本文主要是關(guān)于NOR Flash的相關(guān)介紹,并著重對NOR Flash的原理性能及其行業(yè)趨勢進行了詳盡的闡述。
NOR Flash
它是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)之一。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR Flash 技術(shù),徹底改變了原先由EPROM(Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲器)和EEPROM(電可擦只讀存儲器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一統(tǒng)天下的局面。緊接著,1989年,東芝公司發(fā)表了NAND Flash 結(jié)構(gòu),強調(diào)降低每比特的成本,有更高的性能,并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。NOR Flash 的特點是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP ,eXecute In Place),這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運行,不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR 的傳輸效率很高,在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。NAND的結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些,而NAND的寫入速度比NOR快很多,在設(shè)計中應(yīng)該考慮這些情況?!?a target="_blank">ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)從入門到精通》 李亞峰 歐文盛 等編著 清華大學(xué)出版社 P52 注釋 API Key。
性能比較
flash閃存是非易失存儲器,可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進行,所以大多數(shù)情況下,在進行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的,而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內(nèi)所有的位都寫為0。
由于擦除NOR器件時是以64~128KB的塊進行的,執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為5s,與此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的塊進行的,執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。
執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距,統(tǒng)計表明,對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時),更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。這樣,當選擇存儲解決方案時,設(shè)計師必須權(quán)衡以下的各項因素。
l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。
2、 NAND的寫入速度比NOR快很多。
3 、NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
4 、大多數(shù)寫入操作需要先進行擦除操作。
5 、NAND的擦除單元更小,相應(yīng)的擦除電路更少。
此外,NAND的實際應(yīng)用方式要比NOR復(fù)雜的多。NOR可以直接使用,并可在上面直接運行代碼;而NAND需要I/O接口,因此使用時需要驅(qū)動程序。不過當今流行的操作系統(tǒng)對NAND結(jié)構(gòu)的Flash都有支持。此外,Linux內(nèi)核也提供了對NAND結(jié)構(gòu)的Flash的支持。
詳解
NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù),徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著,1989年,東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu),強調(diào)降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經(jīng)過了十多年之后,仍然有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。
像“flash存儲器”經(jīng)??梢耘c相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處,因為大多數(shù)情況下閃存只是用來存儲少量的代碼,這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。
NOR的特點是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place),這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運行,不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高,在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。
NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。
NOR Flash行業(yè)趨勢分析
1汽車與工控拉動2016 趨勢反轉(zhuǎn)
從各方面驗證,2016年是NOR的拐點。首先,NOR市場為什么過去持續(xù)下跌?一方面是NAND由于更高的性價比在智能機領(lǐng)域替代NOR,另一方面是功能機出貨持續(xù)下滑。但目前情況是NAND替換已經(jīng)完成,在智能機應(yīng)用穩(wěn)定在ISP、TDDI、AMOLED等領(lǐng)域以及低端功能機,而功能機領(lǐng)域還有較大市場且增速的下滑也已經(jīng)趨于平緩。根據(jù)Gartner,2016年功能機出貨3.96億部,同比增速-5.71%,遠小于過去幾年兩位數(shù)以上的衰退,其背后原因是由于收入結(jié)構(gòu)與人口結(jié)構(gòu)等因素影響,仍有較多地區(qū)以功能機為主,根據(jù)PEW研究,東南亞、印度、非洲與日本(由于人口老齡化影響)智能手機普及率僅有20%、17%、10%與39%(全球平均水平是43%)。因此對于功能機,我們預(yù)計仍有3億部左右的筑底市場存在,對應(yīng)25%的下降空間,預(yù)計未來幾年功能機下滑速度持續(xù)在10%以內(nèi)。
傳統(tǒng)功能機市場下滑明顯趨緩的同時,工控與汽車等新應(yīng)用在強勢崛起。華邦電汽車和工用占比從2012年2%迅速提升至2016年18%。而旺宏汽車和工控占比也從09年的不到3%一路提升至16年的20%,復(fù)合增長率達39.08%。而根據(jù)CYPRESS,專用于ADAS系統(tǒng)NOR市場也預(yù)計將從2016年的0.28億美元增長至2021年的1.21億美元,對應(yīng)復(fù)合增長率28%。
2調(diào)高TDDI AMOLED需求拉動預(yù)期
AMOLED與TDDI對NOR Flash需求拉動可能比我們預(yù)計的更樂觀。(a)Amoled:由于亮度均勻性和殘像是AMOLED兩大難題(Mura),因此需要通過外部驅(qū)動電路感知像素的電學(xué)或光學(xué)特性然后進行補償(De-mura),而由于De-mura編碼整合進入驅(qū)動IC成本過高,因此需要外掛一顆8Mb(Full HD)或32Mb(QHD)的NOR Flash,目前為三星供應(yīng)NOR的主要為臺資廠商旺宏和華邦電,而旺宏是蘋果獨家供應(yīng)商,一顆單價約為0.2-0.5美元,我們測算17/18年新市場空間1.90/2.4億美元。(b)TDDI:TDII是將觸控與顯示驅(qū)動芯片集成。根據(jù)Synaptics,2017/2018年全球TDDI銷量3.8/5.3億顆,對應(yīng)市場0.38/0.53億美元。(c)eflash滲透率:在我們原先假設(shè)中,考慮到eFlash(嵌入式NOR)是趨勢,因此18/19/20年按照20%/50%/70%假設(shè)eflash占比,但由于面積和成本,以及高低壓制程不兼容(eflash運行在12V,而驅(qū)動IC運行在28V)等因素,我們進一步調(diào)低eflash 18/19/20比率至0%/5%/15%,同時假設(shè)17/18/19/20年NOR的平均價格漲幅為30%/10%/-10%/-10%,對應(yīng)17/18/19/20年新增市場規(guī)模2.98/4.50/5.09/5.42億美元(由于17年OLED用NOR一大增量來自于蘋果新款手機,預(yù)計蘋果機相對安卓機零部件價值量高,因此17年OLED用NOR相對16年實際提價假設(shè)43%)。
3市場未來預(yù)計維持二位數(shù)增長
在傳統(tǒng)應(yīng)用下滑趨勢減緩,汽車、工控、AMOLED與TDDI等新應(yīng)用強勢拉動的背景下,預(yù)計17~2020年NOR Flash市場復(fù)合增長率15.74%,至2020年市場規(guī)模有望達到47.68億美元。
中性預(yù)期下未來幾年產(chǎn)能小幅穩(wěn)健提升
從供給角度整體收縮,美光逐步退出市場,CYPRESS退出中低容量,臺系與大陸廠商進行擴產(chǎn)。中性預(yù)期下我們預(yù)計17/18/19年全球NOR的產(chǎn)能在20.16/22.95/25.98萬片/月,YOY分別為-5.81%/13.84%/13.22%。
美光已經(jīng)停產(chǎn)其生產(chǎn)NOR的8寸產(chǎn)線,對應(yīng)月產(chǎn)能2萬片/月,而我們預(yù)計其另一條月產(chǎn)能1.2萬片/月,生產(chǎn)汽車和工控產(chǎn)品的12寸線也有可能在未來幾年退出。
另一方面,CYPRESS近期也宣布持續(xù)退出中低容量的NOR,轉(zhuǎn)而專注汽車與工控領(lǐng)域。2017年的CYPRESS分析師見面會, CEO Hassane El-Khoury聲明公司NOR的目標是維持毛利率在50%,而傳統(tǒng)應(yīng)用毛利率普遍在25%左右(兆易創(chuàng)新存儲部分2016年毛利率25%;旺宏2016年毛利率24 %),因此公司將會專注于汽車與工控等高端市場。CYPRESS此前已經(jīng)退出部分傳統(tǒng)市場,對應(yīng)8000萬美元的市場規(guī)模,預(yù)計未來2-4年將會將其產(chǎn)能減少至50%以下。
根據(jù)Trend Force,2016年CYPRESS市占率25%,美光市占率18%,綜合CYPRESS和美光信息,不考慮美光12寸線的退出,預(yù)計未來3-4年將會有12%~20%的供給空缺出現(xiàn),且預(yù)計主要的產(chǎn)能收縮出現(xiàn)在頭兩年(盡管美光是出賣設(shè)備,但是預(yù)計如果是新的進入者接手設(shè)備,預(yù)計需要4年以上時間大規(guī)模達產(chǎn),如果是市場傳統(tǒng)玩家,也需要1年半以上時間)。而另一方面,***和大陸預(yù)計未來將會持續(xù)擴產(chǎn),搶占市場。根據(jù)華邦電、旺宏、力晶等,臺系大廠未來幾年都有明確的擴產(chǎn)計劃,其中力晶甚至?xí)鸩綄CD驅(qū)動IC轉(zhuǎn)移至合肥廠生產(chǎn),空余產(chǎn)能生產(chǎn)NOR,最高產(chǎn)能高達2.4萬片/月(12寸)。而對于大陸NOR擴產(chǎn),我們持有謹慎關(guān)注態(tài)度,與競爭對手不同,國內(nèi)NOR生產(chǎn)主要由代工廠生產(chǎn),而NOR一般是毛利率最低的產(chǎn)品,代工廠一般不會主動加大NOR的產(chǎn)能,另一方面國內(nèi)NOR大廠武漢新芯上游硅片受到日系廠商限制,預(yù)計今明兩年對大陸NOR總供給產(chǎn)生影響。因此,綜合以上信息,假定不存在新的進入者,中性預(yù)期下我們預(yù)計17/18/19年全球NOR的產(chǎn)能在20.16/22.95/25.98萬片/月,YOY分別為-5.81%/13.84%/13.22%。
供不應(yīng)求可能成為常態(tài),缺口有望維持至19年
117年缺口13.40%,且有拉大趨勢
將2016年作為供求平衡年,設(shè)為基數(shù)100,綜合供需兩方面因素,未來幾年NOR Flash供不應(yīng)求可能是一種常態(tài),17年缺口預(yù)計13.40%,且有加大趨勢。
2大陸存儲雄心勃勃,不容忽視的不確定性
與海外不同的是,大陸的NOR Flash產(chǎn)業(yè)目前以Fabless為主,目前生產(chǎn)掌握在武漢新芯和中芯國際等晶圓廠手中,并且政府已經(jīng)變成強勢主導(dǎo)地位,一個可能的問題的是,國家平臺(紫光系)或者地方平臺(福建、合肥)未來是否會進入這個市場?倘若進入,對市場沖擊幾何?
我們的觀點是預(yù)計國家或者地方平臺不會進入該市場,即使進入,2020年前也可能不會改變供不應(yīng)求的基本局面。首先,政府平臺主要目標是在DRAM/NAND等主流市場實現(xiàn)國產(chǎn)替代,而不是進入大陸已經(jīng)占有優(yōu)勢的NOR;其次,相對于動輒300億美元的DRAM/NAND,NOR的市場太小了不足以容納百億美元以上投資的地方隊和國家隊,所以我們預(yù)計國家或地方平臺不會進入該市場。倘若進入,預(yù)計19年大陸實現(xiàn)10萬片/月的產(chǎn)能才能實現(xiàn)供求平衡,而16年產(chǎn)能45萬片,17年由于硅片緊張預(yù)計產(chǎn)能收縮。因此我們認為即使考慮新的進入者或大陸擴產(chǎn),在此情況下預(yù)計產(chǎn)能缺口仍將有望延續(xù)至2019年(對應(yīng)于圖9的虛線預(yù)測,19年達到平衡條件是大陸總產(chǎn)能達到9萬片/月,預(yù)計對應(yīng)17年~19年產(chǎn)能復(fù)合增長率69%)。
標的分析:推薦大陸與臺系優(yōu)質(zhì)公司
從市場角度來看,旺宏、兆易創(chuàng)新等都將受益于行業(yè)變化。
1兆易創(chuàng)新(603986.SH):A股唯一存儲器標的,股價已跌至定增價
公司是三大確定性市場唯一標的。公司是大陸NOR Flash龍頭,也是A股唯一存儲標的,全球市占率7%;在MCU領(lǐng)域,公司定位32位MCU且業(yè)績飛速提升;同時公司外延并購汽車芯片龍頭ISSI。收購?fù)瓿珊螅滓讋?chuàng)新成為了A股唯一純正存儲器設(shè)計公司、A股唯一汽車芯片領(lǐng)域公司,以及A股唯一經(jīng)營高端MCU業(yè)務(wù)的公司。
公司作為A股NOR Flash龍頭,預(yù)計深度受益漲價潮。公司過去幾年業(yè)績實現(xiàn)快速成長,13-16年歸母凈利潤復(fù)合增長率37.98%,尤其是17Q1受益漲價歸母凈利同比增94.20%。作為大陸NOR Flash龍頭,預(yù)計深度受益行業(yè)趨勢變化。尤其是國內(nèi)AMOLED產(chǎn)能預(yù)計在2018年開始逐漸放量,預(yù)計對應(yīng)18/19年0.50/1.05億美金的市場規(guī)模,而兆易創(chuàng)新作為國內(nèi)最大的NOR供應(yīng)商,供應(yīng)容量偏小,有望拿到大部分市場。
目前市場對公司疑慮有二:(1)公司產(chǎn)能問題。而據(jù)我們了解產(chǎn)能問題已經(jīng)解決,武漢新芯產(chǎn)能逐步轉(zhuǎn)移至中芯國際,全年產(chǎn)能預(yù)計同比只增不減。(2)公司外延項目過會問題。公司本次收購是優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)強強聯(lián)合,并不涉及借殼上市。而且所涉及問題在預(yù)期內(nèi),預(yù)計過會概率相對較大。即使收購ISSI出現(xiàn)問題,我們預(yù)計公司17年凈利潤4.52億元,對應(yīng)PE(2017E) 是37.61倍,而目前封測企業(yè)平均估值31.44倍,作為輕資產(chǎn)的fabless,且NOR和MCU兩大主業(yè)都保持較高增速的兆易創(chuàng)新,預(yù)計本身估值相對穩(wěn)健。且公司股價跌至定增價,外延預(yù)期已經(jīng)擠出,如果定增通過將成為較好買點。
風(fēng)險提示。過會風(fēng)險,業(yè)績增長不及預(yù)期。
2旺宏(2337.TW):12寸線爬坡價量齊升,SWTICH加持助ROM業(yè)績反轉(zhuǎn)
旺宏是非易失存儲器臺系龍頭,是全球最大的NOR和ROM(只讀存儲器)供應(yīng)商。公司成立于1989年,產(chǎn)品線以NOR,ROM,NAND和代工為主,其中NOR和ROM分別占公司16年營收58%和20%。公司一共有6寸(一廠)、8寸(二廠)、12寸(五廠),其中二廠與五廠以自產(chǎn)產(chǎn)品為主,一廠以代工PMIC和驅(qū)動芯片等為主。由于10年85億臺幣購買竹科12寸晶圓廠折舊費龐大、NOR市場萎縮疊加價格下降, ROM業(yè)務(wù)受到任天堂3DS (2011發(fā)布) 和 WiiU (2012發(fā)布)低于預(yù)期等因素影響,公司過去幾年處于虧損狀態(tài)。
受益于公司12寸線產(chǎn)能爬坡,公司業(yè)績提升明顯,毛利率迅速恢復(fù)。過去幾年公司12寸廠處于產(chǎn)能爬坡期,從2011年17.26億新臺幣提升至128.32億新臺幣。由于產(chǎn)能爬坡,公司毛利率大幅改善,16Q3業(yè)績已經(jīng)轉(zhuǎn)虧為盈。
公司是NOR Flash龍頭,市占率25%,必將深度受益行業(yè)趨勢變化。公司16年成為全球NORFlash龍頭,市占率高達25%。公司NOR業(yè)務(wù)下游應(yīng)用以消費為主,汽車與工控業(yè)務(wù)增長迅速,從09年的不到3%一路提升至16年的20%,復(fù)合增長率達39.08%。
SWTICH加持助ROM業(yè)績反轉(zhuǎn)。SWTICH掌機超預(yù)期大賣,而公司是ROM和NOR獨家供應(yīng)商,預(yù)計18年SWTICH銷量1800萬套,截止2020年可以達到6500萬套,4.9億枚卡帶(一枚卡帶需要一枚ROM)。公司17Q1 ROM出貨量大增,同比增800%。
風(fēng)險提示。業(yè)績增長不及預(yù)期。
3華邦電(2344.TW):受益存儲器漲價,業(yè)績釋放看新廠投產(chǎn)進度
華邦電成立于1987年9月,是***專業(yè)從事利基型內(nèi)存IC設(shè)計、制造與銷售公司,華邦電核心產(chǎn)品包含NOR Flash、利基型DRAM及移動隨機存取內(nèi)存(Mobile DRAM)。在NOR Flash領(lǐng)域,公司16年全球市占率達17%,是臺系第二大龍頭。
進入西門子供應(yīng)鏈,汽車/工控業(yè)務(wù)占比持續(xù)提升。由于汽車/工控市場產(chǎn)品性能重于成本,長生命周期,高毛利率,高成長性等因素,該市場成為公司業(yè)務(wù)布局重點,16年該業(yè)務(wù)同比成長超20%,占比從2015年11%提升至18%。公司客戶包括Bosh、大陸等全球龍頭,今年公司順利切入西門子供應(yīng)鏈,營收與毛利率有望進一步提升。
公司新廠Fab C 17Q3投產(chǎn),業(yè)績釋放看新廠投產(chǎn)進度。華邦電17Q3新廠開出,新廠主要用于DRAM制程轉(zhuǎn)換(46nm轉(zhuǎn)38nm),初期以利基型DRAM為主,最大產(chǎn)能1.5萬片/月??紤]到此次是華邦電五年來首次制程微縮,以及新廠產(chǎn)能投放進度,預(yù)計公司近兩年業(yè)績將很大取決于新廠投產(chǎn)進度,中長期有力提升公司競爭實力。
結(jié)語
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