人工智能存储系列报告一:AI拉动需求增长,存储大周期方兴未艾
国信证券·2025-12-09 15:48

报告投资评级 - 行业投资评级:优于大市(维持评级) [2] 报告核心观点 - AI大模型推理拉动存储需求快速增长,根据测算,2026年AI推理对DRAM、NAND需求分别为23.0EB、593.5EB,短期供不应求,存储价格有望持续提升,存储大周期方兴未艾 [4] - AI工作负载在不同阶段需要不同的存力支撑,构成从HBM、DRAM到本地SSD、网络SSD/HDD的完整存储系统 [6][11][12][16][17] 存储系统:系统构成与分类 - 系统构成:AI存储系统主要分为网络端存储和本地端存储,网络端存储主要存放冷数据,主要由HDD和SSD存储;本地端存储主要存放热数据和温数据,主要由HBM、DRAM、本地SSD存储 [4] - 存储分类:存储主要可以分为“易失性”的内存(Memory)和“非易失性”的存储(Storage),内存主要包括DRAM和HBM,优势为速度快;存储主要包括SSD和HDD,优势为容量大、成本低 [4][24] - 存储金字塔:自上而下性能逐级下降、容量逐级递增、成本逐级递减,HBM和DRAM位于顶层,SSD和HDD位于底层 [24] - 英伟达H100存储配置示例:单颗H100配置6颗HBM3堆栈(共96GB);单台H100服务器配置两颗CPU,共计32个64GB DRAM(共2TB)作为系统内存;服务器本地配置8个3.84TB的SSD(共30.72TB) [16] - 英伟达DGX B200服务器存储比例:单台服务器(8颗B200)HBM带宽合计1.4TB/s,系统内存2TB(可扩至4TB),本地SSD 30.72TB;若搭配IBM存储系统,单台服务器对应约27.4TB HDD网络存储 [17] 市场与技术趋势:HDD - HDD技术核心:面密度提升是容量提升的核心,面密度受记录密度和磁道密度影响 [30] - HDD面密度与成本趋势:HDD磁盘面密度持续提升但增速放缓,2023年同比仅提升4%;每Bit成本持续下降,但年化下降幅度已低于30%且持续放缓 [35] - HAMR(热辅助磁记录)技术:希捷通过HAMR技术实现单碟3TB、全盘30TB量产,未来有望实现单碟10TB,该技术通过瞬间加热目标区域介质以辅助写入 [38] - OptiNAND技术:西部数据通过集成iNAND UFS EFD与革新固件算法,提升HDD面密度和容量 [42] - 多磁臂技术:以希捷双磁臂(MACH.2)为例,可让传输速率和读IOPS接近翻倍,同时单位成本低于使用两块较小容量硬盘 [49] - 生态统一:HDD开始使用NVMe协议,利于与高性能存储网络整合,简化拓扑结构 [49] - HDD市场规模与格局:行业呈周期性波动,2024年全球HDD市场规模为180.3亿美元,同比+44.4%;出货量1.24亿颗,同比+1.1%;市场呈双寡头垄断,希捷、西部数据、东芝2024年市占率分别为40.8%、40.0%、19.2% [59] - 企业级HDD占比提升:2024年企业级HDD市场规模为137亿美元,占总市场规模约76%,占比较2020年提升11个百分点;西部数据企业级HDD市占率持续提升,2024年达46.5% [69] 市场与技术趋势:SSD - SSD基本构成与原理:SSD是一种以NAND Flash为介质的存储设备,主要包括主控、闪存、缓存芯片等,通过FTL(闪存转换层)完成逻辑到物理地址的映射 [77] - SSD发展历史:经历探索期(1976-2005)、追赶期(2006-2009,容量赶上HDD)、全面发展期(2010-至今,单元架构从SLC向MLC、QLC演进,NAND层数持续增长,2019年突破100层,2022年进入200+层时代) [82] - SSD市场规模:2024年全球SSD市场规模为410亿美元,预计2029年增长至610亿美元,对应2024-2029年CAGR为8.3%;2024年出货量为3.55亿个,预计2029年达4.74亿个,CAGR为5.93% [88] - SSD产品趋势:高容量产品占比持续提升,单位GB价格持续下降,2024年SSD单位GB价格为0.1美元,预计2029年降至0.05美元 [93] - SSD细分市场:按收入计,2024年消费级、企业级、商用级SSD占比分别为35%、64%、1%,企业级市场占主导;按出货量计,消费级占比达81%,但单价较低 [102] - 企业级SSD趋势:高容量(如8TB-16TB)出货占比快速提升,QLC版本出货容量占比预计从2024年的11.4%提升至2029年的54.1%;PCIe接口已成为绝对主流,2024年出货量占比达73.7%,预计2029年提升至94.8% [112][121] - 消费级SSD趋势:下游以PC(2024年收入占比81%)和消费电子为主;产品容量集中在128GB-1TB区间,但正向高容量发展,1TB-2TB版本出货占比预计从2024年的5.5%提升至2029年的22.2%;QLC占比预计从2024年的12.1%快速提升至2029年的70.3%;PCIe接口为主流 [144][149][174] - 商用级SSD趋势:容量主要集中在4GB-512GB,平均容量持续提升,单GB价格持续下降 [189][190] - SSD vs HDD性能对比:SSD在连续读写、随机读写速度、数据访问时间、功耗、抗震防摔、噪声、尺寸等维度均优于HDD;但HDD在单GB价格上具备优势,2024年企业级SSD单GB价格是HDD的9.0倍 [127] - SSD替代趋势:在企业级存储容量占比中,SSD占比持续提升,2024年为17.9%,预计2029年达19.7%;在桌面PC领域,SSD正逐步替代HDD [134][173] 市场与技术趋势:DRAM、HBM、NAND - DRAM:具备功耗小、集成度高、成本低等优势,技术从DRAM迭代至SDRAM、DDR,头部厂商已开始研发DDR6,下游需求主要在手机、PC、服务器领域,主要参与者包括三星、海力士、美光 [4] - HBM:通过多层DRAM芯片堆叠和TSV(硅通孔)实现垂直互联,具有更高存储密度和更大带宽,主要应用于AI领域,主要参与者为海力士、美光、三星 [4] - NAND Flash:存储单元表达的bit数持续增长,堆叠层数持续增长,下游需求主要为SSD和手机,主要参与者为三星、海力士、铠侠、美光、闪迪 [4] 需求测算:AI拉动存储需求增长 - AI推理需求测算:报告测算,2026年AI推理对DRAM需求为23.0EB,对NAND需求为593.5EB [4] 公司梳理:全球存储公司业务重心 - 三星电子、海力士:在DRAM、HBM、NAND、SSD等领域市占率均较高,为全球存储龙头公司 [4] - 美光:产品矩阵全面,但市占率略低于三星、海力士 [4] - 闪迪、铠侠:聚焦于NAND、SSD领域 [4] - 西部数据、希捷科技:聚焦于HDD领域 [4] - SSD供给侧格局(出货量):2025年第二季度,三星、闪迪、美光、海力士、铠侠市占率分别为22.9%、14.3%、12.2%、10.2%、8.5%,CR5为68.1%;其中企业级SSD市场集中度更高,CR5达86.2% [206] - SSD供给侧格局(收入):2025年第二季度,三星、闪迪、美光、海力士、铠侠市占率分别为32.0%、9.4%、11.1%、6.8%、9.1%,CR5为68.4% [213][214][216]