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存储界的CPO:CXL龙头逻辑分析

作者:海涵说2022
存储界的CPO:CXL龙头逻辑分析

存储周期是不是真的见底了

第一,三星,海力士等大厂早几个月就开始减产了,换句 话说,一旦库存消化完,存储还真进入反转,这个趋势苗 头已经出现。

第二,从行业周期变化上讲,从2021年9月份到2023年的 6月份,刚好走完18个月的冷周期,从历史经验上来讲,半导体确实存在出现向上拐点。

第三,尽管大环境低迷,部分垂直细分市场还是逆周期增 长,也算是给低迷的存储市场打了一针强心剂。从实际数据上看,CFM闪存市场数据显示,2022年全球 存储市场规模同比下降15%至1392亿美元,结束连续两年 的增长,其中NAND Flash、DRAM较2021年均有不同程 度下滑。DDR4 8G现货价为例从22年初高点3.9美元回落至当前的 1.7美元,处于较为底部区域,半导体综研的关冻住关老师 研究后认为,存储价格已经接近成本价,再跌就是要亏本 了,几近跌无可跌的状态。换言之就目前基本面而言,和2008年金融危机后内存集体 狂跌的状况比较相似,需求疲软,内存价格始终在低位徘徊接近亏本,但是也有人认为,低迷的环境下还有一丝希 望。

从应用市场看,手机、PC、服务器依然 是存储的三大主力应用市场。但手机和PC市场应用份额有 所减少,服务器的份额持续扩大。预估2020-2025年全球 数据量保持20+%的年复合增长率增长,2020-2025年 eSSD出货量保持9%的年复合增长率。所以在服务器,数据中心侧市场这边,特别是现在Ai大模 型训练以及高性能计算大行其道,需要的算力不减反增,CPU,GPU/GPGPU,Ai,DPU,DSP,FPGA等服务器 上算力相关芯片大量出货,逆势拉动了包括内存,闪存在 内的存储市场,抵消了一部分消费电子的低迷。

特别是HBM 为代表的超高带宽内存技术有望成为相关存 储芯片发展趋势,与传统 DRAM 产品相比显著提高数据处理器,目前在高算力单元内的XPU+HBM的Chiplet方 案大行其道,HBM有效的解决系统瓶颈问题,同时一定程 度上减少了SoC内核对于缓存的需求,可以把更多的资源 堆在算力单元上,增加SoC的性能。除了 HBM 之外,基于 PCIe Gen5规格演变的协定 CXL 等新存储技术的优化也将有望增加本地存储的容量和带 宽

以ChatGPT为代表的AI大模型对高性能存储芯片的需求与日俱增

CXL带来的DRAM池化技术可以大大节约数据中心的建设成本,同时也将大大带动DRAM的用量。SK海力士副会长朴正浩也曾在演讲中透露,随着ChatGPT等应用开启AI新时代,加上相关技术演进,预计全球数据生成、储存、处理量将呈等比级数增长。在技术演进的路上,为克服主机CPU存储器容量受限问题,CXL技术相当重要。

CXL全称Compute Express Link,意为计算快速链接,是一种全新的互联技术标准。随着存储成本不断增加,传统的PCI-e技术逐渐乏力。在此背景下,基于PCI-e协议的CXL技术应运而生。

据了解,CXL能够让CPU与GPU、FPGA或其他加速器之间实现高速高效的互联,从而满足高性能异构计算的要求,并且其维护CPU内存空间和连接设备内存之间的一致性,从而解决了各设备间的存储割裂的问题,能够大大降低内存的分割导致的浪费和性能下降。

存储界的CPO:CXL龙头逻辑分析

如上图所示,当下主流的计算系统通常采用高速缓存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存储(NAND Flash)的三级存储结构。系统运作时,需要不断地在内存中来回传输信息。数据在三级存储间传输时,后级的响应时间及传输带宽都将拖累整体的性能,并且由于数据量庞大,系统需要借助外部存储并用网络IO来访问数据,致使访问速度下降几个数量级。而CXL技术的高兼容性、内存一致性等优势能够有效解决上述问题。

除了能够解决单机设备连接问题以外,从CXL2.0(迭代版本)开始,其带来的内存池化(Pooling)技术超出了单机的范畴,还能够提高内存的使用率,并降低内存的使用成本。

存储界的CPO:CXL龙头逻辑分析

如图示,CXL2.0加入了一层Switch,在H1、H2等设备内存不足时,CXL技术能够让设备在内存池里寻找内存空间。在该框架下,跨系统设备实现共享内存池成为可能。引入DRAM池化,按需分配可以大大提高内存使用效率,并节约数据中心的建设成本。CXL目前已经完全支持池化技术,如果该理念得到广泛应用,内存将成为提高服务器性能另外的重要手段之一。

目前,各大厂商均积极拥抱CXL技术浪潮:

英特尔:携手阿里巴巴、思科、戴尔EMC、Facebook、谷歌、HPE、华为以及微软等公司成立CXL开放合作联盟,旨在共同合作开发CXL开放互连技术并制定相应规范。

AMD:EPYC Genoa支持DDR5、PCle5.0以及CXL1.1接口。另一产品Bergamo拥有更高的电源效率和每插槽性能,将会和Genoa采用相同的CPU接口,支持PCle5.0和DDR5以及CXL1.1。

SK海力士:于2022年10月成功开发行业首款将计算功能与CXL存储器相结合的CMS.据悉,该解决方案拟搭载于下一代服务器平台上,有望提升系统性能和能源效率。

Marvell:收购先进CXL技术领先开发商Tanzanite.事业部副总裁表示,CXL将成为实现下一代数据中心最佳资源利用的重大变革者。

Rambus:推出了CXL内存互连计划,并宣布与包括云、系统和内存企业在内的生态体系达成合作,以加快CXL内存互连解决方案的开发和落地。当年10月,Rambus发布了CXL2.0控制器。

在AI的大时代下,随着CXL的应用渗透率提升,服务器也从传统围绕CPU的设计思路转向为以DRAM为中心的架构。

深科技:存储芯片封测领先者

公司主要从事高端存储芯片的封装与测 试,产品包括动态随机存取存储器(DRAM)、NAND 型闪存(NAND FLASH)以及嵌入式 存储芯片,具体有双倍速率同步动态随机存储器(DDR3、DDR4、DDR5)、低功耗双倍 速率同步动态随机存储器(LPDDR3、LPDDR4、LPDDR5)、符合内嵌式存储器标准规格 的低功耗双倍速率同步动态随机存储器(eMCP4)等。

目前存储封测总产能为8.2万片/月,深圳厂稼动率处于满载,合肥工厂稼动率80%,公司在国内封测工艺领先,预计是国内存储芯片大厂后段委外最大受益方。

23年3月27日互动表示,深科技合肥沛顿存储由国家集成电路产业投资基金二期出资合计9.5亿元。

公司具备8层和16层DRAM堆叠工艺,有望切入HBM封装赛道:2021年10月,SK海力士开发完成全球首款HBM3,2022年6月量产HBM3 DRAM芯片,并供货英伟达,持续巩固其市场领先地位。此外,英伟达已经将SK海力士的第四代HBM安装至H100,而H100已开始供应ChatGPT服务器所需。HBM(高带宽存储芯片,配套算力底座GPU)将数个DRAM裸片堆叠起来与数据中心GPGPU配合工作

澜起科技

1. 内存接口芯片:

内存接口芯片可以提升内存数据访问的速度和稳定性,是 CPU 存取内存数据的必由通路

内存升级换代,内存接口芯片量价提升。DDR5 第一子代内存接口芯片与 DDR4 最后一 个子代的内存接口芯片相比,工作电压(1.1V)更低,传输速率提升 50%,稳定性和有 效性进一步改善,价值量也有所增加。

随着AMD, Intel于2022年11月,2023年1月相继发布支持DDR5内存标准的服务器CPU平台,内存正式进入DDR5新世代。

下一代服务器平台迎来放量元年,内存接口芯片市场空间迅速扩容。根据 Yole 预测,2023 年 DDR5 的出货量会超过 DDR4,出货量占比将超过 50%。与 此同时,新世代的内存模组内存接口芯片及配套芯片需求将会呈现爆发式增长。

内存接口芯片行业壁垒高筑,三足鼎立格局已经形成。内存接口芯片是技术密集型行业,需要通过 CPU、内存和 OEM 厂商的全方位严格验证后,方可进行大规模使用,新的玩 家很难介入。随着技术难度不断升级,内存芯片玩家从 DDR2 世代的 10 多家到 DDR4 世 代只剩 3 家,行业基本出清,三足鼎立格局已经形成。在 DDR5 世代,全球只有三家供 应商可提供 DDR5 第一子代的量产产品,分别是澜起科技、瑞萨电子和 Rambus。

澜起科技竞争优势明显,持续抢占市场份额。澜起科技凭借自主知识产权的高速、低功 耗技术等技术优势,发明了 DDR4 全缓冲“1+9”架构,被 JEDEC 采纳为国际标准,此后 其市场份额不断提升,顺利实现弯道超车,成为行业的龙头。公司在 DDR5 世代继续领 跑,可为 DDR5 系列内存模组提供完整的内存接口及模组配套芯片解决方案,是目前全 球可提供全套解决方案的两家公司之一(根据澜起科技 2022 中报,在 DDR5 世代,公司继续领跑,是全球唯二的完整内存接口及 模组配套芯片解决方案提供商,内存模组迎来新旧世代切换,公司产品有望迎来新机遇。)。在 DDR5 世代,我 们预计澜起科技的行业龙头地位会进一步加固,充分享受新世代的红利。

其中CXL内存扩展控制器芯片技术领先,将有爆发的可能。

2. 津逮服务器。(这名字也是醉了)

公司 2021 年营业 收入为 25.6 亿元,归母净利润为 8.3 亿元,过去 5 年复合增速分别高达 16%和 19%,实 现了业绩的高速增长。公司重视研发投入,技术实力雄厚,在内存接口芯片领域处于领 先水平,不断拓展高速互连芯片品类,迭代开发 CPU、AI 等高性能计算芯片,已经融入 到服务器生态系统,充分受益于高速成长的服务器产业

布局高性能计算芯片,追赶算力时代的浪潮。公司于 2016 年与英特尔和清华大学合作开 发津逮服务器 CPU,经过多年的发展已具备一定的客户基础和市场份额,持续的更新迭 代提高了产品竞争力,该产品 2022 年上半年实现销售 6.90 亿元,同比增长 17.3 倍。公 司凭借自身的技术优势,正在研发基于“近内存架构”的 AI 芯片,逐个突破地布局高性能 计算领域,紧追算力时代的步伐。

公司发布第三代津逮CPU,已获得国际云厂商认可,第四代于2023年1月发布。

3. 战略性布局AI芯片,推出 近内存计算架构,提升运算效率,效果相当于CPU的加速器,据说22年底已经完成样片流片。

4. 22年公司净利润大幅增长,归母同增50-56%,DDR5出货高增长。

左手存储DDR5,右手服务器,既有高增业绩落地,外加AI芯片想象力

国内相关标的:

澜起科技为代表的CXL技术产业链相关公司;

兆易创新、江波龙等DRAM及其模组设计相关公司;

通富微电、深科技、长电科技等HBM、DRAM封装产业链公司;

中微公司、北方华创、拓荆科技、微导纳米等可提供高深宽比设备的制造端厂商。

继续积极看待存储芯片半导体趋势

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