存储专题系列二：存力需求与周期共振，SSD迎量价齐升

行业评级：增持 分析师：刘牧野证券执业证书号：S0640522040001 核心观点： ◼市占率随性价比攀升，SSD逐步取代HDD。存储介质经历了磁-光-半导体的变化历程，SSD自2005年左右开始进入商用市场，逐渐发展成为如今重要的大容量半导体存储设备。固态硬盘具有比机械硬盘更快读写速度、更短的访问时间等性能优势，在2020年SSD出货量已经首次超过HDD，预计2026年SSD存储成本有望与HDD持平。随着SSD存储成本持续优化，市场竞争力将进一步提高，推动SSD加速替代HDD。在部分性能要求高的应用领域，如高性能PC、笔记本等消费级应用领域以及高性能计算、流媒体应用等企业级应用领域，SSD已经实现了对HDD的替代。 ◼数字经济AI军备赛下，存力自主可控大势所趋。数据已经成为数字经济背景下的一种新生产要素，其存储的安全可信程度将影响国家安全和国计民生。乘我国数字经济的东风与AI技术高速发展，海量数据使我国存储设备需求增长成为必然，数据类型向多模态演进，存储设备性能多方面提升。随着我国存储厂商技术实力增强，国产替代空间广阔，存储国产化的主线已经确立。 ◼长风破浪，我国在SSD产业链各环节奋起直追。美、日、韩等企业在SSD领域具有先发优势，2014年后得益于国内半导体产业在国家政策的支持下加速发展，SSD各环节陆续迎来国产替代的突破。在IDM/NAND Flash晶圆领域，长江存储的232层QLC3DNAND技术已经可以同国际主流原厂正面竞争。主控芯片市场被以群联电子、慧荣科技等台系厂商以性价比优势主导，国科微、得一微、英韧科技等大陆厂商近年也有异军突起之势。我国模组厂呈百舸争流的格局，江波龙、朗科科技等模组厂在全球SSD模组厂自有品牌内份额领先。 ◼改善盈利能力需求迫切，原厂强势拉涨存储价格。NAND Flash市场由美、日、韩企业主导，2022年CR5三星电子、铠侠、西部数据、SK集团、美光的市占率合计为95.41%。存储巨头自22Q3末起相继展开减产措施，通过控制产能释出加速市场恢复供需平衡，各大原厂NAND Flash减产幅度在30%-50%。2023年Q3起减产成效虽逐步显现，但各原厂NANDFlash业务仍陷亏损，一季度涨价态度依然坚定，预计24Q1NANDFlash合约价季涨幅约15-20%。 ◼建议关注：江波龙、香农芯创、朗科科技、德明利等。 ◼风险提示：下游终端需求不及预期风险、行业竞争加剧风险、技术研发不及预期风险、美国科技制裁风险等。 目录 一、市占率随性价比攀升，SSD逐步取代HDD 二、数字经济AI军备赛下，存力自主可控大势所趋 三、长风破浪，我国在SSD产业链各环节奋起直追 四、改善盈利能力需求迫切，原厂强势拉涨存储价格 五、建议关注 六、风险提示 存储经历磁-光-半导体，大容量存储设备固态硬盘自2005年商用 •按照存储介质的不同，现代数字存储主要分为光学存储器、磁性存储器和半导体存储器三类。光学存储器包括CD、DVD等。磁性存储器包含磁带、软盘、HDD硬盘等。半导体存储器是目前存储领域市场规模最大的存储器件。自上世纪40年代电子计算机问世以来，计算机存储设备随着其他硬件设备的发展和软件、数据量的不断增长处于持续的迭代更新中。整体来看，存储介质经历了磁-光-半导体的变化历程，带来了单位存储器容量的大幅上升、数据读写速度的跃升以及存储器单位物理体积的显著缩小。固态硬盘自2005年左右开始进入商用市场，逐渐发展成为如今重要的大容量半导体存储设备。 eSSD和cSSD合计占据NAND Flash 50%左右产能 •2021年NAND Flash占全球存储市场规模41%，eSSD和cSSD合计占据NAND Flash 50%左右产能。根据IC Insights的数据，2021年全球半导体存储器市场中，DRAM占比达56%，NAND Flash约占41%，NOR Flash约占2%，EPROM/EEPROM及其他存储器约占1%。从下游应用需求来看，企业级/服务器为主要应用领域的eSSD占比持续提升，2023年预计消耗全球约29%的NAND Flash产能；以PC应用为主的cSSD消耗了全球约23%的产能；以智能手机应用为主的Mobile产品消耗了约35%产能。 闪存芯片、主控芯片与固件为SSD核心技术 SSD按用途大致划分为消费级、企业级及其他行业级 •SSD按用途大致划分为消费级、企业级及其他行业级（如军工级、工业级等）产品，其中消费级和企业级是SSD的主要应用领域分支。与消费级SSD不同，企业级SSD主要应用于互联网、云服务、金融和电信等客户的数据中心。在数字经济时代，企业越来越将数据视为一项自身核心资产，对数据安全的重视程度越来越高。固态硬盘作为数据的载体，除了高性能和大容量的需求之外，企业客户还对产品包含使用寿命、稳定可靠、功耗控制、系统兼容、数据纠错、数据保存能力在内的多方面性能提出了严格的要求。JEDEC（固态技术协会）在2010年发布的行业标准文件对固态硬盘耐力测试方法和耐力工作负载做出了规范化的要求，企业级固态硬盘需要支持较重的写入工作量、更恶劣的环境条件和更低的不可修复错误比特率（UBER），可看出企业级SSD与消费级的主要差别在于对企业工作环境的适应和对数据完整性的保护。 SSD闪存颗粒单元架构可分为SLC、MLC、TLC和QLC等 •SSD闪存芯片颗粒可根据闪存单元架构分为SLC、MLC、TLC和QLC等。在一个单元内存储1/2/3/4个bit分别被称为SLC/MLC/TLC/QLC。单元状态越密集，一个单元内便可储存更多信息。可以通过增大单元状态的密度进行更多运行和读取的操作，同时每bit成本降低；但相应地，由于单元状态之间的空间狭窄，更大的密度会使性能降级并出现读取错误的可能性，从而导致设备寿命缩短。目前主流的消费级固态硬盘颗粒为TLC与QLC。SLC性能优势突出，主要针对军工、企业级等场景。MLC的读写速度、质量、精确度都次于SLC，成本也要远高于除SLC以外的其他颗粒，价格昂贵，目前多用于工业存储中。TLC、QLC得益于成本的优势与技术成熟度提升，作为日常使用完全可以满足普通消费者的需求，因此被广泛应用在固态硬盘中。目前，市面上定位中高端的SSD较为青睐TLC颗粒，低端则大多采用QLC颗粒。 总线：SATA、PCIe、SAS •总线是计算机不同功能部件之间交互数据的通路。对于固态硬盘而言，总线就是数据自固态硬盘出来到CPU中所走的路。总线是基于物理准则之上的，因此它的承载能力具有一定上限。总线在单位时间内传输的数据总量叫做带宽。固态硬盘的总线包括三种：SATA总线、PCIe总线、SAS总线，其中SAS总线常用于服务器。 协议：AHCI、NVMe、SCSI •协议是物理设备之间进行通信时的“规则”，其内容主要包括设备间如何相互识别、如何建立链接、使用的讯号类型、数据的编码解码方式、数据传输的类型、数据传输的方式以及物理层面上的电压、电流、保持时间和截止时间等。只有当两个设备之间的协议相同或者相容时，才可以正常进行通讯。不同协议能够支持的最大传输速率也不同。固态硬盘涉及到的协议主要有三种：AHCI协议、NVMe协议、SCSI协议，其中SCSI协议常用在服务器上。AHCI主要用于通过SATA总线连接电脑的硬盘设备。NVMe是专门为闪存类存储设计的协议，性能有数倍的提升。在数据传输速率表现层面，NVMe协议传输速度比AHCI协议更快。 •接口、总线、协议在固态硬盘产品中是相辅相成的，可以通过总线的承载能力来判断固态硬盘接口的理论速率上限。 PCIe（NVMe）已占据SSD市场主流，PCIe5.0在企业级逐步渗透 •目前mSATA/M.2最为广泛，新一代企业级SSD设计规范EDSFF未来可期。根据Yole，目前使用最广泛的SSD接口为mSATA/M.2，2022年出货量为2.70亿块，2028年将继续增长至3.84亿块，CAGR约为6%；2.5”/U.2及BGA未来出货量或将减少；而EDSFF作为针对下一代企业和数据中心打造的SSD设计规范，凭借在容量、可扩展性、性能、可维护性、可管理性、散热和电源管理方面的优势，出货量有望从2022年的170万块迅速增长至2028年的1610万块，CAGR高达46%。 •PCIe（NVMe）已占据SSD市场主流，PCIe5.0将于2026年在企业级市场份额超PCIe4.0。NVMe可充分利用PCIe提供的更高带宽，PCIe（NVMe）SSD已经占据主导地位，出货量市场份额将从2022年的80%提升至2028年的90%。2022年，PCIe SSD占企业级固态硬盘的55%，Yole预计到2028年，PCIe在该市场的份额将上升至71%；客户端固态硬盘市场中，PCIe SSD目前2022年的市场份额为85%，有望在2028年份额上升至96%左右。PCIe 5.0固态硬盘于2022年首先向企业级市场发布，PCIe5.0有望在2026年在企业级市场份额超过PCIe4.0。PCIe5.0在客户端市场将首先由游戏本和工作站渗透，但由于消费者需求疲软，2028年前PCIe5.0也不会成为客户端SSD主流。 资料来源：Yole、中航证券研究所整理 固态硬盘以半导体为存储介质，性能远超机械硬盘 •机械键盘是以磁盘为存储介质，而固态硬盘则是以半导体为存储介质，两类产品的内部构造与工作原理显著不同。机械硬盘由上世纪50年代发展至今，通常由玻璃制成的一张或者多张磁盘为核心存储介质，工作时磁盘绕主轴高速转动，产生的气流使得磁头停留在磁盘上方一个微小的距离并以磁化的方式读取磁盘上对应位置的数据；而固态硬盘的的存储介质是闪存颗粒，通过主控运行固件程序来控制数据读写，工作时依靠传递电信号的方式进行数据的传输而不发生任何机械运动。从计算机系统结构上看，主机经文件系统和底层驱动将数据命令通过接口传达给固态硬盘，数据在固态硬盘内部经FTL地址转换后实现在闪存块中的写入和读取。固态硬盘具有比机械硬盘更快的读/写速度、更短的访问时间（更少的延迟）以及更高的每GB存储成本，也存在逻辑和物理地址分离、不能覆写、寿命有限、存在读干扰和坏块等特点，需要通过FTL和固件的其他算法功能包括坏块管理、地址转换、垃圾回收、磨损均衡等算法和功能对其进行管理优化，以提升固态硬盘整体的性能。 2020年SSD出货量首超HDD，2026年SSD存储成本有望与HDD持平 •2020年SSD出货量首次超过HDD，预计2026年SSD存储成本有望与HDD持平。固态硬盘的主要商用时间较机械硬盘晚50年左右，虽然SSD早期市场份额较低，但随着市场对其显著性能优势的认可进一步加深，以及SSD存储成本持续优化，2020年全球固态硬盘出货量达到3.17亿块，首次超过机械硬盘；同时，IDC数据显示，2020年全球企业级固态硬盘支出已超过企业机械硬盘。由于SSD与HDD的工作原理截然不同，自进入市场以来，SSD单位存储成本一直高于HDD，但近年来随着产能的上升和半导体技术的进步，SSD存储成本持续下降中。根据艾瑞咨询，预计2026年SSD单位存储成本将与HDD持平，2026年后更有望低于HDD。SSD存储成本下降后，市场竞争力将进一步提高，将直接推动SSD加速替代HDD。在部分性能要求高的应用领域，如高性能PC、笔记本等消费级应用领域以及高性能计算、流媒体应用等企业级应用领域，SSD已经实现了对HDD的替代。 SSD单盘容量、总出货容量持续提升，2025将占全球存储总量25% •SSD单盘容量与总出货容量持续提升，预计2025年SSD出货容量将占全球存储总量25%。固态硬盘得益于其存储介质NAND Flash相关技术的进步在单盘平均容量和总出货容量上取得了长足的进步，包括存储单元架构由SLC到QLC的演进，以及3D-NAND技术的推出与层数不断增加等。根据艾瑞咨询，2015年全球固态硬盘平均容量为276GB，预计到2023年将增长至894GB，