进入牛年以来,芯片短缺的情况依然严峻。而在这其中,DRAM面临的短缺尤为严重。

根据IC Insight的预测,2021年,增长最快的芯片前三分别是DRAM、NAND FLASH和汽车专用芯片,存储芯片占据了前两名的位置。

在景气预期下,最近美股的存储芯片龙头美光科技也涨幅惊人,从去年10月至今已经上涨了60%。

但是,存储芯片行业真的是一个好的投资对象吗?从历史来看,存储芯片或者说DRAM企业,从来不是像可口可乐那样,一个配方可以卖几十年的现金牛公司。在其短短的四十年发展历史中,充满了残酷的竞争,不光是公司之间,还包括国与国之间的深度博弈。参与的公司不是现在破产,就是晚几年再破产。即使所有的钱烧到最后都变成了工厂和机器,但是谁也不敢停下来,也不能停下来。

数据来源:网络,摩尔定律,部分DRAM编年史

一.日本崛起,美国退出

上世纪70年代,以英特尔为首的美国厂商是DRAM领域的霸主。趁着IBM忙于应对反垄断调查,年轻的英特尔快速完善了DRAM生产工艺中的缺陷,推出容量为1K的DRAM,同时售价仅仅为10美元。相比之下,当时市场的主流磁芯存储器,虽然已经称霸市场20多年,但是又笨重又昂贵,更重要的是,磁芯的尺寸已经发展到极限,很难再缩小,也意味着存储密度很难再提升。而DRAM代表的集成电路,摩尔定律才刚刚开始。体积小又便宜的DRAM很快就占据了市场,英特尔在1970年第一次推出DRAM存储器,到1974年已经抢占了全美82%的市场份额。

来源:网络,磁芯存储器

不过,技术创新只能走得快,要走得远还要看技术门槛。英特尔的成功很快吸引了同行的跟进,德州仪器、莫斯泰克等半导体公司通过逆向工程,很快解(抄)构(袭)了DRAM的制造方法,并且做出了改进。整个70年代,虽然几家美国厂商是存储器的主角,但是在摩尔定律的阴影下,谁都无法笑到最后。虽然英特尔有着先发优势,但是德州仪器在1973年推出成本更低的4K DRAM后,成为了强劲的竞争对手;而后起之秀莫斯泰克,在1976年推出了新工艺的DRAM,容量提升到16K,又打败了前两者,一度占据全球75%的市场份额。由此可见,DRAM这种标准化产品,竞争有多残酷。厂商基本不看品牌,谁的良率高,质量好,容量大,速度快,谁就能抢占最大的市场份额。

而这个道理在整个80年代,日本厂商进入后,体现得更加淋漓尽致。从70年代开始,经济快速崛起的日本就已经瞄准了半导体领域。但是和美国厂商内部竞争不同的是,日本采取了举国体制。1976年,日本政府启动了"DRAM制法革新"项目。在资金上,政府召集了当时日本国内最强的几家电子厂商 —— 日立、NEC、富士通、三菱、东芝,政府+企业合共投入720亿日元(相当于2.36亿美金)。在科研上,由几家日本顶级的电子计算机研究所牵头,成立了国家级科研机构:VLSI技术研究所,调动了当时日本最顶级的技术精英,制定了明确的科研目标:64K DRAM和256K DRAM的实用化。在政策上,日本政府为半导体企业提供了巨额的财政政策,包括税负减免、低息贷款等等。有资本、有技术、有政策,日本在DRAM领域强势突围,1978年,日本即追赶上了摩尔定律和美国同行,成功研制64K DRAM,几乎和德州仪器、莫斯泰克同一时间。

在技术跟上的同时,日本DRAM的成本大大低于美国,而质量又要好于美国企业。有一个流传甚广的故事,说是1980年惠普公司采购DRAM内存,有3家日本企业和3家美国企业竞标。惠普对他们的产品进行质检后发现,即使是美国最好的DRAM公司,芯片良率都比不上日本最差的DRAM公司,可谓是完全碾压。同时,日本企业为了抢夺市场,价格普遍低于美国产品。产品又便宜又好,自然就抢占了大部分的市场份额,到了1989年,日本的存储芯片产品占世界市场的53%,全球第一。而曾经的世界DRAM龙头英特尔,在1985年无奈宣布退出DRAM市场。

来源:云锋金融,1990 年全球十大半导体企业

DRAM前20年的发展,生动的诠释了商业世界的规律:在一个竞争壁垒不宽,同时又完全开放的市场,领先者要保住竞争优势非常困难,只能不断的创新。

二.韩国崛起,日本退出

日本在DRAM市场的成功,证明了日本制造的实力,曾经被美国人认为是劣质产品的日本货,逐步转变为工匠精神的代表。但是,在日本的半导体行业最巅峰的时刻,行业的玩法变了。半导体行业从本来的各大厂商自由竞争,上升至国家之间的博弈。

来源:网络,美国人,打不过就卡脖子

1985年,英特尔创始人诺伊斯拉着各大半导体企业成立了美国半导体协会(SIA),随后向政府重点游说一个观点:日本的半导体崛起,将会影响国家安全。因为包括武器、计算机在内的高科技都要用到半导体,假如美国半导体崩溃了,势必有一天会被日本卡脖子。(这句话是不是听着很熟悉?)再加上1987年东芝疑似爆出秘密向苏联供货,用于潜艇制造,当时苏联和美国还处于冷战之中。于是,华盛顿将半导体行业地位提升到国家安全级别,逼迫政治、军事实力处于绝对下风的日本签署《美日半导体协议》,协议除了规定日本在美国的市场份额上限,逼迫日本开放国内市场,还被实施了巨额的关税。美国是当时世界上最大的消费市场,日本失去美国市场份额的打击很大。签署协议后,日本厂商的地位逐步下滑,到1992年,英特尔又重新夺回了半导体世界排名第一的位置。

《美日半导体协议》的另外一个受益者还有今天DRAM领域王者 —— 三星。实际上,美国从1980年就开始扶持另外一个小弟 —— 韩国在半导体行业发展,一如他们在50年代扶持日本作为对抗苏联的棋子那样。从80年代开始,韩国就走上日本的老路,通过"政府+大财团"的模式发展,韩国四大财阀在DRAM领域进行了疯狂的投资。1983年,从美光买到技术,从夏普获得加工工艺的三星,在京畿道器兴地区建成首个芯片厂,当年11月即成功研发64K DRAM,和行业领先者的差距大概是5年。但是由于技术落后,以及日本厂商的强势,在1987年之前,韩国厂商一直处于血亏的状态。比如说1984年,DRAM价格从年初的4美元/片,一路下滑至1985年的30美分/片,而三星的生产成本高达1.3美元/片。于是到1986年底,三星半导体累计亏损3亿美元,基本亏空了所有股权资本。但是三星没有放弃,反而使出了最厉害的武器 —— 逆周期投资。

数据来源:网络

对于周期性行业来说,一般在行业景气的时候,企业为了抢夺市场份额,会加大投资。但是半导体企业从建厂到生产一般需要2-3年时间,所以经常出现周期错位,即景气时投入的产能开始生产时,行业景气度已经过去了,企业不得不接受巨额的折旧,同时还没有利润。假如是自由竞争的企业,亏个几年也就退出市场了。可惜半导体行业是国家命脉,所以三星再怎么亏损,也继续咬牙坚持,越是亏损,越是加大投资。在日本和三星的多年缠斗中,逆周期投资显得尤为重要,正是依靠一次次的逆周期加注,三星才最终在2008年,一战定乾坤,熬死了日本。2008年,金融危机爆发,全球个人消费电子市场一落千丈,内存芯片价格雪崩,从2.25美元狂跌至0.31美元。然而这个时候,三星决定将利润的118%投入到DRAM,继续扩张,故意加剧行业亏损。数年后日本DRAM独苗尔必达无奈宣布破产,白菜价卖身美光,日本完全退出DRAM市场。

虽然日本企业退出DRAM也有其自身原因,太注重工匠精神而忽视了DRAM换代快的本质,从而导致每芯片折旧成本居高不下,失去市场。但是现阶段的芯片竞争,已经不是企业之间的游戏,而是国家与国家之间的博弈。因此,日本芯片企业的衰败,也可以说是偶然中的必然。

三.行业现状

总结DRAM行业,有以下几个特点:1.产品标准化程度高,用户粘性弱,容量性价比是决定性因素。2.重资产,折旧成本高,一旦投资周期出错,会带来严重的亏损。3.行业具备规模效应,大规模生产可以有效分摊成本。4.摩尔定律,每18个月单位面积上可容纳的晶体管数量翻一番,存储成本就会下降一半。于是,半导体行业的周期性非常明显,每当有新技术驱动时,行业景气,每家厂商都想疯狂扩产,挤压竞争对手;然后到了行业低谷,投资太大的厂商又要面临严重亏损。同时,摩尔定律又决定了半导体行业不能像石油行业那样,在行业低谷形成价格同盟,因为一旦让对手有喘息的机会,在技术上领先,就会失去市场份额。就好比先发者建立好了护城河,盖好了城堡,后来者总能依靠摩尔定律找到后门。因此DRAM企业的成功是短暂的,要不现在失败,要不过几年再失败。现在的市场,显然进入了一个景气的周期。根据美光的报告,未来5G手机、数据中心、自动驾驶、图形处理各个领域,都将大量使用存储芯片,其中AI服务器所需要的DRAM,是普通服务器的6倍。

另外在汽车领域,显示、摄像头数据处理、自动驾驶模块都需要用到比以前多得多的DRAM。

行业景气,然后行业内玩家的新投入并不多。根据IC Insight的统计,行业前10玩家(英特尔、三星、博通、高通、英伟达、台积电、美光等)的研发收入比在过去几年处于历史低位。

从投入的角度看,整个半导体行业过去几年的研发支出进入了平缓期,也让整个行业得到了喘息的机会。

另外,从技术上来看,DRAM技术似乎已经到达瓶颈。未来摩尔定律还能不能翻番不太确定,但是每年预测摩尔定律失效的人都在翻番。假如技术上大家都无法甩开竞争对手,占据更多的市场,那么巨额的投入也许是不划算的,相信各大厂商都会充分考虑这一点。于是,即使在2019年行业低谷期,行业第三名美光都能实现盈利,可见DRAM行业正处于一个比较舒服的时间段。

四.结语

虽然目前的DRAM市场即将迎来蜜月期,但是远期的忧虑依然存在。首先是今年初,各大半导体都宣布继续加大资本开支。根据韩媒报道,在台积电公布了激进的资本开支之后,三星决心跟进,预计2021年针对半导体事业的资本支出较2020年增加20%,金额大概为296亿美金。其中的三分之二将用于存储业务,比如说中国西安和韩国平泽的工厂,将投入到128层堆叠的第六代NAND中。看来只要有人开了头,整个行业就没法再淡定了。其次,新的行业挑战者 —— 中国,已经在路上了。去年6月份,合肥长鑫自主研发的DDR4内存条已经投入使用,容量分别为8G和16G,虽然工艺上为19nm,与三星、美光的工艺有差距,但是也是一个好的开始。在此之前,长鑫投资了超过2200亿元建设制造基地,同时吃下了欧洲破产芯片奇梦达,获取了海量的专利和技术。回过头看DRAM行业历史,美国因为高成本失去市场,日本因为贸易协议失去美国市场份额,而逐渐被淘汰。但是对中国来说,这些都不是问题。中国有着强大的劳动力市场,同时又有着最大的消费市场。有人才、有资本、有产业、有市场,还有政策。假以时日,未来的DRAM龙头一定是在中国。

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