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AI存储:HBM抓着英伟达的命门

存储行业在经历近2年的下滑后,价格端又迎来了上涨。存储本身具有周期性,供需变化直接影响存储芯片的价格走向。而本轮不同的是,在AIGC等新应用的推动下,存储行业有望迎来“周期+成长”…

存储行业在经历近2年的下滑后,价格端又迎来了上涨。存储本身具有周期性,供需变化直接影响存储芯片的价格走向。而本轮不同的是,在AIGC等新应用的推动下,存储行业有望迎来“周期+成长”的共振。参考过往DDR3和DDR4的价格变化,可以看出明显的周期性,大约都是3-4年为一个周期。而本轮随着存储价格下滑,各大厂商在2022年下半年陆续开始削减资本开支和调整产能结构。供需格局的改变,导致存储价格在2023年触底。叠加AI等新应用的出现,存储行业再次开启了上行周期。

AI存储:HBM抓着英伟达的命门插图

本轮存储行业的上行周期:“周期+成长”的共振①传统周期:手机和PC在存储行业中贡献了将近一半的收入。随着两大下游领域触底回暖,给存储行业带来了周期性的回升;②AI新成长:ChatGPT等AI应用激发了AI服务器的需求增长,存储升级也是其中重要一环。AI PC和AI phone的终端创新,也带来了存储的新需求。传统周期只是给市场带来了触底回暖的预期,而AI能带来更高的展望。当前AI 服务器对HBM存储的需求,已经产生了规模化的收入体量和业绩表现。海豚君通过拆解测算,预期AI服务器有望给存储行业带来100亿美元以上的HBM需求空间,这给存储市场注入了成长性看点。此外,AI PC和AI phone也有望加速存储产品的迭代升级。当前存储行业,仍主要以三星、海力士和美光三家厂商为主。特别在DRAM市场中,三家厂商合计占有95%的市场份额。HBM的需求提升,给三家厂商带来了市场空间的扩大,但市场份额还有所差别。海力士凭借在HBM3的率先攻破,当前占据领先的份额优势虽然英伟达在本轮AI浪潮中领跑,但也被HBM抓着命门。当前HBM受限于产能不足,市场上供不应求,有望继续提价。在存储产品价格频频上涨的情况下,三家存储厂商的业绩有望继续向好。而其中率先成功扩产的厂商,将享受更强的alpha。海豚君将在下篇中对个股进行估值测算,并对新增的100亿美元会给具体公司带来多大的业绩弹性进行分析。

以下是详细分析

一、存储芯片:“周期+成长”的共振

存储芯片,又称半导体存储,其中包括DRAM、Flash、SRAM、PROM等。而其中DRAM和NAND Flash是最主要的存储类型,占整体市场份额的99%左右。①DRAM:用于临时存储数据和指令,是当前手机、计算机、服务器等内存的主流方案;②Flash(闪存):应用于各类电子产品的硬盘(SSD、U盘、SD卡等),负责永久存储数据。虽然DRAM和NANA Flash都是当前存储市场的主流产品,但是DRAM的市场规模和集中度都比NAND更高

随着近期AI新应用的增长,DRAM的重要性进一步提升1.1 DRAM产品根据产品分类,DRAM可以分为DDR、LPDDR、GDDR、HBM。前三类产品主要用于传统周期领域,HBM则主要是AI市场的带动。其中DDR主要用于消费电子、服务器、PC领域;LPDDR(低功耗)主要用于移动设备、手机及汽车领域;GDDR主要用于图像处理方面的GPU等;HBM是AI服务器等高性能计算领域。

AI存储:HBM抓着英伟达的命门插图1

可以看出DRAM的应用领域还是相当广泛,横跨了移动手机、个人电脑、服务器、汽车等其他领域。在众多领域中,智能手机和PC仍占据了DRAM将近一半的市场份额。下游应用端的周期回暖,将推动存储芯片的价格回升。

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1.2传统周期的回暖

从存储芯片价格变化的情况来看,2023年价格触底的情况也与智能手机及PC市场的表现相近。从2023年下半年开始,两大下游产品的出货量有所回升,带动对上游芯片需求的提升,进而拉动存储芯片价格也开始从底部开始上涨。结合DRAM产品分类来看,这里的传统周期影响主要是指DDR、LPDDR等产品,有望推动新一轮存储上行周期。

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二、 存储行业的AI赋能

AI给存储行业带来了新的成长机会,涵盖AI服务器、AI PC、AI phone等方面。由于一开始是ChatGPT等应用带动的AI浪潮,当前AI服务器已经给存储行业注入了大量的订单和收入体量。从应用到终端,现在AI PC和AI phone也已经开始陆续推出新品,也有望带来新的升级。2.1 HBMAIGC大模型的出现,提升了对算力芯片的需求,进而也带动了对存储芯片要求的提升。存储芯片能从两方面来影响:①更大的带宽,能提升计算的效率;②更大的容量,也能存储大模型下大量的数据信息。从产品列表中能看出,HBM产品在容量和带宽上都明显超过DDR、LPDDR和GDDR产品

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虽然也可以用堆大量的存储芯片来达到足够的带宽,但这同时也占用了大部分的芯片面积。如果通过3D封装工艺实现垂直方向的堆叠封装,HBM能明显节约存储芯片的占用面积

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而在AI浪潮的影响下,各大科技厂商都提升了资本开支,尤其加大了对AI服务器的采购,其中HBM也是直接受益的。根据Trendforce的数据,2023年全球AI服务器出货量达到120万台,同比增长35%以上。同时,2024年的出货量预期将继续提升至165万台以上,同比增速达到37%。因此,海豚君预期HBM也将继续维持较高的增长表现。

2.2 AI服务器带来的市场空间

HBM已经成为AI服务器的主流方案,而AI服务器也直接拉动了HBM的高速增长。当前的AI服务器主要用于训练和推理两个方向,需求都有明显的增长趋势。对HBM空间的测算,首先要测算AI服务器及AI加速卡的需求表现。1)AI加速卡的需求:根据行业及公司数据,海豚君预期AI服务器将继续保持两位数的增长。而其中受益于训练需求的增加,训练用的AI服务器占比有望继续提升至37%附近。在分别假定训练用的加速卡平均卡数和推理用的加速卡平均卡数后,可以预期未来AI服务器中对AI加速卡的潜在需求,有望增长至900万张以上

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2)HBM的需求:结合AI加速卡的需求表现,进而可以测算HBM的需求情况。以英伟达A100为例,单卡大约需要80GB的显存。假定未来单卡的显存进一步提升的情况下,HBM的整体需求有望持续增加。结合HBM的单价情况,整体HBM的市场规模有望成长至122亿美元以上,复合增速也将有50%以上。

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2.3 AI PC&AI phone的新空间

除了AI服务器以外,AI PC及AI phone的出现,也将推动存储行业的升级和成长。从前文提到的DRAM的产品分类看,AI PC和AI phone主要影响DDR和LPDDR的升级,加快传统周期产品的迭代。1)AI PC根据IDC的预期,AI PC的出货量至2027年有望增加至1.67亿台,复合增速有望达到40%+。随着PC产品的升级,DDR4份额将持续降低,存储产品将逐渐转向DDR5和DDR6,以满足数据存储和传输的需求。从当前DDR产品的报价来看,DDR4的价格大约是DDR3的2-3倍,而DDR5的价格更是DDR4的近10倍。产品升级,能直接提升存储行业的规模

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2)AI phone与AI PC相似的是,AI phone也将是受益于AI浪潮的智能终端。根据Counterpoint Research的数据,预估 2024 年 AI Phone 在所有智能手机出货量中的比重达到 11%;而到 2027 年 AI Phone 出货量超过 5.5 亿台,占比达到 43%。美光预期AI phone搭载的DRAM容量有望增长50-100%。伴随着内存产品升级,AI phone的内存市场也有望迎来量价齐升。

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当前AI服务器已经形成了规模化的收入,AI PC和AI phone当前更多是在相对早期。而随着渗透率的提升,也有望进一步加速存储行业的成长属性。

三、存储厂商的“三国杀”

虽然DRAM市场有明显的成长机会,但市场中的玩家却非常集中。三星、美光、海力士三家占据了95%的市场份额,几乎是垄断的“三国杀”局面

AI存储:HBM抓着英伟达的命门插图11

1)技术能力:虽然三星在DRAM市场处于领先的位置,但是在当前最热门的HBM领域,却是海力士实现了超越。虽然在HBM2E阶段,三星还有所领先。但是从HBM3开始,海力士在技术节点的攻克上,已经实现了反超。当前最新的HBM3E产品,也是海力士率先成为英伟达的主要供应商

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2)HBM份额:由于海力士率先攻破HBM3,因此海力士占据了HBM市场的大部分份额。但从三家厂商的产能规划看,三星有望进行追赶。到2024年底,三星HBM产能预期达到每月130k;海力士为每月120-125k。届时,三星在HBM市场的份额也有望得以提升。

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3)产品价格及业绩预期:结合当前行业及公司情况,HBM有望将进一步涨价。主要是基于当前:①市场对AI需求的持续展望;②HBM3E的TSV良率依然较低,仍在50%左右,买方有锁定货源的需求;③稳定的供应商和产品,给客户带来保障。随着HBM需求和涨价的持续,存储厂商的业绩有望继续向好

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作者: 主编Tom

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