新型存储行业分析报告( 45 页)

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目录

1 存储发展面临瓶颈，新型存储应运而生 ...... 7

1.1 发展瓶颈之一：“存储墙”问题日益严重 ..... 7

1.2 发展瓶颈之二：传统存储技术升级放缓 ...... 10

2 新型存储：HBM、存算一体需求迫切，PCM 有望成未来之星 ..... 12

2.1 HBM：算力带动需求井喷，技术迭代加速 ..... 12

2.2 相变存储器PCM：3D PCM 数据中心需求迫切，新存科技产业化在即 ...... 26

2.3 存算一体：国内外布局路径差异化，产业临近大规模量产前夕 ...... 33

2.4 磁性存储器MRAM：取代SRAM 缓存未来可期 ....... 38

2.5 阻变存储器RRAM：eFlash 替代正当时 ....... 40

2.6 铁电存储器FRAM：有望替代EEPROM ..... 43

3 风险提示 ....... 45

图表目录

图表1: 冯诺依曼计算架构 ..... 7

图表2: 常见的存储系统架构及存储墙.... 7

图表3: 算力VS.存储性能提升 ...... 7

图表4: 冯诺依曼架构VS.存算一体架构 ...... 8

图表5: 存储器分类 ....... 9

图表6: 主流存储技术VS.新型存储技术 ...... 9

图表7: 全球半导体及存储市场规模 .... 10

图表8: 全球存储市场结构（2021 年） ...... 10

图表9: SRAM 缩放进入极限 .... 11

图表10: NAND 堆叠层数提升放缓 ....... 11

图表11: 全球新型存储市场规模（亿美元） ...... 11

图表12: HBM 结构剖面图 ...... 12

图表13: HBM 实物剖面结构 .... 12

图表14: 四代HBM 规格比较（以SK 海力士产品为主） ..... 12

图表15: 历代HBM 产品发布及量产时间线 .... 13

图表16: 英伟达GH200 GPU 首发HBM3E ...... 13

图表17: HBM3E 部分参数对比 ...... 13

图表18: HBM 单片封装性能较GDDR5 优势显著 .... 14

图表19: HBM 相同功耗性能较GDDR5 提升超3 倍 ...... 14

图表20: 相同容量下HBM 节省大量面积 ...... 14

图表21: 存储功耗限制整体性能表现.... 15

图表22: HBM 与GDDR 结构对比 ..... 15

图表23: TSV 工艺带来尺寸、功耗及带宽优势 .... 15

图表24: 英伟达GPU 内存带宽不断提升 ...... 16

图表25: AMD Instinct MI300X .... 16

图表26: 卷积运算流程 ....... 16

图表27: 推理过程万亿参数模型带宽限制 .... 16

图表28: 当前主流的AI 推理产品多数仍采用GDDR6 ....... 17

图表29: Tesla Dojo 节点微架构 ....... 17

图表30: 当前部分搭载HBM 的产品...... 18

图表31: AMD Radeon R9 Fury X（主芯片旁边四颗HBM） ...... 18

图表32: Xeon Max 搭配HBM 功耗对比显著降低 ....... 18

图表33: 首款搭配HBM 的x86 CPU ...... 18

图表34: 海力士服务器内存解决方案.... 19

图表35: 大模型终端设备应用的理论带宽需求 .... 20

图表36: AI 模型参数增长高于内存带宽升级 ..... 20

图表37: 不同异构集成方案对比 ....... 20

图表38: CoWoS-S 为TSMC 当前HBM 封装的主要方案 ....... 20

图表39: CoWos 季度产能份额预测 ...... 21

图表40: HBM 各产品份额变动 ...... 21

图表41: 全球HBM 需求量（Million，GB） ....... 22

图表42: 全球HBM 市场规模（亿美元） ...... 22

图表43: HBM 容量及价格测算 ...... 22

图表44: HBM 市场规模变动预估 .... 22

图表45: MR-MUF 处理流程 ..... 23

图表46: MR-MUF 对比TC-NCF 下降14℃ ...... 23

图表47: LMC 与晶圆热收缩差异造成翘曲问题 .... 23

图表48: EMC 不同对齐方式的空气流动 ...... 23

图表49: EMC 材料及产品 ...... 24

图表50: SK 海力士最新封装技术 ....... 24

图表51: 三星和美光HBM 线路图 ....... 25

图表52: 三大厂HBM 产品规划总结...... 25

图表53: PCM 存储单元基本结构 .... 26

图表54: 3D Xpoint 技术 ...... 27

图表55: 多位存储技术 ....... 27

图表56: 3D PCM 云端产品应用及优势 ....... 27

图表57: 基于异构计算的存储架构金字塔 .... 28

图表58: 3D PCM 市场规模（百万美元） ..... 29

图表59: 3D Xpoint 定位于DRAM 与NAND 之间 .... 30

图表60: X-point 内存数组SEM 与TEM 影像图 .... 30

图表61: 创新中心股东具备自上而下全产业链资源 .... 30

图表62: 新存科技股权结构 ....... 31

图表63: 上海昊元古入股前后新存科技股东变化 ...... 31

图表64: 新存科技主要产品及介绍...... 32

图表65: 新存科技产能爬坡预期及销售收入预测（百万元） .... 33

图表66: 训练Transformer 模型的计算要求 ...... 33

图表67: 超级计算机能耗随算力增长.... 33

图表68: 常规运算存储交互与存算一体的区别示意 .... 34

图表69: 四种存算一体方案示意 ....... 34

图表70: 不同存算方案对比 ....... 34

图表71: 不同存储介质对比 ....... 35

图表72: 存算一体产业发展趋势 ....... 35

图表73: 存算一体市场规模（亿元）.... 35

图表74: 存算集成愈发紧密 ....... 36

图表75: PIM 打破存储瓶颈 .... 36

图表76: PIM 大幅降低功耗 .... 36

图表77: Xilinx Alveo U280 搭载两个基于PIM 的HBM 栈 ...... 36

图表78: 内存Bank 之间PIM 单元结构放大 ....... 37

图表79: 基于RNN-T 模型的测试PIM 性能功耗优势显著 .... 37

图表80: AiM 存内计算速度提高16 倍 ....... 37

图表81: 国内部分存算一体公司布局.... 38

图表82: MTJ 核心结构及隧穿磁阻效应 ...... 38

图表83: 不同MRAM 技术的电路结构对比..... 40

图表84: MRAM 四大应用领域 ....... 40

图表85: RRAM 存储单元基本结构 ....... 41

图表86: RRAM 工作原理 ....... 41

图表87: 嵌入式新型非易失性存储商业化进展 .... 42

图表88: 嵌入式新型非易失性存储出货量预测（2022-2028） ....... 42

图表89: FRAM 结构 ....... 43

图表90: FRAM 与其他存储对比 ..... 43

图表91: FRAM 具有非常广泛的应用场景 ..... 43

图表92: FRAM 在电池管理系统BMS 中的应用 ..... 44

图表93: FRAM 在数据中心和工业计算PLC 中的应用 ....... 44

图表94: 拍字节P95M002SWSP5TF 与富士通MB85RS2MT 对比 ..... 44