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全球及中国内存接口芯片及内存模组配套芯片行业重点企业竞争格局研究及市场规模前景分析预测


1、内存接口芯片:内存接口芯片是服务器内存模组(又称“内存条”)的核心逻辑器件,作为服务器CPU存取内存数据的必由通路,其主要作用是提升内存数据访问的速度及稳定性,满足服务器CPU对内存模组日益增长的高性能及大容量需求。内存接口芯片需与内存厂商生产的各种内存颗粒和内存模组进行配套,并通过服务器CPU、内存和OEM厂商针对其功能和性能(如稳定性、运行速度和功耗等)的全方位严格认证,才能进入大规模商用阶段。因此,研发此类产品不仅要攻克内存接口的核心技术难关,还要跨越服务器生态系统的高准入门槛。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年全球及中国内存接口芯片市场深度调研及投资可行性预测咨询报告

DDR4内存接口芯片按功能可分为两类:一是寄存缓冲器(RCD),用来缓冲来自内存控制器的地址、命令、控制信号;二是数据缓冲器(DB),用来缓冲来自内存控制器或内存颗粒的数据信号。RCDDB组成套片,可实现对地址、命令、控制信号和数据信号的全缓冲。仅采用了RCD芯片对地址、命令、控制信号进行缓冲的内存模组通常称为RDIMM(寄存双列直插内存模组),而采用了RCDDB套片对地址、命令、控制信号及数据信号进行缓冲的内存模组称为LRDIMM(减载双列直插内存模组)。

目前,DDR4世代的内存接口芯片产品目前仍是市场的主流产品,2020年国内市场主要以DDR4Gen2Plus子代为主。其DDR4内存接口芯片子代产品及其应用情况如下:

 

DDR5JEDEC标准定义的第5代双倍速率同步动态随机存取存储器标准。与DDR4相比,DDR5采用了更低的工作电压(1.1V),同时在传输有效性和可靠性上又迈进了一步,其支持的最高速率可能超过6400MT/S,是DDR4最高速率的2倍。

2DDR5内存模组配套芯片:根据JEDEC标准,DDR5内存模组上除了内存颗粒及可能需要的内存接口芯片外,还可能需要三种配套芯片,分别是串行检测集线器(SPD)、温度传感器(TS)以及电源管理芯片(PMIC)

1)串行检测集线器(SPD):DDR5第一子代串行检测集线器(SPD),芯片内部集成了8KbitEEPROMI2C/I3C总线集线器(Hub)和温度传感器(TS),适用于所有DDR5系列内存模组(如LRDIMMRDIMMUDIMMSODIMM等),应用范围包括服务器、台式机及笔记本内存模组。SPDDDR5内存模组不可或缺的组件,也是内存管理系统的关键组成部分,其包含如下几项功能:

第一,其内置的SPDEEPROM是一个非易失性存储器,用于存储内存模组的相关信息以及模组上内存颗粒和相关器件的所有配置参数。根据JEDEC的内存规范,每个内存模组都需配置一个SPD器件,并按照JEDEC规范的数据结构编写SPDEEPROM的内容。主板BIOS在开机后会读取SPD内存储的信息,并根据读取到的信息来配置内存控制器和内存模组。DDR5SPD数据可通过I2C/I3C总线访问,并可按存储区块(block)进行写保护,以满足DDR5内存模组的高速率和安全要求。

第二,该芯片还可以作为I2C/I3C总线集线器,一端连接系统主控设备(如CPU或基板管理控制器(BMC)),另一端连接内存模组上的本地组件,包括RCDPMICTS,是系统主控设备与内存模组上组件之间的通信中心。在DDR5规范中,一个I2C/I3C总线上最多可连接8个集线器(8个内存模组),每个集线器和该集线器管理下的每个内存模组上的本地组件都被指定了一个特定的地址代码,支持唯一地址固定寻址。

第三,该芯片还内置了温度传感器(TS),可连续监测SPD所在位置的温度。主控设备可通过I2C/I3C总线从SPD中的相关寄存器读取传感器检测到的温度,以便于进行内存模组的温度管理,提高系统工作的稳定性。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年全球及中国内存模组配套芯片市场监测调查及投资战略评估预测报告

2)温度传感器(TS):DDR5第一子代高精度温度传感器(TS)芯片符合JEDEC规范,支持I2CI3C串行总线,适用于DDR5服务器RDIMMLRDIMM内存模组。TS作为SPD芯片的从设备,可以工作在时钟频率分别高达1MHzI2C12.5MHzI3C总线上;CPU可经由SPD芯片与之进行通讯,从而实现对内存模组的温度管理。TSDDR5服务器内存模组上重要组件,目前主流的DDR5服务器内存模组预计将配置2TS

3)电源管理芯片(PMIC):符合JEDEC规范的DDR5第一子代低/高电流电源管理芯片(PMIC)包含4个直流-直流降压转换器,两个线性稳压器(LDO,分别为1.8V1.0V),并能支持I2CI3C串行总线,适用于DDR5服务器RDIMMLRDIMM内存模组。PMIC的作用主要是为内存模组上的其他芯片(如DRAMRCDDBSPDTS等)提供电源支持。CPU可经由SPD芯片与之进行通讯,从而实现电源管理。低电流电源管理芯片应用于DDR5服务器较小电流的RDIMM内存模组,高电流电源管理芯片则应用于DDR5服务器较大电流的RDIMMLRDIMM内存模组。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年全球及中国温度传感器(TS)市场全景调研及投资战略评估预测报告

3PCIe Retimer芯片:PCIe Retimer芯片是适用于PCIe高速数据传输协议的超高速时序整合芯片,这是全互连芯片领域布局中一款重要产品。近年来,高速数据传输协议已由PCIe3.0(数据速率为8GT/S)发展为PCIe4.0(数据速率为16GT/S),数据传输速度翻倍的同时带来了突出的信号衰减和参考时钟时序重整问题,这些问题较大限制了超高速数据传输协议在下一代计算平台的应用范围。PCIe4.0的高速传输问题提高了对优化高速电路与系统互连的设计需求,加大了在超高速传输下保持信号完整性的研发热度。为了补偿高速信号的损耗,提升信号的质量,通常会在链路中加入超高速时序整合芯片(Retimer)。PCIe Retimer芯片已成为高速电路的重要器件之一,主要解决数据中心数据高速、远距离传输时,信号时序不齐、损耗大、完整性差等问题。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年电源管理芯片(PMIC)行业发展战略研究及投资潜力预测评估报告

4、产业发展现状:

1)集成电路行业发展情况:集成电路行业作为全球信息产业的基础,是世界电子信息技术创新的基石。集成电路行业派生出诸如PC、互联网、智能手机、数字图像、云计算、大数据、人工智能等诸多具有划时代意义的创新应用,成为现代日常生活中必不可少的组成部分。集成电路行业主要包括集成电路设计业、制造业和封装测试业,属于资本与技术密集型行业。在国家及地方政府多项政策的支持和指引下,通过社会各界的共同努力,中国集成电路产业从无到有,企业创新能力逐步提升,已经在全球半导体市场占据举足轻重的地位。

2020年受疫情影响,全球经济出现了一定程度的衰退,但是全球集成电路市场在居家办公学习、远程会议等需求驱动下,逆势增长。根据世界半导体贸易统计组织(WSTS)统计,2020年全球半导体市场销售额4,390亿美元,同比增长了6.5%。由于疫情控制较好,2020年中国GDP实现了2.3%的增长,首次突破100万亿元,达到了101.6万亿元。在中国经济增长的带动下,中国集成电路产业继续保持快速增长态势。中国半导体行业协会统计,2020年中国集成电路产业销售额为8,848亿元,同比增长17%。其中,设计业销售额为3,778.4亿元,同比增长23.3%;制造业销售额为2,560.1亿元,同比增长19.1%;封装测试业销售额2,509.5亿元,同比增长6.8%

2)数据中心、服务器、CPU及内存模组行业情况:服务器是数据中心的“心脏”,其本质是一种性能更高的计算机,但相较于普通计算机,服务器具有更高速的CPU计算能力、更强大的外部数据吞吐能力和更好的扩展性,运行更快,负载更高。根据IDC发布的数据,2020年全球服务器出货量和销售额分别为1,220万台和910亿美元,同比上升3.92%4.24%。整体来说,2020年全球服务器市场规模稳中有升,相较于全球服务器市场,中国服务器市场增速更为明显,2020年中国服务器市场出货量为350万台,同比增长9.8%;市场规模为216.49亿美元(约合1,489.9亿元人民币),同比增长19.0%

CPU是服务器的“大脑”,是服务器的运算核心和控制核心。全球服务器CPU市场中,X86架构CPU占据主流市场份额。服务器CPU行业技术门槛高,客户选择产品关注的主要因素包括性能、生态系统、安全性和价格,性能是CPU算力是否能够支撑用户运算资源需求的重要基础;生态系统则是提升客户使用便捷性以及整体数据中心兼容性的重要因素,需全方位的资源技术成本投入以及长时间的累积;安全性则是用户运行数据中心的重要考量,并在近年来越来越受到客户及行业的重视。

服务器内存模组是服务器CPU与硬盘的数据中转站,起到临时存储数据的作用,其存储和读取数据的速度相较硬盘更快。由于服务器数据存储和处理的负载能力不断提升,对内存模组的稳定性、纠错能力以及低功耗均提出了较高要求。全球DRAM行业市场90%以上的市场份额由三星电子、海力士及美光科技占据,他们也是公司内存接口芯片产品主要的下游客户。

3)内存接口芯片:内存接口芯片是服务器内存模组的核心逻辑器件,其主要作用是提升内存数据访问的速度及稳定性,满足服务器CPU对内存模组日益增长的高性能及大容量需求。内存接口芯片的发展演变情况如下:

 

最近三年,DDR4技术的发展进入了成熟期,成为内存市场的主流技术。为了实现更高的传输速率和支持更大的内存容量,JEDEC组织进一步更新和完善了DDR4内存接口芯片的技术规格,增加了多种功能,用以支持更高速率和更大容量的内存。在DDR4世代,从Gen1.0Gen1.5Gen2.0Gen2plus,每一子代内存接口芯片所支持的最高传输速率在持续上升,其中,DDR4最新子代产品Gen2plus支持的最高传输可达3200MT/s。同时,JEDEC组织在不断完善对最新的DDR5内存接口产品的规格定义,DDR5内存技术有望在未来实现对DDR4内存技术的更新和替代。DDR5内存接口芯片相比于前一代DDR4内存接口芯片,采用了更低的工作电压(1.1V),同时在传输有效性和可靠性上又迈进了一步。其中,根据JEDEC组织定义,DDR5第一子代产品可实现4800MT/s的运行速率,是DDR4最高运行速率的1.5倍,可见通过不断的技术创新,实现更高的传输速率和支持更大的内存容量将是内存接口芯片行业未来发展的趋势和动力。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年服务器内存模组行业全产业结构深度分析及投资战略可行性评估预测报告

4AI芯片:2020AI行业和市场继续快速发展,除了传统的监控和互联网等业务,AI应用在医学、商业领域的新应用不断增加。而AI算法在自然语言处理(NLP)任务上的进步也推动了机器翻译、人机对话、智能文本分析等应用的推广。同时,由AI应用所带动的AI硬件市场也以两位数的年增速在不断增长。

目前的AI应用,仍然处于算法快速迭代、对算力要求不断提高的阶段,包括GPUAI加速卡、CPUFPGA在内的各类AI硬件也在迭代发展。客户最关注的是单位价格带来的AI算力规模及其功耗成本。数据中心的AI硬件部署目前仍然以GPU为主,但近两年来各类AI专用的训练、推理硬件已经开始规模部署,并在相应场景下展现出功耗、性能、成本等方面的优势。

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