Rynek NAND - niestabilne ceny, niepewna podaż

O skali problemu świadczy fakt, że sytuacja już jest negatywnie odczuwana przez branżę elektroniki konsumenckiej, w tym również przez końcowych odbiorców, w postaci wzrostu cen dysków SSD i kart pamięci. Szczególnie podatny jest sektor komputerów PC, który w SSD upatruje szansy na ponowne zainteresowanie klientów coraz chętniej wybierających do codziennego użytku tablety i smartfony zamiast laptopów. Mimo że zalety dysków SSD wobec HDD są dla konsumentów oczywiste, dla wielu z nich wyższa cena nadal pozostaje ważnym czynnikiem powstrzymującym od zakupu. Sygnały płynące od dostawców wskazują, że ceny mogą być wysokie jeszcze przez najbliższe miesiące. W marcu 2017 Intel ostrzegł swoich partnerów, że z uwagi na problemy z podażą i wysokie ceny pamięci priorytetem dla firmy będzie bardziej lukratywny segment "data center", nawet kosztem odbiorców z rynku elektroniki konsumenckiej.

Jak obecna sytuacja wpłynie na rynki zależne od dostaw NAND flash? Na pewno zmuszą odbiorców do większej dywersyfikacji dostawców, nawet jeśli oznacza to współpracę z mniej pożądanym strategicznie partnerem. Według raportu DigiTimes, Apple musiał nawiązać współpracę z Samsungiem, kiedy okazało się, że dotychczasowi dostawcy, SK Hynix i Toshiba, nie są w stanie dostarczyć odpowiednich ilości na potrzeby nowych modeli smartfonów. Samsung wyróżnia się na rynku stabilnym procesem 3D NAND, dzięki czemu jest w stanie realizować duże zamówienia.

Ponieważ dostawcy zwykle preferują klientów składających duże zamówienia, przede wszystkim wielu mniejszych klientów będzie miało problemy z zabezpieczeniem pożądanego poziomu stanu magazynowych. Może to zmusić ich do zakupów po zawyżonych cenach i z niepewnych źródeł. O tym, że jest to ryzykowne, może świadczyć historia firmy OCZ. Podczas niedoborów pamięci NAND w 2013 roku zdecydowała się ona na użycie chipów od niesprawdzonego dostawcy, które mimo wysokiej ceny okazały się kiepskie. Wynikłe problemy były jedną z głównych przyczyn ogłoszenia przez firmę bankructwa, ostatecznie zakończonego przejęciem przez Toshibę.

Źródło problemu

Braki na rynku NAND flash zaczęły być odczuwane w 2016 roku, a przedłużające się problemy z podażą w bieżącym spowodowały dalszy wzrost cen, nawet o ponad 10%. Na pierwszy rzut oka te duże wahania cenowe można wyjaśnić typowym cyklem koniunkturalnym na rynku półprzewodników. W fazie wzrostu technologii NAND flash, kiedy popyt znacznie przewyższał podaż a ceny były wysokie, producenci mocno inwestowali w rozwój mocy produkcyjnych, aby zdobyć jak największe udziały w opłacalnym rynku. Tak nagły wzrost podaży po pewnym czasie powodował przejście rynku z sytuacji niedoboru do przesycenia, kiedy dalsza rywalizacja między dostawcami odbywa się głównie na podstawie niskiej ceny. Spadek cen pamięci NAND flash powodował ich coraz większą popularność, ale równocześnie malejąca marża powstrzymywała producentów od dalszych inwestycji w linie produkcyjne. Trend ten doprowadził do sytuacji, kiedy dostawcy nie są w stanie zaspokoić rosnącego zapotrzebowania klientów.

W 2017 roku czynnikami kształtującymi sytuację na rynku były przede wszystkim dynamiczny wzrost popytu ze strony sektora pamięci do telefonów komórkowych, popularność dysków SSD i coraz większe pojemności nośników eMMC. DRAMeXchange wskazuje też na duże zamówienia ze strony chińskich producentów telefonów, takich jak Huawei, OPPO i Vivo. Według przewidywań firmy Micron, w okresie od 2016 do 2020 r. średni roczny wzrost globalnego zapotrzebowania na pamięć NAND wyniesie ok. 45% w ujęciu pojemności, do poziomu prawie 600 mld GB.

Spóźnione innowacje

Obok wzrostu sprzedaży, drugim ważnym powodem niedoborów jest wolniejsza, niż oczekiwano, adaptacja technologii 3D NAND. Zakłada ona umieszczenie na stosie wielu matryc pamięci połączonych przez pionowe połączenia TSV (Th rough Silicon Via). Główna zaleta tej architektury to większa pojemność chipów pamięci, jako że zastosowanie wielu warstw pozwala na gęste upakowanie danych w jednostce objętości. Dodatkowo, połączenia pionowe pomiędzy warstwami pozwalają na większe prędkości pracy przy mniejszym zużyciu energii. Obecnie tylko kilku graczy oferuje tego typu układy w sprzedaży, jednak nadal w ograniczonych ilościach. Na rynku dostępne są linia VNAND Samsunga, architektura BICS Toshiby oraz 3D XPoint będący wspólnym przedsięwzięciem Intela i Microna.

Rys. 1. Zmiany średnich cen sprzedaży NAND Flash

Mimo swoich zalet, pamięci 3D NAND nadal nie zastąpiły tradycyjnych układów dwuwymiarowych. Przede wszystkim ich cena jest nadal wyższa. Czołowi producenci w ostatnich latach zainwestowali w tę technologię miliardy dolarów, jednak problemy z dostosowaniem jej do produkcji masowej opóźniły szerszą adopcję na rynku. W porównania z tradycyjnymi wersjami planarnymi, produkcja układów 3D wymaga dodatkowych procesów związanych z umieszczeniem kolejnych struktur w jednej obudowie i zapewnieniem odpowiednich połączeń elektrycznych.

Głównym wyzwaniem jest optymalizacja procesu pod kątem efektywności i stabilności w odniesieniu do poziomu kosztów produkcji porównywalnych do klasycznych 2D NAND. Producenci muszą nie tylko rozbudować istniejące fabryki lub inwestować w nowe, ale też ponieść znaczące koszty badań i rozwoju. Szacuje się, że wyposażenie linii do produkcji 3D NAND kosztuje nawet pięć razy drożej niż tej tradycyjnej. Ponieważ amortyzacja sprzętu plus koszty jego utrzymania mogą składać się nawet na 50% kosztów produkcji, obniżenie cen układów 3D NAND jest nadal wyzwaniem.

Jak przewidują analitycy, dopiero pod koniec 2018 roku, wraz z rozpowszechnieniem się 96-warstwowych chipów NAND, technologia 3D ma szansę realnie poprawić sytuację na rynku. Samsung, Toshiba i Micron obecnie są na etapie produkcji masowej układów 64-warstwowych, podczas gdy SK Hynix w lipcu 2017 rozpoczął produkcję układów 72-warstwowych. Według prognoz SEMI, na rozpowszechnienie się układów 128-warstwych trzeba będzie poczekać przynajmniej do 2019 r. Wtedy też można oczekiwać zrównania się wartości sprzedaży układów 3D z tradycyjnymi planarnymi. W dłuższej perspektywie SEMI prognozuje, że układy 3D generować będą 78,7% biznesu NAND Flash w 2025.

Tabela 1. Podaż i popyt na rynku NAND Flash (w mln GB). Źródło: KDB Daewoo Securities

Inwestycje głównie w 3D

Wzrost cen zachęca producentów do inwestycji w rozbudowę mocy produkcyjnych, co jest dobrym sygnałem dla klientów, jednak na efekt tych działań trzeba będzie poczekać w najlepszym wypadku do końca przyszłego roku. Większość wydatków związana będzie z rozbudową mocy produkcyjnych w zakresie 3D NAND.

Jak podaje Reuters, Intel zwiększył wydatki inwestycyjne do 12 mld dolarów w 2017 r., z czego 2,5 mld to inwestycje związane z biznesem pamięci ze szczególnym naciskiem na 3D NAND. Toshiba zamierza zwiększyć inwestycje w fabrykę Fab 6 (Japonia), głównie na potrzeby masowej produkcji 64-warstwowych układów BiCS3 NAND. Firma, która jest drugim pod kątem wielkości dostawcą na rynku, zapowiedziała, że od 2018 roku co drugi produkowany przez nią układ NAND będzie realizowany w technologii 3D. Podobnie, SK Hynix w 2017 zwiększył finansowanie fabryki M14 (Korea) głównie w celu budowy nowego cleanroomu przeznaczonego do 3D NAND.

Samsung, który już w 2013 rozpoczął przemysłową produkcję Vertical NAND (V-NAND), w lipcu 2017 uruchomił fabrykę w Pyeongtaek w Korei Południowej zorientowaną na 256 gigabitowe pamięci 64-warstwowe. Samsung zainwestuje również 7 mld dolarów na przestrzeni trzech lat w rozbudowę fabryki NAND Flash w Xi'an w północnych Chinach. Już teraz udziały firmy w globalnym rynku NAND Flash szacowane są na 38%, zgodnie z wyliczeniami firmy IHS za II kwartał 2017 r. Kolejne inwestycje tylko wzmocnią dominację firmy. W sierpniu firma ogłosiła, że już w 2018 roku wprowadzi na rynek pamięć 3D NAND, która w jednej obudowie zapewni cztery terabity pojemności.

Wzrost podaży i związane z tym obniżki cen są wyczekiwane przez odbiorców, jednak ambitne plany inwestycyjne niosą za sobą też ryzyko. Kiedy wszyscy główni producenci zapowiadają rekordowe inwestycje w rozwój bazy produkcyjnej, niebezpieczeństwo ponownego przesycenia rynku staje się realne.

Jacek Dębowski