移动存储控制芯片行业发展情况及未来发展趋势
思瀚产业研究院 芯邦科技    2023-09-23

（1）移动存储控制芯片简介

移动存储控制芯片用于控制 NANDFlash 存储芯片的数据读写，应用于存储盘、存储卡等移动存储产品。

存储控制芯片通过控制NANDFlash存储芯片中各个存储单元电能的储存及释放实现数据的写入与擦除，是存储产品的核心器件。存储控制芯片需要能够识别 NANDFlash 存储芯片中存储单元的状态，避开坏区实现数据的有效写入，并最大化利用可用区域提升 NAND Flash 存储芯片的可用容量。

由于 NAND Flash存储单元擦写次数存在上限，存储控制芯片在进行数据的擦写时需要进行均衡管理以延长 NANDFlash 的使用寿命。此外，移动存储控制芯片还需要对电能不稳定性导致的数据错误进行纠正，确保数据的准确性。

（2）移动存储控制芯片的技术特点及行业壁垒

移动存储控制芯片设计需要深厚技术积累。NAND Flash 的商业化应用已超过 20 年，NANDFlash 存储晶圆工艺也已经历数次迭代，各存储晶圆原厂采用的技术路径各具特点，其生产的 NANDFlash 存储晶圆特性也各不相同。

移动存储控制芯片设计企业对各品牌存储晶圆的技术迭代路径、工艺特性、性能特点需要进行长期的跟踪、归纳、总结、沉淀，才能设计出具备较强兼容性的移动存储芯片，因此移动存储控制芯片设计存在较高的行业壁垒。

移动存储控制芯片需弥补存储晶圆缺陷。为满足下游市场对高存储密度的追求，NAND Flash 存储晶圆多采用几十至上百层的立体堆叠特殊工艺，属于较为尖端的半导体制造工艺，无法避免瑕疵，同片晶圆产出的存储芯片品质存在差异。存储晶圆原厂对存储芯片进行检测并分类，品质较高的存储芯片主要用于生产自有品牌的 SSD 及嵌入式存储器，或优先销售给智能手机、计算机、数据中心等领域的客户；品质较低的存储芯片主要用于存储盘、存储卡等移动存储产品。

因此，用于移动存储产品的控制芯片需要具备更强的坏区识别、均衡擦写、数据纠错等能力，弥补存储芯片品质的不足，改善存储芯片的工作性能，提高移动存储产品的可用容量、使用寿命及读写速度，并提升移动存储产品的经济价值。

移动存储控制芯片需适应 NANDFlash 的技术发展。面对每 2-3 年为周期的NAND Flash 较大幅度的技术迭代，设计企业需要快速反应，设计新的移动存储控制芯片；面对每半年至 1 年为周期的 NANDFlash 较小的技术变化，芯片设计企业需要不断更新芯片量产工具软件、软件算法及固件，或微调移动存储控制芯片设计进行适配。

因此，移动存储控制芯片设计企业不仅需要具备较高的流片成功率和量产良率等高效的芯片产品开发能力，还需要在芯片产品生命周期中保持对 NAND Flash 技术动向的掌握并进行持续的研发投入。

（3）移动存储产业链概况

移动存储产业链参与者主要包括存储晶圆原厂、存储模组及产品厂商、移动存储控制芯片设计企业，其中仅移动存储控制芯片设计企业对外单独销售移动存储控制芯片。

①存储晶圆原厂

主要专注于 NAND Flash 存储技术的研发、NAND Flash 存储晶圆及应用产品的生产及销售。拥有 NANDFlash 存储晶圆设计能力及产线，通常为自有品牌的 NANDFlash 存储晶圆自主研发存储控制芯片，生产并销售自有品牌的移动存储产品。

存储晶圆原厂的移动存储控制芯片专为自有品牌的存储晶圆设计，不对外单独销售。存储晶圆原厂因拥有可控的产能，并且主导着 NANDFlash 技术的发展方向，技术更新迭代会影响移动存储产业链的其他参与者，全球仅少数几家企业采用该种模式。

②存储模组及产品厂商

参与移动存储产业链中下游环节，专注于移动存储模组及移动存储产品的研发、生产及销售。拥有移动存储模组及移动存储产品设计及生产能力，向存储晶圆原厂采购存储晶圆，生产并销售自有品牌的移动存储模组、产品或为客户提供代工服务。该类企业通常外购移动存储控制芯片，或采用委外研发的形式设计移动存储控制芯片，目前小部分企业逐渐开始自主研发移动存储控制芯片。

该类企业的移动存储控制芯片仅需兼容其采购的存储晶圆类型，且不对外单独销售。存储模组及产品厂商相较于存储晶圆原厂不具备成本优势，毛利率相对较低，核心竞争力为产品解决方案的丰富程度、获取 Flash 存储晶圆的供应链能力以及自有品牌的影响力。

③移动存储控制芯片设计企业

处于产业链上游，专注于移动存储控制芯片的设计及销售环节。不直接面向消费级及企业级终端用户，主要向存储模组及产品厂商销售芯片，再由存储模组及产品厂商将移动存储控制芯片与存储晶圆原厂生产的NANDFlash存储晶圆进行组合，最终形成面向终端用户的移动存储产品。

为获取更高市场份额，移动存储控制芯片设计企业的产品需要兼容多种 NANDFlash 存储晶圆类型，并且需要不断提升产品性能，对坏区识别、均衡擦写、数据纠错等技术有较高要求。市场上存在两类移动存储控制芯片设计企业：

1）自主研发移动存储控制芯片、固件及配套软件；

2）外购移动存储控制芯片，搭配自主研发的固件及配套软件。目前，前者拥有较高的市场占有率。移动存储控制芯片设计企业是产业链精细化分工的结果，相较于其他两类参与者在移动存储控制领域的技术及行业积累更为全面，对前期资本投入要求较小，但需要通过不断的技术创新来应对技术迭代风险。

（4）移动存储市场现状及发展趋势

①全球数据量爆发式增长，NAND Flash 逐渐成为主流存储介质

随着大数据、物联网、云计算等新兴领域的快速发展，以及工业、家电、汽车等传统领域的数字化、智能化，大量的数据被生产并需要被存储。根据 IDC 于2021 年提供的数据及预测，2020 年至 2025 年全球数据产生量的年复合增长率将达 23%，2020 年全球产生了约 64ZB 的数据，2025 年将产生 180ZB 的数据；而全球的数据存储总容量年复合增长率仅为 19.2%，2020 年为 6.7ZB，到 2025 年为 16.1ZB，远低于 2025 年的数据产生量，数据存储空间缺口较大。

根据 ICInsights 预测数据，2022 年 Flash 占全球半导体类存储介质销售额的42%，其中超过 95%为 NANDFlash，NANDFlash 是目前最主流的非易失性半导体存储技术。根据 IDC 预测，到 2025 年，Flash 占全部类型存储介质出货量比例将达 30%，其中仍以 NAND Flash 为主，NAND Flash 有望在未来成为最主流的存储介质。存储控制芯片是 NAND Flash 存储器的关键组成部分，随着 NANDFlash 占有率升高，存储控制芯片的重要性亦日益提升。

②NAND Flash 存储密度持续提升，存储控制芯片性能要求提升

NAND Flash 由大量的存储单元结构组成，通过电子的储存或释放来实现数据的存储及擦除，为了达到更高的存储密度，NAND Flash 除了采用较为先进的制程外，通过不断技术革新使存储领域的“摩尔定律”得以延续。

目前的 NANDFlash 芯片采用 SLC、MLC、TLC、QLC 等多级存储单元结构，即单个存储单元分别能够存储 1bit、2bit、3bit、4bit 等不同数据量，另外，随着近年 3D NAND立体化堆叠架构的不断进步，NAND Flash 存储晶圆的存储密度提升迅速，但同时也对存储控制芯片的坏区识别、纠错能力、均衡擦写等提出了更高要求。

③NAND Flash 国产化进程加速

在全球低碳发展及劳动力人口下降的大背景下，传统工业、办公、家居、汽车电子的智能化、节能化、无纸化、数字化成为不可逆的发展趋势，极大地丰富了 Flash 技术的应用场景，与上述行业相关的代码、算法、数据都需要 Flash 作为载体，Flash 及 Flash 控制技术将成为智能化、节能化、无纸化、数字化的基石。中国大陆作为全球的制造业中心，必须实现 Flash 及 Flash 控制技术的国产化。

IDC 预计，2025 年中国将产生约 41ZB 的数据，占 2025年全球数据量比例接近四分之一。但中国半导体领域起步较晚，存储半导体自给率较低。根据 CRM闪存市场数据，2022 年第二季度，三星电子、铠侠等全球前 5 家 NANDFlash 厂商市场占有率超过 95%。近年来中国大陆在 EEPROM、NOR Flash 等非易失性存储半导体领域涌现了一批优秀企业，并在国内外积累了良好的品牌认知及客户资源，已初步具备国产替代的能力。

中国大陆企业长江存储的 232 层 NANDFlash也已实现量产，加快了存储半导体领域的国产替代进程。过去，由于 NANDFlash被海外厂商垄断，中国大陆包括 Flash 控制技术在内的存储领域各环节技术发展相比于海外厂商不存在优势，随着长江存储的技术突破，中国大陆存储半导体产业链各环节将具备更强的发展动力。

④移动存储应用前景广阔

移动式存储作为 NANDFlash 最重要的应用领域之一，过去主要用于个人便携式存储产品，随着视频创作、互联网直播、无人机、行车记录仪等领域在近年来的爆发式发展，对易更换、易维护、易升级的移动存储产品的需求量、性能要求不断提升。

相较于存在标准容量限制的嵌入式存储和存在流量或订阅费用的云存储，移动存储在无损音乐、高清视频、VR 游戏本地文件等大容量中高频应用需求上具备应用优势。存储盘及存储卡等移动存储产品也作为跨用户线下数据传输的最后 1 公里发挥着难以替代的作用。根据 VantageMarketResearch 数据，到2028 年，USB 存储盘市场规模将保持超过 7.0%的年复合增长率。IC Insights 预计，2022 年存储卡将占全球 NAND Flash 存储空间总需求量的 13%。