在AI大模型叩響全球智能大門(mén)的進(jìn)程中，HBM（高帶寬存儲(chǔ)器）憑借強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取動(dòng)力驟然崛起，引發(fā)了一場(chǎng)驚心動(dòng)魄的半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)爭(zhēng)霸賽。

近幾年，SK海力士一馬當(dāng)先，在HBM產(chǎn)業(yè)發(fā)展的早期道路上一騎絕塵，引領(lǐng)著行業(yè)的發(fā)展方向。而今AI、高性能計(jì)算等對(duì)HBM的需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，這片戰(zhàn)場(chǎng)上早已涌入了眾多實(shí)力強(qiáng)勁的選手。三星、美光等老牌存儲(chǔ)原廠聞風(fēng)而動(dòng)，此外包括最近表現(xiàn)出強(qiáng)烈涉足意向的鎧俠等，加入到了這場(chǎng)激烈的HBM擂臺(tái)競(jìng)賽之中...

三大原廠逐鹿
HBM4研發(fā)風(fēng)云激蕩

據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)數(shù)據(jù)顯示，目前全球HBM市場(chǎng)的三大巨頭——SK海力士、三星和美光，占據(jù)著主導(dǎo)地位。

今年，SK海力士、三星、美光在HBM3的技術(shù)進(jìn)步中競(jìng)相推出新的產(chǎn)品，同時(shí)也加大了對(duì)HBM4的研發(fā)投入。隨著AI、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域?qū)Υ鎯?chǔ)帶寬和容量的要求不斷攀升，明后年即將迎來(lái)HBM4的量產(chǎn)，并且這場(chǎng)“內(nèi)存大戰(zhàn)”正在提前預(yù)熱。

01
美光：HBM4有望2026年量產(chǎn)

近日，在最新的投資者會(huì)議上，美光透露了HBM4開(kāi)發(fā)進(jìn)展順利，HBM4有望2026年量產(chǎn)，HBM4E也會(huì)在2027~2028年亮相。

美光HBM4預(yù)計(jì)堆疊多達(dá)16個(gè)DRAM芯片，每個(gè)芯片的容量為32GB，并配備2048位寬的接口，性能比上一代HBM3E提高50%以上。據(jù)了解，美光HBM4采第五代10nm1b制程，預(yù)計(jì)用于英偉達(dá)Rubin和AMD Instinct MI400系列GPU，相較競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手SK海力士和三星都傾向更先進(jìn)第六代10nm1c制程，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有待考驗(yàn)。

業(yè)界認(rèn)為，這些HBM產(chǎn)品除了更高數(shù)據(jù)傳輸速度，HBM4E還采客制化基礎(chǔ)芯片，代表產(chǎn)業(yè)模式轉(zhuǎn)變。美光總裁兼執(zhí)行長(zhǎng)Sanjay Mehrotra表示，HBM4E將帶來(lái)存儲(chǔ)器業(yè)務(wù)的模式轉(zhuǎn)變，其因?yàn)椴捎昧伺_(tái)積電先進(jìn)的邏輯代工制程技術(shù)，為某些客戶(hù)客制化邏輯基礎(chǔ)芯片，預(yù)計(jì)將給美光未來(lái)業(yè)績(jī)帶來(lái)改善。

關(guān)于HBM4E，美光表示，HBM4E開(kāi)發(fā)順利，已與多客戶(hù)合作，預(yù)期會(huì)采不同基礎(chǔ)芯片和配置，達(dá)成客制化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。美光HBM4E還能支持Marvell客制化HBM運(yùn)算架構(gòu)，以便更客制化各種XPU和HBM解決方案。

此外，HBM需求強(qiáng)勁，美光自己也透露，到2025年，生產(chǎn)線已被預(yù)訂。

02
SK海力士：HBM4，計(jì)劃2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)

作為全球領(lǐng)先的HBM制造商之一，SK海力士于今年4月表示將在2025年開(kāi)始采用臺(tái)積電先進(jìn)制程生產(chǎn)HBM4，并計(jì)劃于2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

SK海力士HBM4將會(huì)開(kāi)始采用臺(tái)積電的先進(jìn)邏輯（Logic）制程，以超細(xì)微制程基礎(chǔ)裸片（base die）增加更多的功能。同時(shí)SK海力士也將在性能和功效等方面，滿足客戶(hù)的客制化（Customized）需求。

據(jù)臺(tái)灣地區(qū)媒體報(bào)道稱(chēng)，SK海力士還計(jì)劃將于2025年下半年推出12層HBM4，2026年推出16層HBM4。

03
三星：HBM4，預(yù)計(jì)2025年量產(chǎn)

據(jù)韓媒11月報(bào)道，三星電子已著手為微軟(MSFT-US)和Meta平臺(tái)(META-US)，量身打造第六代、客制化高頻寬存儲(chǔ)器（HBM）HBM4。從HBM4開(kāi)始，不僅進(jìn)一步提升儲(chǔ)存特性，還會(huì)針對(duì)客戶(hù)的要求，客制化多種運(yùn)算模式，因此稱(chēng)為計(jì)算存儲(chǔ)器（CIM）。

目前三星正在建立專(zhuān)門(mén)的HBM4生產(chǎn)線，目前進(jìn)入試生產(chǎn)階段。這一階段涉及小規(guī)模的試驗(yàn)性制造，為后續(xù)的大規(guī)模生產(chǎn)做準(zhǔn)備。三星電子目標(biāo)是在2025年之前完成HBM4的開(kāi)發(fā)，并投入大量生產(chǎn)，該公司看好HBM4的未來(lái)前景。

根據(jù)報(bào)道，盡管HBM4的具體產(chǎn)品細(xì)節(jié)尚未公布，但三星在2月份透露了其整體規(guī)格。HBM4的傳輸速度達(dá)到每秒2太字節(jié)（TB），較HBM3E提升66%；容量從36GB提升至48GB，增加33%。

目前上述大廠布局動(dòng)態(tài)表明，雖然HBM4還處于推測(cè)階段，但從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)的內(nèi)存系統(tǒng)將越來(lái)越強(qiáng)大、高效，并能夠應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜和要求更高的應(yīng)用場(chǎng)景。隨著AI、HPC和圖形計(jì)算需求的不斷增長(zhǎng)，HBM4等下一代內(nèi)存技術(shù)將在未來(lái)幾年得到更加廣泛的應(yīng)用。

HBM4引領(lǐng)
1.6TB/s帶寬新時(shí)代？

如今HBM之所以能成為存儲(chǔ)領(lǐng)域的“寵兒”，其獨(dú)特的技術(shù)原理功不可沒(méi)。HBM（High Bandwidth Memory）是一種高帶寬、低功耗的存儲(chǔ)器，主要應(yīng)用于高性能計(jì)算（HPC）、人工智能（AI）和圖形處理（GPU）等領(lǐng)域。

HBM的核心優(yōu)勢(shì)在于采用了3D堆疊技術(shù)，將多個(gè)DRAM芯片垂直堆疊在一起，通過(guò)硅通孔（TSV）技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間的高速信號(hào)傳輸，大大縮短了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和延遲，從而能夠以極高的帶寬為處理器提供數(shù)據(jù)支持。

從誕生之初，HBM技術(shù)便踏上了不斷迭代升級(jí)的征程。HBM1作為最早的版本，帶來(lái)了128GB/s的帶寬，開(kāi)啟了高帶寬內(nèi)存的應(yīng)用。隨后，HBM2、HBM3等相繼問(wèn)世，每一代都在帶寬、容量和能效等關(guān)鍵指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了顯著突破。

從業(yè)界數(shù)據(jù)來(lái)看，HBM4標(biāo)準(zhǔn)支持2048位接口和6.4GT/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。相比HBM3E，HBM4的單個(gè)堆棧帶寬已達(dá)到1.6TB/s，極大地提升了內(nèi)存系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力，能夠更高效地滿足人工智能、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)處理和高性能計(jì)算等領(lǐng)域?qū)?nèi)存性能日益苛刻的需求。

HBM供應(yīng)商在各代產(chǎn)品中往往會(huì)推出不同堆棧層數(shù)的產(chǎn)品，如HBM3e世代的8hi及12hi，而HBM4世代則規(guī)劃了12hi及16hi。各業(yè)者已預(yù)定于2025年下半年以后陸續(xù)投入HBM4 12hi，不過(guò)SK hynix選擇在HBM3e追加推出16hi產(chǎn)品。據(jù)悉，11月，SK hynix（SK海力士）在SK AI Summit 2024活動(dòng)中透露其正在全力開(kāi)發(fā)HBM3e 16hi產(chǎn)品，每顆HBM芯片容量高達(dá)48GB，預(yù)計(jì)在2025年上半年送樣。

TrendForce集邦咨詢(xún)研究指出，從HBM3e過(guò)渡到HBM4世代中，IO數(shù)翻倍帶動(dòng)運(yùn)算頻寬提高，此升級(jí)造成晶粒尺寸放大，但單顆晶粒容量維持在24Gb。在HBM3e 12hi升級(jí)至HBM412hi的過(guò)程中，HBM3e 16hi可作為提供低IO數(shù)、小晶粒尺寸和大位元容量的選項(xiàng)。

業(yè)界認(rèn)為，當(dāng)前，HBM3的最大帶寬為819GB/s，但隨著高性能計(jì)算（HPC）、人工智能（AI）和大數(shù)據(jù)處理的需求不斷增加，HBM4有可能將內(nèi)存帶寬提升到1.6TB/s或更高。

HBM4將堪大任
背后先進(jìn)封裝技術(shù)引爭(zhēng)議？

盡管HBM4在數(shù)據(jù)傳輸速率和內(nèi)存容量上取得了飛躍，但背后仍面臨著一系列挑戰(zhàn)，特別是在封裝技術(shù)的選擇上。據(jù)業(yè)界指出，HBM4預(yù)計(jì)將繼續(xù)使用先進(jìn)的封裝技術(shù)，如Advanced MR-MUF（高級(jí)多通道無(wú)鉛焊料）和TC-NCF堆疊架構(gòu)。然而，對(duì)于16hi堆棧和HBM4e等新產(chǎn)品，是否采用Hybrid Bonding（混合鍵合）技術(shù)，成為行業(yè)內(nèi)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。

據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)表示，三大原廠已確定將在HBM3e 12hi及HBM4 12hi世代延續(xù)使用Advanced MR-MUF及TC-NCF堆疊架構(gòu)。對(duì)于HBM4 16hi和HBM4e 16hi世代，因Hybrid Bonding未較MicroBump具明顯優(yōu)勢(shì)，尚無(wú)法斷定哪一種技術(shù)能受青睞。若原廠決定采用Hybrid Bonding，主要原因應(yīng)是為及早經(jīng)歷新堆疊技術(shù)的學(xué)習(xí)曲線，確保后續(xù)HBM4e和HBM5順利量產(chǎn)。

而關(guān)于HBM5，據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)研究顯示，三大HBM原廠考量堆疊高度限制、IO密度、散熱等要求，已確定于HBM5 20hi世代使用Hybrid Bonding(混合鍵合)先進(jìn)封裝。

根據(jù)優(yōu)勢(shì)來(lái)看，與已廣泛使用的MicroBump(微凸塊)堆疊技術(shù)相比，Hybrid Bonding由于不配置凸塊，可容納較多堆疊層數(shù)，也能容納較厚的晶粒厚度，以改善翹曲問(wèn)題。使用Hybrid Bonding的芯片傳輸速度較快，散熱效果也較好。

不過(guò)，業(yè)界認(rèn)為采用Hybrid Bonding恐將導(dǎo)致HBM的商業(yè)模式出現(xiàn)變化。對(duì)此，TrendForce集邦咨詢(xún)表示，使用Wafer to Wafer模式堆疊，須確保HBM base die(基礎(chǔ)裸晶)與memory die(內(nèi)存裸晶)的晶粒尺寸完全一致；而前者的設(shè)計(jì)是由GPU/ASIC業(yè)者主導(dǎo)，因此，同時(shí)提供base die及GPU/ASIC foundry(晶圓代工)服務(wù)的TSMC(臺(tái)積電)可能將擔(dān)負(fù)base die與memory die堆疊重任。若循此模式發(fā)展，預(yù)計(jì)將影響HBM業(yè)者在base die設(shè)計(jì)、base die與memory die堆疊，以及整體HBM接單等商業(yè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)地位。

結(jié) 語(yǔ)

盡管此前市場(chǎng)曾有HBM可能供過(guò)于求的擔(dān)憂，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，HBM市場(chǎng)仍然充滿著無(wú)限的機(jī)遇和潛力。根據(jù)JEDEC的預(yù)測(cè)，全球HBM市場(chǎng)將從2022年的23億美元激增至2026年的230億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到77%。隨著HBM技術(shù)逐步進(jìn)入成熟階段，其對(duì)整個(gè)DRAM市場(chǎng)的影響將越來(lái)越深遠(yuǎn)。TrendForce集邦咨詢(xún)表示，預(yù)估2025年HBM將貢獻(xiàn)10%的DRAM總位元產(chǎn)出，較2024年增長(zhǎng)一倍。由于HBM平均單價(jià)高，估計(jì)對(duì)DRAM產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的貢獻(xiàn)度將突破30%。

總的來(lái)說(shuō)，HBM4不僅是下一代內(nèi)存技術(shù)的核心，也是推動(dòng)AI、HPC以及圖形處理等領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵。在這場(chǎng)HBM4的激烈競(jìng)爭(zhēng)中，三星、SK海力士、美光等巨頭們憑借各自的技術(shù)實(shí)力、創(chuàng)新策略和市場(chǎng)布局，在技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)拓展等多個(gè)維度展開(kāi)了全方位的較量。未來(lái)，當(dāng)HBM4量產(chǎn)的鐘聲敲響，究竟誰(shuí)是否能在這場(chǎng)“華山論劍”中脫穎而出，登頂行業(yè)之巔，我們拭目以待。

封面圖片來(lái)源：拍信網(wǎng)