb的DRAM价格高达单位“1”的2.4一一2.5倍。其次价格较高的是两类DDR3＿4G，价格高达单位“1”的1.9一一2倍以上，两类DDR4＿4G的价格高达单位“1”的1.8一一1.9倍。

图7：把2020年12月31日的DRAM价格定为单位“1”后，各类DRAM的即期价格（一一2021年9月17日），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

另一方面，集成度最高的16G产品在3月份达到了单位“1”的1.2倍左右，两类DDR4＿8G的产品的价格是单位“1”的1.4一一1.5倍左右。总之，就DRAM的即期价格而言，即使是数据传输速率（bps）较低、集成度不高的传统（Legacy ）DRAM的价格也呈现较高趋势。这种趋势在DRAM的大宗交易价格推移中也可以见证。

05、DRAM的大宗交易价格（Contract Price）推移

下图8是2020年9月一一2021年8月期间各类DRAM的大宗交易价格（Contract Price）推移表，与即期价格一样，价格按照DDR2、DDR3、DDR4的顺序依次增高，同样DDR的情况下，集成度高的产品价格较高。

图8：各类DRAM的大宗交易价格（2020年9月一一2021年8月），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

接下来，我们把2020年12月的大宗交易价格定为单位“1”，再来看看各类DRAM的价格推移（下图9），从下图9 我们可以看出价格从高到低的顺序为：DDR3＿2G、DDR2＿512M、DDR2＿1G、DDR3＿1G。然而，集成度最高的DRAM一一两类DDR4＿8G的价格上涨的程度却是*的。

图9：2020年12月的DRAM大宗交易价格定为单位“1”后，各类DRAM的大宗交易价格（一一2021年8月），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

即，不管是即期价格还是大宗交易价格，传统DRAM的价格都呈现高涨趋势，且集成度高的DRAM价格上涨程度并不明显。那么，为什么会发生以上情况呢？

06、新冠疫情与DRAM价格的关系

价格上涨相对较明显的传统DRAM的主要用途为家用电器等产品。由于新冠疫情的影响，很多人不得不“宅在家中（Stay At Home）”。结果，人们为了舒适地度过宅在家中的生活，就网购了不少家用电器产品。而这些家用电器并不需要数据传输速率（bps）较高、集成度较高的DRAM。因此，不怎么在市场流动的传统DRAM的价格反而出现了上涨趋势。

下面的内容进一步证实以上推论。首先，再看下图7，价格高涨的传统DRAM的即期价格自7月份开始下滑，此时新冠疫苗开始在全球范围内推广，且很多城市解封。因此，“宅经济”带来的需求出现了下滑。但是，传统DRAM的大宗交易价格依旧呈现高涨趋势，那么笔者的推论是否正确呢？还需要再次验证！

此外，下图10是按照集成度来分的各月DRAM出货数量。几乎每3 一一4年，DRAM就会进行一次更新换代，现在主流的DRAM为4G以上的8G和16G。2G的即期价格和大宗交易价格在2013年达到最高，1G在2010年达到最高，512M在2008年达到最高，因此，出现市场上的DRAM的*数量是很少的，数量本身就很少的DRAM却因为新冠疫情而成为必需品，因此价格上涨了两倍甚至更多。

图10：按照集成度来分的各月DRAM出货数量（1991年1月一一2021年6月），笔者根据WSTS的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

07、DRAM价格高涨对DRAM出货金额的影响

下面我们再看下图4中的2020年第四季度一一2021年*季度期间DRAM出货金额大幅度上涨的情况，此处出货金额大幅度增长的主要原因在于DRAM出货数量的增长。

那么，DRAM价格的上涨到底带来了多大的影响呢？从上图10 的各集成度的DRAM出货数量图来看，可以看出，如今生产的产品几乎都为4G、8G、16G。从上图9可以看出，集成度较高的DRAM（如8G）的大宗交易价格几乎上升了1.44倍。

下面我们计算一下，为什么在2020年第四季度一一2021年第二季度期间，DRAM的出货金额出现了急剧增长。（下图11）

图11：2020年第四季度一一2021年第二季度期间，DRAM出货金额增长的主要原因。（图片出自：eetimes.jp）

DRAM的出货金额从149.86亿美元（约人民币974.09亿元）增至235.30亿美元（约人民币1,529.45亿元）（1.57倍）。

DRAM的出货数量从48.88亿个增至55.29亿个（1.13倍）。

主流的DDR4＿8G的大宗交易价格从1.85美元（约人民币12.02元）增至4.1美元（约人民币26.65元）（1.44倍）。

（出货数量1.13）*（价格上升1.44）=1.62。

如上所述，DRAM出货金额的增长比例（即1.57倍）几乎与以上计算值（1.62，出货数量的1.13*主流DRAM价格的1.44）一致。因此，可以说，上图4中DRAM出货金额的增长，与出货数量的增加和价格的上涨两个方面有关系。此外，原以为出货数量增长的产品的影响会相对较大，其实，价格上涨的产品的影响反而更大。

08、NAND的即期价格推移

下面我们也顺便分析一下NAND的即期价格和大宗交易价格（笔者事先声明，很难分析其原因）。首先我们看一下下图12，即2020年12月31日一一2021年9月17日期间的各类NAND的即期价格推移。此处，SLC为“Single Level Cell（一个存储单元内可写入1bit）”的缩写，MLC为“Multi Level Cell（一个存储单元内可写入2bit）”的缩写，TLC为“Triple Level Cell（一个存储单元内可写入3 bit）”的缩写。此外，所谓的3D TLC指的是3D NAND，不带3D的NAND都是2D NAND。

图12：各类NAND的即期交易价格（2020年12月31日一一2021年9月17日），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

我们再看下上图12，3D TLC 1T（1 TB，Terabyte，太字节）的价格最贵，SLC 1G和SLC 2G的价格*，其他产品不呈现规律性。

与DRAM一样，我们把2020年12月31日的价格看做单位“1”后各类NAND的价格推移如下图13所示。要解释下图13，是十分困难的。首先，从整体来看，与DRAM的即期交易价格一样，NAND也没有价格增长达两倍的现象。价格上涨最明显的SLC＿2G也不过仅上涨了1.2 一一1.27倍。

图13：把2020年12月31日的NAND价格看做单位“1”后，各类NAND的即期交易价格（一一2021年9月17日），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

此外，从上图13 还可以看出，MLC＿128G和MLC＿256G的价格几乎呈直线上涨，此外，SLC＿16G的价格在八月下旬突然出现高涨。另一方面，SLC_8G在4月中旬以来，低于单位“1”，为0.93，且一直持续低迷。

那么，为什么NAND会出现以上趋势呢？无法很清晰地解释其理由，比方说，SLC＿2G和SLC＿1G的价格呈现上涨趋势。SLC类产品集成度较低，可用于车载方向（虽然要求的可靠性较高，但集成度要求较低，笔者想不出其他方向用途，不过，此处也并非是有力例证）。

09、NAND大宗交易价格的推移

下面我们看下2020年12月一一2021年8月期间的各类NAND的大宗交易价格推移（下图14）。其中，价格最高的为SLC＿32G，其次为SLC＿16G，然后为MLC＿128G。此处可以看出，NAND的价格高低与集成度并不成正比。

图14：各类NAND的大宗交易价格（2020年12月一一2021年8月），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

集成度同样为32G，MLC的价格为3美金左右（约人民币19.5元），SLC的价格是MLC的四倍多，为12.55美元（约人民币81.56元），即，汽车、高性能计算机等对可靠性要求较严格的产品一般采用的是SLC，而不是MLC。

NAND厂家也在研发TLC的下一代产品：Quad Level Cell（4 Bit Cell）和 Penta Level Cell（5 Bit Cell），然而，这些Multi-bit-cell产品似乎并不是适用于所有的终端产品。

我们把2020年12月的大宗交易价格定为单位“1”后，再来看看各类NAND的价格推移（下图15），在2021年3月一一4月期间几乎所有的NAND的价格都上涨至1.06一一1.11倍，6月至7月再次上涨至1.5一一1.18倍。

图15：把2020年12月的大宗交易价格定为单位“1”后，各类NAND的大宗交易价格（一一2021年8月），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

此外，在2021年8月，价格上涨程度从高到低依次为：MLC＿32G、MLC＿128G、MLC＿64G、SLC＿1G（此时，笔者觉得头脑一片混乱）！的确，SLC_1G的即期价格的上升程度较明显（参考上图13 ），截止到8月中旬，即期交易价格上涨最明显的SLC＿2G的大宗交易价格几乎没有上涨（请对比上图13和图15）。

此处我们汇总一下，就NAND而言，无论是即期价格还是大宗交易价格的变化程度都不及DRAM。此外，存储单元（Memory Cell）的大小、集成度与NAND的价格之间似乎不存在正相关关系。另外，从下图16可以看出，当下主流生产的256G NAND正在被512G以上高集成度产品取代。

图16：各集成度的NAND的每月出货数量（1991年1月一一2021年6月），笔者根据DRAMeXchange的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

10、存储半导体市场的急剧增长会持续到何时？

从各个季度的各类半导体的出货金额（上图3）来看，2020年第四季度一一2021年第二季度期间，存储半导体市场急剧增长，上文中笔者已经论述了出现急剧增长的主要原因在DRAM，不在NAND。此外，DRAM的季度最高出货数量超过了55亿个，且作为主力的8G的大宗交易价格上涨了1.44倍，因此，DRAM的出货金额增长了1.57倍，增至235.3亿美元（约人民币1,529.45亿元）。

此外，我们还了解到传统DRAM的即期价格和大宗交易价格都增长了两倍多。由于传统DRAM的*数量较少，因此当“宅经济”带动各类家电产品需求增长时，传统DRAM价格出现了高涨。

DRAM市场（或者说存储半导体市场）的急剧增长会持续到什么时候呢？这要看MPU（微处理器，Micro Processor Unit）的情况（下图17），2016年英特尔的10纳米工艺启动失败。后来，英特尔虽然又继续为14纳米“续命”，为了提高MPU的性能，增加核（Core）数，因此芯片面积增大，导致从单颗晶圆上获得的芯片数量减少。