半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)存接口芯片市場分析

半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)存接口芯片市場分析1.Rambus：專注內(nèi)存接口芯片的創(chuàng)新廠商1.1.內(nèi)存接口芯片專家，兩大業(yè)務(wù)條線產(chǎn)品矩陣完善Rambus是全球領(lǐng)先的互連類芯片與硅IP解決方案提供商，面向人工智能、數(shù)據(jù)中心、汽車等多個領(lǐng)域，致力于為客戶提供低延遲、低功耗、高可靠性的芯片解決方案。得益于強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢和行業(yè)的高競爭壁壘，公司已成為全球僅有的三家內(nèi)存接口芯片供應(yīng)商之一，另外兩家分別是瀾起科技和瑞薩（原IDT）。Rambus主要產(chǎn)品包括內(nèi)存接口芯片、內(nèi)存接口IP及安全I(xiàn)P方案。（1）內(nèi)存接口芯片：公司深耕行業(yè)多年，實現(xiàn)從初代產(chǎn)品到最新一代DDR5產(chǎn)品的完整覆蓋，目前在售產(chǎn)品包括業(yè)界領(lǐng)先的DDR4和DDR5系列芯片組；（2）高速接口IP：公司提供業(yè)界領(lǐng)先的互連和接口IP，包括完整的子系統(tǒng)解決方案、數(shù)字控制器和PHYIP，適用于PCIe、CXL、HBM、GDDR和DDR標(biāo)準(zhǔn)；（3）安全I(xiàn)P：支持?jǐn)?shù)據(jù)中心、服務(wù)器中靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)的加密，為客戶提供硬件級的安全I(xiàn)P方案。這些產(chǎn)品和方案精準(zhǔn)契合了數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用需求，比如企業(yè)級內(nèi)存條、AI加速芯片、智能網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、內(nèi)存擴(kuò)展和池化等。1.2.DDR5表現(xiàn)顯著優(yōu)于DDR4，普及有望帶動新一輪增長DDR即DDRSDRAM，是雙數(shù)據(jù)率同步動態(tài)隨機(jī)存儲器的簡稱。作為SDRAM的第二代產(chǎn)品，其數(shù)據(jù)的傳輸速度是SDR（SingleDataRate，單倍數(shù)據(jù)速率）內(nèi)存的兩倍，通過允許在時鐘脈沖的上升沿和下降沿傳輸數(shù)據(jù)，不需要提高時鐘的頻率就能實現(xiàn)雙倍的SDRAM速度。內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)升級，新一代產(chǎn)品性能大幅提升。2020年7月，JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會）正式發(fā)布新一代主流內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)DDR5SDRAM的最終規(guī)范。為滿足對高效內(nèi)存性能日益增長的需求，DDR5相比其前身DDR4實現(xiàn)了性能的大幅提升：（1）傳輸速度更快：從DDR4內(nèi)存的1.6Gbps起步提升到4.8Gbps起步；（2）能耗更低：工作電壓從1.2V下降到1.1V，且集成PMIC（powermanagementIC），優(yōu)化電源管理，綜合節(jié)能性提升30%；（3）穩(wěn)定性提高：支持晶粒內(nèi)建糾錯（On-DieECC）機(jī)制，每128位元數(shù)據(jù)附帶8位元糾錯碼；（4）內(nèi)存密度更大：單內(nèi)存芯片的密度從16Gb達(dá)到64Gb，40個元件的LRDIMM的有效內(nèi)存容量達(dá)到2TB；（5）存取效率提高：采用彼此獨立的40位寬雙通道設(shè)計，每個通道的突發(fā)長度從8字節(jié)翻倍到16字節(jié)。JEDEC將DDR5描述為一種“具備革命意義”的內(nèi)存架構(gòu)，迎合AI、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)帶來的存儲和數(shù)據(jù)的傳輸需求。繼DDR5DRAM成為英特爾“AlderLake”第12代處理器的標(biāo)準(zhǔn)配置之后，AMD也宣布其7000系列處理器將支持DDR5內(nèi)存，并已于2022年9月27日正式上市。2022年12月21日，存儲芯片領(lǐng)軍企業(yè)三星宣布，其利用12納米級制程工藝成功開發(fā)出16GbDDR5DRAM，并在最近與AMD完成了兼容性測試，計劃將于2023年開始批量生產(chǎn)。當(dāng)前市場正在經(jīng)歷由DDR4至DDR5的更新?lián)Q代，DDR5的普及有望為行業(yè)帶來新一輪增長。1.3.CXL浪潮將至，Rambus豐厚技術(shù)積累顯優(yōu)勢2019年，英特爾推出了CXL技術(shù)（ComputeExpressLink），短短幾年時間，CXL便成為業(yè)界公認(rèn)的先進(jìn)設(shè)備互連標(biāo)準(zhǔn)，其最為強(qiáng)勁的競爭對手Gen-Z、OpenCAPI都紛紛退出了競爭，并將Gen-Z協(xié)議、OpenCAPI協(xié)議轉(zhuǎn)讓給CXL。CXL趨勢成為行業(yè)共識，服務(wù)器架構(gòu)迎來重大變革。CXL能夠讓CPU、GPU、FPGA或其他加速器之間實現(xiàn)高速高效的互聯(lián)，并且維護(hù)CPU內(nèi)存空間和連接設(shè)備內(nèi)存之間的一致性，從而解決了各設(shè)備間的存儲割裂的問題，滿足高性能異構(gòu)計算的要求，能夠大大降低內(nèi)存的分割導(dǎo)致的浪費和性能下降。CXL可被視為PCIe技術(shù)的再提高版本，并在其基礎(chǔ)上延伸了更多變革性的功能。CXL2.0內(nèi)存的池化（Pooling）功能較好的實現(xiàn)了以內(nèi)存為中心的構(gòu)想，可以較大地節(jié)約數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本，同時也將帶動DRAM的用量。CXL3.0則實現(xiàn)Memorysharing（內(nèi)存共享）和內(nèi)存訪問，在硬件上實現(xiàn)了多機(jī)共同訪問同樣內(nèi)存地址的能力。CXL1.1和2.0旨在以32GT/s的速度利用PCIe5.0協(xié)議，而CXL3.0則擴(kuò)展到PCIe6.0協(xié)議，將傳輸速率提高一倍，達(dá)到64GT/s的速度，且大幅降低了搭建數(shù)據(jù)中心的總成本?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)中心非常復(fù)雜，需要與數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施硬件和軟件緊密集成。CXL將改變計算的方式，并代表了服務(wù)器設(shè)計中的重大架構(gòu)轉(zhuǎn)變。大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)都建立在存儲和內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)之上，以便在性能和成本之間取得平衡的情況下將數(shù)據(jù)傳遞給CPU。CXL將通過帶來分層內(nèi)存時代來改變傳統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，這將需要對操作系統(tǒng)(OS)和應(yīng)用程序進(jìn)行硬件和軟件開發(fā)，以充分利用CXL的功能。CXL增加了芯片內(nèi)部的技術(shù)復(fù)雜性，這需要集成電路(IC)和復(fù)雜的片上系統(tǒng)(SoC)專業(yè)知識來設(shè)計、開發(fā)和執(zhí)行復(fù)雜的SoC。Rambus擁有超過30年的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)和創(chuàng)新專業(yè)知識，目前擁有約3,000項專利和應(yīng)用，在高性能存儲器和互連解決方案以及高復(fù)雜性SoC設(shè)計專業(yè)知識方面擁有30年的歷史，因此在CXL存儲器解決方案方面處于強(qiáng)勢地位。目前Rambus正在銷售CXL相關(guān)解決方案，有望在CXL技術(shù)領(lǐng)域拓展?fàn)I收新增長點。1.4.Rambus股價復(fù)盤：技術(shù)決定長期趨勢，并購助力短期走勢1.4.1.Rambus股價與技術(shù)情況息息相關(guān)，技術(shù)路徑變更預(yù)期曾推動極致上漲1999年，威盛基于大量的可以超頻到133Mhz的SDRAM推出了ApolloPro133標(biāo)準(zhǔn)，同時，雙倍頻率的DDR200和DDR266業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)也見到了曙光。為保持對于內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)制定的話語權(quán)，此后2000年初英特爾宣布將在奔騰4中采用Rambus公司出品的RDRAM芯片，并將其命名為PC800,因為其時鐘頻率是400Mhz，且上升沿和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)。RDRAM的高傳輸速率引發(fā)了市場的高度預(yù)期，股價開始直線拉升。根據(jù)我們的測算，2001年僅奔騰4處理器的RDRAM產(chǎn)品就為Rambus貢獻(xiàn)了當(dāng)年超過30%的營業(yè)收入。隨著搭載RDRAM的奔騰4發(fā)售，消費者發(fā)現(xiàn)由于RDRAM串行讀寫數(shù)據(jù)而且時延很大，實際內(nèi)存讀寫效果相對133Mhz的DDR266并無顯著優(yōu)勢。此外，過高的時鐘頻率導(dǎo)致了低良率，額外的散熱片導(dǎo)致總成本居高不下，故其總售價是DDR的2倍-3倍。2002年1月，英特爾正式推出第二代奔騰4處理器，支持新興的DDR內(nèi)存；2004年5月，英特爾宣布搭載RDRAM的I850E芯片組停產(chǎn)，隨后所有新芯片組都將僅支持DDR，宣告了RDRAM在技術(shù)路線博弈中失敗，內(nèi)存也正式迎來DDR時代。在2000年曇花一現(xiàn)后，Rambus股價大幅下跌，最低點甚至只有股價拉升前的1/10。2003年，Rambus在RDRAM的基礎(chǔ)上推出了極限數(shù)據(jù)速率DRAM（XDRDRAM）技術(shù)，使得股價獲得較大幅度增長，緊隨其后Rambus又于2005年推出XDRDRAM。索尼選擇XDRDRAM用于PlayStation3，股價再次迎來小高峰。XDRDRAM最初與下一版本的DDR2競爭，后者將內(nèi)存芯片的最高時鐘速度提高到200兆赫茲(MHz)。DDR3具有與DDR2相同的時鐘速度，但預(yù)取緩沖區(qū)寬度是其兩倍，因此總體數(shù)據(jù)傳輸速率是其兩倍，之后Rambus股價持續(xù)走低，并于2012年觸底。2014年，DDR4初步形成，2015年隨著IntelSkylake發(fā)布，DDR4得到普及，DDR4提高了對芯片的時鐘速度和總線傳輸速率的要求，XDRDRAM無法再匹配數(shù)據(jù)傳輸速度，2015年，Rambus宣布新的R+DDR4服務(wù)器內(nèi)存芯片RB26DDR4RDIMM和RB26DDR4LRDIMM。這款芯片組包括DDR4寄存器時鐘驅(qū)動器和數(shù)據(jù)緩沖器，并完全符合JEDECDDR4標(biāo)準(zhǔn)，Rambus股價略有上浮。2020年，數(shù)據(jù)中心和云的需求增加，DDR4市場份額穩(wěn)步增長，此外Rambus在DDR5資格認(rèn)證方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，Rambus的產(chǎn)品收入創(chuàng)下了新高，股價也終于在近十年的低迷后獲得質(zhì)的飛躍。1.4.2.兼并收購?fù)聘叨唐诠蓛r，但持續(xù)性有限近十年來Rambus通過兼并收購不斷拓展其產(chǎn)品組合與業(yè)務(wù)范圍。2011年收購的CryptographyResearch,Inc.擴(kuò)展了其在加密解決方案方面的專業(yè)知識并增強(qiáng)其安全產(chǎn)品。2012年收購的LightingScienceGroup的LED業(yè)務(wù)在節(jié)能照明市場上擴(kuò)展其技術(shù)組合。2012年收購的UnitySemiconductor使其存儲器產(chǎn)品多樣化并增強(qiáng)其存儲器技術(shù)組合。2013年收購的GlobalFoundries的硅IP資產(chǎn)加強(qiáng)其技術(shù)組合并增強(qiáng)其提供先進(jìn)存儲器解決方案的能力。2016年收購的BellID擴(kuò)展其在移動支付和智能票務(wù)市場的產(chǎn)品。2016年收購的SnowbushIP資產(chǎn)擴(kuò)大其在高速接口市場的業(yè)務(wù)。2016年收購的InphiCorporation的存儲器互連業(yè)務(wù)加強(qiáng)其在存儲器市場的地位。2019年收購的Verimatrix的硅IP和安全協(xié)議業(yè)務(wù)擴(kuò)展其安全I(xiàn)P產(chǎn)品。從股價歷史可以看出，兼并收購能短期推高Rambus股價，可能的原因是兼并收購能向市場傳遞積極信號，讓投資者對公司產(chǎn)生積極預(yù)期，然而由于缺少實質(zhì)性的營收或者技術(shù)層面的飛躍，這種積極信號對股價的支撐力難以為繼，股價在短期繁榮后又迅速歸于平寂。2.服務(wù)器應(yīng)用放量，助力業(yè)績增長CPU和DRAM是服務(wù)器的兩大核心部件，內(nèi)存接口芯片集成于DRAM模組中，是服務(wù)器內(nèi)存模組的核心邏輯器件，其主要作用是提升內(nèi)存數(shù)據(jù)訪問的速度及穩(wěn)定性，滿足服務(wù)器CPU對內(nèi)存模組日益增長的高性能及大容量需求。由于CPU比內(nèi)存處理數(shù)據(jù)速度快，因此需添加接口芯片以滿足CPU對運行速度、信號完整性和穩(wěn)定性方面要求。由于內(nèi)存接口芯片的大規(guī)模商用要經(jīng)過下游廠商的多重認(rèn)證，還要攻克低功耗內(nèi)存接口芯片的核心技術(shù)難關(guān)，從DDR4世代開始，全球內(nèi)存接口芯片廠商僅剩Rambus、瀾起科技和瑞薩（原IDT）三家廠商。2.1.內(nèi)存接口芯片：AI服務(wù)器放量在即，通用服務(wù)器增速平穩(wěn)DRAM由于其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計體積小，在服務(wù)器的內(nèi)存中占主導(dǎo)地位，并得到了長足的發(fā)展，從DRAM逐漸演進(jìn)到SDRAM再到DDRSDRAM系列。SDRAM（SynchronousDRAM）為同步的動態(tài)隨機(jī)處理器，同步指的是存儲器的工作參考時鐘，SDRAM只能在信號的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其內(nèi)核工作頻率、時鐘頻率和數(shù)據(jù)傳輸速率三者相同，最高速率可達(dá)200MHz。DDRSDRAM（DoubleDataRateSynchronousDRAM）雙倍速率同步動態(tài)隨機(jī)存儲器，可以在信號的上升沿和下降沿都進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以DDR內(nèi)存在每個時鐘周期都可以完成兩倍于SDRAM的數(shù)據(jù)傳輸量。隨著人工智能大熱，各云服務(wù)內(nèi)存數(shù)據(jù)的傳輸速率越來越跟不上CPU算力的發(fā)展。為了提高內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸速率、減小功耗，DDRSDRAM也逐代演變出了DDR1-DDR5系列。服務(wù)器全面升級，打開DDR5放量空間。全年來看，新一代服務(wù)器CPU的推出有望刺激服務(wù)器換機(jī)需求。CPU作為服務(wù)器進(jìn)行運算處理的核心“大腦”，是影響服務(wù)器性能的最重要硬件之一。Intel和AMD作為服務(wù)器市場兩大巨頭接連在今年推出支持DDR5的最先進(jìn)服務(wù)器，Intel最新推出的第四代至強(qiáng)（XEON）處理器8490H和AMD推出的第四代霄龍（EYPC）處理器分別支持8通道DDR5和12通道DDR5。通常每一代DDR在上量后第一年末滲透率可達(dá)到20-30%左右，第二年末滲透率可達(dá)到50-70%左右，第三年末基本上就完成了市場絕大部分的滲透。雖然2022年DDR5的滲透率不及預(yù)期，但是預(yù)計2023年后將進(jìn)入快速放量期，預(yù)計2023年DDR5在服務(wù)器部署方面的比例將不足20%，到2025年將達(dá)到70%左右。2.2.內(nèi)存接口芯片量價齊升，市場正處景氣向上周期內(nèi)存接口芯片按功能可分為兩類，一是寄存緩沖器（RCD），用來緩沖來自內(nèi)存控制器的地址/命令/控制信號；二是數(shù)據(jù)緩沖器（DB），用來緩沖來自內(nèi)存控制器或內(nèi)存顆粒的數(shù)據(jù)信號。僅采用RCD芯片對地址/命令/控制信號進(jìn)行緩沖的內(nèi)存模組通常稱為RDIMM，而采用了RCD和DB套片對地址/命令/控制信號及數(shù)據(jù)信號進(jìn)行緩沖的內(nèi)存模組稱為LRDIMM。瀾起科技和瑞薩是Rambus在RCD業(yè)務(wù)方面的兩個主要競爭對手，Rambus率先在DDR5方面加大投入，如今已經(jīng)形成先發(fā)優(yōu)勢，相比于同行，Rambus將能以更快的速度提高其市場地位。內(nèi)存接口芯片及內(nèi)存模組配套芯片行業(yè)的增長受到“量”“價”雙方的共同驅(qū)動。從出貨量的角度，可以通過以下公式對全球內(nèi)存接口芯片出貨量進(jìn)行大致測算：內(nèi)存接口芯片數(shù)量=服務(wù)器出貨量×單個服務(wù)器CPU用量×單個CPU對應(yīng)的內(nèi)存條數(shù)量×（單個內(nèi)存條上DB和RCD數(shù)量+內(nèi)存配套芯片數(shù)量）。1）服務(wù)器需求回升，單臺服務(wù)器CPU配置提高。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，全球服務(wù)器市場在經(jīng)歷了2019-2021年的持續(xù)低迷期后迎來反彈，2022年全球服務(wù)器出貨量達(dá)到1380萬臺。服務(wù)器可分為AI服務(wù)器和通用服務(wù)器，其中AI服務(wù)器起步較晚，但是增速驚人，2022年AI服務(wù)器出貨量約為總體的1%，預(yù)計2023-2025年可以實現(xiàn)60%左右的CAGR；通用服務(wù)器預(yù)計后續(xù)實現(xiàn)平穩(wěn)增長，CAGR預(yù)期為7%左右。同時，大模型的出現(xiàn)導(dǎo)致對服務(wù)器的算力要求大幅提升，單個服務(wù)器CPU數(shù)量也因此增長。今年最新發(fā)布的聯(lián)想ThinkSystemSR850和浪潮服務(wù)器NF8480M5已經(jīng)實現(xiàn)標(biāo)配4顆CPU，最大配置8顆CPU，而中科曙光的服務(wù)器標(biāo)配和最大配置CPU數(shù)量均達(dá)到8顆，相比2016年聯(lián)想服務(wù)器標(biāo)配和最高配置CPU數(shù)量僅1顆已有明顯提升。2）內(nèi)存接口芯片進(jìn)入替換周期，DDR5升級帶來DB芯片及內(nèi)存模組配套芯片增量需求。內(nèi)存接口芯片最主要的下游應(yīng)用是服務(wù)器，自從2020年JEDEC提出DDR5規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以后，各大服務(wù)器廠商開始計劃推出兼容DDR5的新平臺。在DDR4世代，LRDIMM內(nèi)則通常配置1顆RCD+9顆DB；根據(jù)DDR5標(biāo)準(zhǔn)，LRDIMM內(nèi)將配置1顆RCD和10顆DB，此外需要配套一個串行檢測芯片（SPD）、一個電源管理芯片(PMIC)，以及1-3個溫度傳感器(TS)。DDR5內(nèi)存模組首次采用電源管理芯片（PMIC）以提升電源管理效能。DDR5的滲透率不斷提升帶來了DB芯片和內(nèi)存模組配套芯片新的增量需求。3）DDR5子代迭代速度加快，內(nèi)存接口芯片均價有望維持穩(wěn)定。在某一代具體產(chǎn)品周期中，銷售單價逐年降低，但新的子代產(chǎn)品在推出時的單價通常高于上一子代產(chǎn)品。瀾起科技DDR4世代每個子代的迭代周期約18個月左右，而DDR5世代子代迭代周期縮短，有利于保持穩(wěn)定的ASP水平。綜上所述，在量和價的雙重驅(qū)動下，內(nèi)存接口芯片市場正處于景氣向上周期，Rambus業(yè)績增長可期。根據(jù)我們測算，預(yù)計到2025年，內(nèi)存接口芯片（RCD+DB）將有13.5億美元的市場，而配套芯片市場（SPDHub、溫度傳感器和PMIC）將有額外的3.2億美元，由于Rambus目前正處于配套芯片的產(chǎn)品鑒定周期，預(yù)計主要的銷售貢獻(xiàn)將從2024年開始啟動。3.服務(wù)器互連產(chǎn)品前景展望3.1.HBM市場潛力巨大，Rambus抓住時機(jī)前瞻布局3.1.1.JEDEC將HBM納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，超高性能助力HPC、AI計算高帶寬存儲器（HighBandwidthMemory，HBM）是AMD和SK海力士發(fā)起的一種基于3D堆棧工藝的高性能DRAM，適用于高存儲器帶寬需求的應(yīng)用場合，如圖形處理器、網(wǎng)絡(luò)交換及轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備（如路由器、交換器）等。這項技術(shù)在2013年10月被JEDEC采納為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存技術(shù)，之后JEDEC又分別在2016年和2018把HBM2和HBM2E納為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前在HBM2E規(guī)范下，當(dāng)傳輸速率上升到每管腳3.6Gbps時，HBM2E可以實現(xiàn)每堆棧461GB/s的內(nèi)存帶寬。此外，HBM2E支持12個DRAM的堆棧，內(nèi)存容量高達(dá)每堆棧24GB。這種新型的CPU/GPU內(nèi)存芯片是垂直堆疊而成，再由“中介層（Interposer）”連接至CPU/GPU，這種設(shè)計使信息交換時間大幅縮短，只需將HBM堆棧插入中介層并放置于CPU/GPU旁邊，再將其連接至電路板即可。HBM所具備的功能特性與芯片集成的DRAM幾乎無異，且垂直堆疊的特殊設(shè)計使HBM具有功耗、性能、尺寸等多方面優(yōu)勢。HBM具有超越一般芯片集成的RAM的特殊優(yōu)勢。首先，高速、高帶寬的特性使HBM非常適合用于GPU顯存和HPC高性能計算、AI計算；其次，由于采用了TSV和微凸塊技術(shù)，HBM具備更好的內(nèi)存功耗能效特性，相對于GDDR5存儲器，HBM2的單引腳I/O帶寬功耗比數(shù)值降低42%，更低的熱負(fù)荷降低了冷卻成本；此外，在物理空間日益受限的數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，HBM緊湊的體系結(jié)構(gòu)也是其獨特的優(yōu)勢。3.1.2.HBM有望變革行業(yè)局勢，競爭呈現(xiàn)三足鼎立格局內(nèi)存行業(yè)長期以系統(tǒng)級需求為導(dǎo)向，已經(jīng)突破了系統(tǒng)性能的當(dāng)前極限，目前內(nèi)存性能的提升將迎來拐點，具有高數(shù)據(jù)處理速度和高性能的HBM或許將成為改變行業(yè)風(fēng)向的關(guān)鍵所在。此外，ChatGPT等新興AI產(chǎn)品的出現(xiàn)為高性能存儲芯片帶來了新一波需求熱潮，據(jù)韓國經(jīng)濟(jì)日報報道，受惠于ChatGPT，三星、SK海力士的HBM接單量大增。據(jù)semiconductor-digest預(yù)測，到2031年，全球高帶寬存儲器市場預(yù)計將從2022年的2.93億美元增長到34.34億美元，在2023-2031年的預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率為31.3%。當(dāng)前HBM市場呈現(xiàn)三足鼎立格局，TrendForce研究顯示，2022年三大原廠HBM市占率分別為SK海力士占50%、三星約40%、美光約占10%。2022年1月，JEDEC組織正式發(fā)布了新一代高帶寬內(nèi)存HBM3的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，繼續(xù)在存儲密度、帶寬、通道、可靠性、能效等各個層面進(jìn)行擴(kuò)充升級，SK海力士抓住機(jī)遇加速研發(fā)，成為目前唯一能夠量產(chǎn)HBM3的供應(yīng)商，主導(dǎo)了處于起步階段的HBM內(nèi)存市場。三星電子則面向AI人工智能市場首次推出了HBM-PIM技術(shù)，在存儲芯片上集成了計算功能，實現(xiàn)了原HBM2倍的性能，同時功耗還降低了70%。美光公司通過與新思科技的合作，加速HBM3產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，以實現(xiàn)前所未有的超高帶寬、功耗和性能。芯片公司也在加緊布局HBM以期搶占先機(jī)。AMD作為最早發(fā)現(xiàn)DDR的局限性并與SK海力士聯(lián)手研發(fā)HBM的公司，在其Fury顯卡上使用了全球首款HBM，據(jù)ISSCC2023國際固態(tài)電路大會上的消息，AMD考慮在Instinct系列加速卡已經(jīng)整合封裝HBM的基礎(chǔ)上，在HBM之上繼續(xù)堆疊DRAM內(nèi)存，使得一些關(guān)鍵算法內(nèi)核可以直接在整合內(nèi)存內(nèi)執(zhí)行，而不必在CPU和獨立內(nèi)存之間往復(fù)進(jìn)行通信傳輸，從而大幅提升AI處理的性能，并降低功耗。芯片巨頭英偉達(dá)同樣重視HBM的布局，與SK海力士合作，在英偉達(dá)計算卡中使用最新的HBM3內(nèi)存芯片。3.1.3.Rambus抓緊行業(yè)機(jī)遇，加快研發(fā)生產(chǎn)進(jìn)度Rambus雖然規(guī)模無法與行業(yè)巨頭比肩，但也在抓住HBM的機(jī)遇加速公司發(fā)展。Rambus的HBM2E接口完全符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，并且自主開發(fā)了LabStation工具，使客戶能夠?qū)⑵銱BM2E解決方案直接插入到他們的終端系統(tǒng)當(dāng)中，來構(gòu)建一個非常獨立的內(nèi)存子系統(tǒng)。此外，Rambus也不斷加強(qiáng)與SK海力士、AIChip、臺積電等的合作，例如在SK海力士方面，它為Rambus提供的HBM2E內(nèi)存達(dá)到了3.6G的數(shù)據(jù)傳輸速率，而在和合作過程中，兩者又將HBM2E的速率進(jìn)一步地推進(jìn)到了4.0Gbps；AIchip則為Rambus提供了ASIC的相關(guān)解決方案以及產(chǎn)品，幫助其設(shè)計了相關(guān)中介層以及封裝；此外，臺積電提供了2.5DCowos封裝以及解決方案，來更好地為Rambus打造一個晶圓上的基本架構(gòu)。作為半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)專注于細(xì)分市場的小規(guī)模公司，Rambus能快速識別到HBM的發(fā)展機(jī)會并主動布局，加大研發(fā)投入，自主創(chuàng)新技術(shù)，將來在規(guī)模愈發(fā)龐大的HBM市場上Rambus也將獲得進(jìn)一步發(fā)展。3.2.CXL成為行業(yè)領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)，Rambus兼并收購前沿布局3.2.1.CXL高兼容性與內(nèi)存一致性優(yōu)勢顯著，市場潛力巨大CXL具有的高兼容性和內(nèi)存一致性使其迅速取代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的PCIe，成為行業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。在兼容性方面，CXL標(biāo)準(zhǔn)在接口規(guī)格上可兼容PCIe5.0，能夠被現(xiàn)有支持PCIe端口的處理器（絕大部分的通用CPU、GPU和FPGA）所接納，且能夠解決PCIe在內(nèi)存使用效率、延遲和數(shù)據(jù)吞吐量上的缺陷，因此英特爾將CXL視為在PCIe物理層之上運行的一種可選協(xié)議，在PCIe6.0標(biāo)準(zhǔn)上大力推進(jìn)CXL的采用。在內(nèi)存一致性方面，CXL可在CPU，以及GPU、FPGA等之間建立高速且低延遲的互連，維護(hù)CPU內(nèi)存空間和連接設(shè)備上的內(nèi)存之間的內(nèi)存一致性，允許CPU與GPU之間繞過PCIe協(xié)議，用CXL協(xié)議來共享、互取對方的內(nèi)存資源。透過CXL協(xié)議，CPU與GPU之間形同連成單一個龐大的堆棧內(nèi)存池，CPUCache和GPUHBM2內(nèi)存猶如放在一起，有效降低兩者之間的延遲，故此能大幅提升數(shù)據(jù)運算效率。除了資源共享（內(nèi)存池）和交換之外，CXL還可以通過連接CXL的設(shè)備向CPU主機(jī)處理器添加更多內(nèi)存。當(dāng)與持久內(nèi)存配對時，低延遲CXL鏈路允許CPU主機(jī)將此額外內(nèi)存與DRAM內(nèi)存結(jié)合使用。高兼容性與內(nèi)存一致性是CXL的最大優(yōu)勢，幫助CXL強(qiáng)勢崛起，各大巨頭紛紛加緊布局。在AMD、ARM、IBM以及英特爾等主要CPU供應(yīng)商的支持下，CXL已經(jīng)成為領(lǐng)先的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。CXL技術(shù)未來市場潛力較大。根據(jù)美光科技在2022年5月召開的投資人說明會資料，受異構(gòu)計算快速發(fā)展的驅(qū)動，2025年CXL相關(guān)產(chǎn)品的市場規(guī)?？蛇_(dá)到20億美元，到2030年超過200億美元。3.2.2.Rambus兼并收購獲取關(guān)鍵技術(shù)，前沿布局CXL2022年5月5日，Rambus宣布已簽署收購Hardent的協(xié)議。Rambus官方消息顯示，Hardent擁有20年的半導(dǎo)體經(jīng)驗，其世界一流的硅設(shè)計、驗證、壓縮和糾錯碼專業(yè)知識為Rambus的CXL內(nèi)存互連計劃提供了關(guān)鍵資源，此次收購加速了Rambus下一代數(shù)據(jù)中心的CXL處理解決方案的開發(fā)。Rambus也收購了CXL和PCIe數(shù)字控制器供應(yīng)商PLDA和PHY供應(yīng)商AnalogX，有力地補(bǔ)充了公司的服務(wù)器內(nèi)存接口芯片產(chǎn)品和專業(yè)技術(shù)。對Rambus而言，CXL不僅僅是一種池內(nèi)存，它還利用其IP來推動最近出臺的CXL內(nèi)存互連計劃，以支持不斷發(fā)展的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)及服務(wù)器工作負(fù)載的持續(xù)增長和專業(yè)化，因此CXL內(nèi)存和內(nèi)存互聯(lián)計劃對Rambus而言意義重大，目前Rambus正在銷售CXL相關(guān)解決方案，前沿布局CXL。3.3.Retimer或?qū)⒊蔀樾略鲩L點，AI服務(wù)器助力發(fā)展PCIe總線是當(dāng)前最流行傳輸總線，具有傳輸速度快，兼容性、拓展性強(qiáng)的特點。由于硬件數(shù)據(jù)交互傳輸速度要求日益提升，驅(qū)動傳統(tǒng)并行總線向高速串行總線的過渡，PCIe相比以往PCI、AGP、PCI-X具有更快傳輸速率，得到廣泛認(rèn)可，并且正在不斷迭代升級，朝著更高傳輸速率方向發(fā)展。從兼容性來看，以硬盤為例，PCIe總線支持AHCI、NVMe和SCSI協(xié)議，有SATAExpress、M.2、PCIe、U.2等多種接口，具有兼容性、拓展性強(qiáng)等特點。無線網(wǎng)卡、有線網(wǎng)卡、聲卡、采集卡、轉(zhuǎn)接卡等設(shè)備均可以直接插入插槽。伴隨PCIe標(biāo)準(zhǔn)升級，總線傳輸速率幾乎翻倍提升，同時帶來嚴(yán)重信號衰減。主板PCIe通道分為x1、x2、x4、x8和x16等多種配置，通道數(shù)量越多意味著帶寬越高，傳輸速度越快。同時每一代PCIe標(biāo)準(zhǔn)升級，其傳輸速度幾乎翻倍上升，從PCIe4.0到PCIe5.0，傳輸速度由16GT/s提升至32或25GT/s，而整個鏈路插損預(yù)算從4.0時代的28dB，增長到5.0時代的36dB。信號衰減將限制超高速數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議在下一代計算平臺應(yīng)用范圍?，F(xiàn)有的信號衰減問題解決方案包括Redriver放大訊號、Retimer芯片重新生成訊號以及高速PCB板材減少訊號傳遞損耗這三種方法。選用高速PCB，板材升級邊際成本將越來越大，也不能有效覆蓋多連接器應(yīng)用場景，以PCIe應(yīng)用來說，PCIeGen3仍可以較為容易地在普通的FR4上實現(xiàn)，但是Gen4則需要比FR4更低損耗的板材，導(dǎo)致支持PCIeGen4的PC主板要比不支持Gen4的貴很多。此外，即使是使用更貴（低損耗）的板材，長距離地傳輸16Gbps的信號仍然是一個非常大的挑戰(zhàn)，因此使用低損耗PCB板的方法在Gen4后慢慢被淘汰掉了。Redriver功能相對簡單，其通過Rx端的CTLE和Tx端的驅(qū)動器，實現(xiàn)對損耗的補(bǔ)償，進(jìn)而使得眼圖的窗口變大，讓整個PCIe通道看起來有更小的衰減。因為Redriver沒有涉及到任何協(xié)議相關(guān)的內(nèi)容，其兩端的PCIe設(shè)備無法感知到Redriver器件的存在。而Retimer不僅在Rx端實現(xiàn)CTLE和DFE，還會在Tx端實現(xiàn)相應(yīng)的EQ功能，這使得Retimer能夠?qū)崿F(xiàn)比Redriver更好的降低通道物理損耗的效果。相比于市場其他技術(shù)解決方案，現(xiàn)階段Retimer芯片的解決方案在性能、標(biāo)準(zhǔn)化和生態(tài)系統(tǒng)支持等方面具有一定的比較優(yōu)勢，而且可以靈活地切換PCIe或CXL模式，更符合未來CXL互連趨勢。3.3.1.競爭格局概覽Retimer技術(shù)壁壘高，競爭者較少。由于Retimer面世較晚，且具有較高的技術(shù)壁壘，目前行業(yè)內(nèi)主要的競爭對手只有AsteraLabs、譜瑞和瀾起科技三家公司。AsteraLabs是以PCIe為主要研究方向的初創(chuàng)型公司，2020年4月獲得了B輪融資,目前在PCIe4.0Retimer領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。譜瑞是2005成立的中國臺灣上市公司,在PCIe3.0時代就已經(jīng)成為信號衰減解決方案提供商。瀾起起步較晚，但量產(chǎn)完成的時點僅比其他競爭對手晚一個季度，并且是唯一一家Retimer的中國大陸供應(yīng)商。國內(nèi)市場仍然十分廣闊，Rambus同樣未來發(fā)展?jié)摿κ恪?.3.2.AI服務(wù)器助力Retimer強(qiáng)勢崛起，市場空間廣闊假設(shè)各代標(biāo)準(zhǔn)下單臺服務(wù)器平均鏈路數(shù)均為16條，假定價格是1/1.5/2美元，并且2025年ASP按照10%速率下降。同時對各代PCIe的滲透率進(jìn)行相應(yīng)假設(shè)。Retimer整體市場規(guī)模則有望達(dá)到4.1億美元。PCIe4.0時代，服務(wù)器廠商推出支持PCIe4.0的服務(wù)器主板上留有對應(yīng)插槽，當(dāng)用戶需要時可在服務(wù)器上安裝有搭載Retimer的擴(kuò)展板卡，用來支持對應(yīng)的設(shè)備，如NVMe硬盤、GPU或網(wǎng)卡等，當(dāng)使用PCIe4.0的設(shè)備增加時，將逐步增加對Retimer的需求。在PCIe5.0時代，Retimer有望直接配置在主板上以保證信號的穩(wěn)定傳輸，市場規(guī)模則由服務(wù)器廠商的供給決定，即任何一塊支持PCIe5.0的服務(wù)器主板都將搭載相應(yīng)的Retimer。在2023-2025年P(guān)CIe5.0大規(guī)模應(yīng)用之后，市場規(guī)模有望增至4.1億美金。當(dāng)前Rambus已經(jīng)實現(xiàn)了PCIe6.0Retimer解決方案的銷售，隨著AI服務(wù)器對GPU算力需求的增加，未來Retimer市場規(guī)模將大幅擴(kuò)張，Rambus有望借助Retimer相關(guān)產(chǎn)品實現(xiàn)新的增長，助力公司持續(xù)發(fā)展。4.行業(yè)“去庫存”周期結(jié)束，細(xì)分市場驅(qū)動發(fā)展4.1.Rambus發(fā)展前景向好，接口IP與內(nèi)存接口芯片市場雙重發(fā)力4.1.1.半導(dǎo)體IP市場整體擴(kuò)張，接口IP細(xì)分市場加速增長Rambus以IP授權(quán)的業(yè)務(wù)模式起家，之后面對半導(dǎo)體市場愈發(fā)激烈的競爭，Rambus及時調(diào)整方向、改變經(jīng)營策略，經(jīng)過三十多年的發(fā)展和創(chuàng)新，目前Rambus的主要業(yè)務(wù)分為基礎(chǔ)專利授權(quán)、芯片IP授權(quán)和內(nèi)存接口芯片三個板塊，服務(wù)于數(shù)據(jù)中心、5G、邊緣計算、IoT和自動駕駛等市場。目前，芯片IP授權(quán)和內(nèi)存接口芯片兩大賽道規(guī)?？焖僭鲩L、發(fā)展?jié)摿薮?，為公司未來發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。公司芯片IP授權(quán)業(yè)務(wù)主要由接口IP和安全I(xiàn)P兩個方面，接口IP采用高速內(nèi)存和芯片到芯片的互連技術(shù)，包括物理接口（“PHY”）和數(shù)字控制器IP，提供行業(yè)領(lǐng)先的集成內(nèi)存和互連子系統(tǒng)；公司的安全I(xiàn)P服務(wù)包括加密核心、硬件信任根、高速協(xié)議引擎和芯片供應(yīng)技術(shù)，是目前行業(yè)內(nèi)最系統(tǒng)全面的安全I(xiàn)P解決方案組合之一。芯片IP隸屬于半導(dǎo)體IP行業(yè)，近年來半導(dǎo)體IP行業(yè)發(fā)展迅猛，根據(jù)半導(dǎo)體IP研究機(jī)構(gòu)IPnest數(shù)據(jù)，2022年全球半導(dǎo)體IP市場規(guī)模達(dá)到66.7億美元，同比增長20.2%，IPnest預(yù)計，到2025年半導(dǎo)體IP市場規(guī)模將超過100億美元，2021-2026年的復(fù)合年增長率為16.7%。目前中國半導(dǎo)體IP市場增速與全球半導(dǎo)體IP市場基本持平，根據(jù)億歐智庫測算，2022年中國半導(dǎo)體IP市場規(guī)模達(dá)119億人民幣，同比增長20.6%，2025年市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到198.8億人民幣，2018-2025年的預(yù)計復(fù)合增長率為20%，增速領(lǐng)先全球，市場潛力巨大。當(dāng)前半導(dǎo)體IP市場競爭呈現(xiàn)三級格局，其中第一級為處理器IP龍頭廠商ARM，ARM以豐富的產(chǎn)品種類、領(lǐng)先的版稅收入和完備的IP-芯片-應(yīng)用的一體化生態(tài)成為半導(dǎo)體IP行業(yè)的第一大廠商，護(hù)城河極深；第二級為Synopsys、Cadence等為代表的老牌EDA龍頭廠商，為半導(dǎo)體IP提供芯片設(shè)計工具和輔助性軟件，與IP業(yè)務(wù)協(xié)同效應(yīng)強(qiáng)，在行業(yè)內(nèi)具有較強(qiáng)的影響力；第三級為Rambus、eMemory等專注于某一細(xì)分品類的小規(guī)模公司，這些公司的差異性強(qiáng)，但由于產(chǎn)品品類較少、生態(tài)能力較弱，市場競爭力不如前兩級廠商。當(dāng)前Rambus處于全球半導(dǎo)體IP市場的第三梯隊，專注于接口IP細(xì)分品類，雖然規(guī)模不如行業(yè)龍頭ARM等企業(yè)，但其以獨特的技術(shù)優(yōu)勢也在市場中占據(jù)一席之地，具有較強(qiáng)的運營能力和盈利能力。半導(dǎo)體IP行業(yè)有四大細(xì)分市場，分別為處理器IP、接口IP、物理IP和數(shù)字IP，其中Rambus主攻的接口IP市場份額不斷擴(kuò)大。根據(jù)IPnest數(shù)據(jù)，2017-2022年間，全球接口IP市場份額占比從18%增長到了24.9%，不斷搶奪處理器IP的市場，其重要性和發(fā)展?jié)摿χ饾u凸顯，據(jù)IPnest預(yù)測，2025年接口IP市占率有望超過處理器IP，成為排名第一的IP品類。未來接口IP市場將主要由與數(shù)據(jù)中心相關(guān)度較高的PCIeIP、DDRIP以及以太網(wǎng)、SerDes、D2D等推動增長。據(jù)IPnest預(yù)測，2022-2026年期間全球PCIe、DDR、以太網(wǎng)和D2D四類接口IP的年復(fù)合增長率預(yù)計將達(dá)到27%，如果只考慮高端接口市場，2021-2026年這4大接口IP的年復(fù)合增長率將達(dá)到75%，2026年全球接口IP整體市場規(guī)模將達(dá)到30億美元。在半導(dǎo)體IP市場整體擴(kuò)張和接口IP細(xì)分市場加速增長的背景下，Rambus芯片IP授權(quán)業(yè)務(wù)板塊也將獲得強(qiáng)勁增長動力，成為公司發(fā)展的重要推動力。4.1.2.半導(dǎo)體市場上升周期將啟，內(nèi)存接口芯片市場有望大幅擴(kuò)張面對日益激烈的半導(dǎo)體市場競爭，Rambus迅速反應(yīng)、求變創(chuàng)新式開辟了自有品牌芯片生產(chǎn)和銷售業(yè)務(wù)，進(jìn)軍內(nèi)存接口市場。公司采用Fabless模式集中資源進(jìn)行自有品牌的研發(fā)和創(chuàng)新，積極拓展客戶版圖，2022年公司產(chǎn)品銷售收入已占公司總營收比重超過50%，同比增長57.8%，主要源于內(nèi)存接口芯片的銷售增加。公司現(xiàn)有內(nèi)存接口芯片產(chǎn)品組合為DDR4和DDR5，主要客戶為DRAM制造商，如美光、三星和SK海力士等。，于2015年左右正半導(dǎo)體行業(yè)具有明顯的成長性與周期性。在成長性方面，半導(dǎo)體市場規(guī)模從1975年的50億美元增長至今天近5000億美元，在不到50年的時間實現(xiàn)了近100倍的增長，具有極強(qiáng)的成長能力；在周期性方面，根據(jù)對過去半導(dǎo)體市場的統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，一輪半導(dǎo)體周期約持續(xù)42.6個月，其中上升期21.8個月、下降期20.8個月，目前正處于兩輪周期的交界點，23H2有望